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(3)飞轮储能:是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时,飞轮减速运行,将存储的能量释放出来。飞轮储能其中的单项技术国内基本都有了(但和国外差距在10年以上),难点在于根据不同的用途开发不同功能的新产品,因此飞轮储能电源是一种高技术产品但原始创新性并不足,这使得它较难获得国家的科研经费支持。
不足之处:能量密度不够高、自放电率高,如停止充电,能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。只适合于一些细分市场,比如高品质不间断电源等。
2电气储能
(1)超级电容器储能:用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。与利用化学反应的蓄电池不同,超级电容器的充放电过程始终是物理过程。充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。超级电容没有太复杂的东西,就是电容充电,其余就是材料的问题,目前研究的方向是能否做到面积很小,电容更大。超级电容器的发展还是很快的,目前石墨烯材料为基础的新型超级电容器,非常火。
Tesla首席执行官Elon Musk早在2011年就表示,传统电动汽车的电池已经过时,未来以超级电容器为动力系统的新型汽车将取而代之。
不足之处:和电池相比,其能量密度导致同等重量下储能量相对较低,直接导致的就是续航能力差,依赖于新材料的诞生,比如石墨烯。
(2)超导储能(SMES):利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分。超导材料技术开发是超导储能技术的重中之重。超导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。
不足之处:超导储能的成本很高(材料和低温制冷系统),使得它的应用受到很大限制。可靠性和经济性的制约,商业化应用还比较远。
3电化学储能
(1)铅酸电池:是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。目前在世界上应用广泛,循环寿命可达 1000 次左右,效率能达到 80%-90%,性价比高,常用于电力系统的事故电源或备用电源。
不足之处:如果深度、快速大功率放电时,可用容量会下降。其特点是能量密度低,寿命短。铅酸电池今年通过将具有超级活性的炭材料添加到铅酸电池的负极板上,将其循环寿命提高很多。
(2)锂离子电池:是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。主要应用于便携式的移动设备中,其效率可达 95%以上,放电时间可达 数小时,循环次数可达 5000 次或更多,响应快速,是电池中能量最高的实用性电池,目前来说用的最多。近年来技术也在不断进行升级,正负极材料也有多种应用。
市场上主流的动力锂电池分为三大类:钴酸锂电池、锰酸锂电池和磷酸铁锂电池。前者能量密度高,但是安全性稍差,后者相反,国内电动汽车比如比亚迪,目前大多采用磷酸铁锂电池。但是好像老外都在玩三元锂电池和磷酸铁锂电池?
锂硫电池也很火,是以硫元素作为正极、金属锂作为负极的一种电池,其理论比能量密度可达/kg,实际能量密度可达450wh/kg。但如何大幅提高该电池的充放电循环寿命、使用安全性也是很大的问题。
不足之处:存在价格高(4 元/wh)、过充导致发热、燃烧等安全性问题,需要进行充电保护。
(3)钠硫电池:是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。循环周期 可达到 4500 次,放电时间 6-7 小时,周期往返效率 75%,能量密度高,响应时间快。目前在日本、德国、法国、美国等地已建有 200 多处此类储能电站,主要用于负荷调平,移峰和改善电能质量。
不足之处:因为使用液态钠,运行于高温下,容易燃烧。而且万一电网没电了,还需要柴油发电机帮助维持高温,或者帮助满足电池降温的条件。
(4)液流电池:利用正负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池。电池的功率和能量是不相关的,储存的能量取决于储存罐的大小,因而可以储存长达数小时至数天的能量,容量可达 MW 级。这个电池有多个体系,如铁铬体系,锌溴体系、多硫化钠溴体系以及全钒体系,其中钒电池最火吧。
不足之处: 电池体积太大;电池对环境温度要求太高;价格贵(这个可能是短期现象吧);系统复杂(又是泵又是管路什么的,这不像锂电等非液流电池那么简单)。
电池储能都存在或多或少的环保问题。