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由于太陽能電池板發(fā)電要受到氣候條件的影響,太陽能電池板只能在白天有陽光時才能發(fā)電,而且由于太陽輻射強度隨時在變化,太陽能電池板發(fā)電量也會隨時改變,通常與負載用電規(guī)律不相符合。因此,對于離網(wǎng)光伏系統(tǒng),必須配置儲能裝置,將方陣在有日照時發(fā)出的多余電能儲存起來,供晚間或陰雨天使用。在有些地區(qū)電網(wǎng)供電不很穩(wěn)定,而負載又很重要,供電不能中斷,如軍事、通信、醫(yī)療等領域等,即使是并網(wǎng)系統(tǒng),也可配備儲能裝置。
從長遠來看,太陽能電池板發(fā)電在能源消費結構中所占份額將逐漸擴大,到21世紀末,將在能源供應中占主要地位。然而太陽能電池板發(fā)電的工作特點是“日出而作,日落而歇”,而且具有隨機性。太陽能電池板和風能都屬于間隙性能源,要成為全球的主要能源,必須解決電網(wǎng)能量的儲存問題。
太陽能電池板主要儲能技術,到目前為止,人們已經(jīng)探索和開發(fā)了多種形式的電力儲能方式,主要可分為機械儲能化學儲能、電磁儲能。
機械儲能是將電能轉換為機械能,需要時再將機械能轉換成電能。目前實際應用的有以下幾種。
抽水儲能需要配備上、下游兩個水庫。在電網(wǎng)負荷低谷時段,抽水儲能設備工作在電動機狀態(tài),將下游水庫的水抽到上游水庫,將電能轉化成重力勢能儲存起來;電網(wǎng)負荷高峰時,工作在發(fā)電機狀態(tài),釋放上游水庫中的水來發(fā)電。
抽水儲能的釋放時間可以從幾個小時到幾天,一些高壩水電站具有很大儲水容量,可以將其用作抽水儲能電站進行電力調度。這是目前廣泛采用的大規(guī)模、集中式電力儲能形式。據(jù)統(tǒng)計,截至2012年3月,抽水儲能占全球大容量存儲電能的99%以上,總容量達127000MW。
抽水儲能的優(yōu),點是技術上成熟可靠,容量可以做得很大,僅受水庫庫容限制;缺點是建造受地理條件限制,需合適落差的高低水庫,往往遠離負荷中心,抽水和發(fā)電中有相當多的能量損失,實際綜合效率為70% ~75%,儲能密度較差,建設周期長,投資大。
(2)飛輪儲能
飛輪儲能是將能量以動能形式儲存在高速旋轉的飛輪中。整個系統(tǒng)由高強度合金和復合材料的轉子、高速軸承、雙饋電機,電力轉換器和真空安全罩組成。電能驅動飛輪高速旋轉,電能轉變成飛輪動能儲存,需要電能時,飛輪減速,電機作為發(fā)電機運行,飛輪的加速和減速實現(xiàn)了充電和放電。
美國德國日本等發(fā)達國家對飛輪儲能技術進行了大量的研發(fā)工作。日本已制造出世界上容量大的變頻調速飛輪儲能發(fā)電系統(tǒng)(容量為26.5MV.A,電壓為1100V轉速為510690r/min,轉動慣量7.1 x105kg.㎡)。美國馬里蘭大學也已研究出用于電力調峰的24kW.h的電磁懸浮飛輪系統(tǒng),飛輪質量為172.8kg,工作轉速范圍為11610~46345r/min ,破壞轉速為48784r/min,系統(tǒng)輸出恒壓為110~ 240V,全程效率為81%, 經(jīng)濟分析表明,運行3年時間可收回全部成本。歐洲的法國國家科研中心、德國的物理高技術研究所、意大利的SISE都在開展高溫超導磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)研究。目前市場上出售的大的飛輪能源儲能系統(tǒng),多可儲存133kW.h的能量。
飛輪系統(tǒng)運行于真空度較高的環(huán)境中,其優(yōu)點是沒有摩擦損耗、風阻小、壽命長、對環(huán)境沒有影響,幾乎不需要維護,適用于電網(wǎng)調頻和電能質量保障;缺點是能量密度較低,保證系統(tǒng)安全性方面的費用很高,在小型場合還無法體現(xiàn)其優(yōu)勢,目前主要用于蓄電池系統(tǒng)的補充。超大容量的飛輪儲能技術尚不成熟。
壓縮空氣儲能是20世紀50年代提出的儲能方法,系統(tǒng)由兩個循環(huán)構成:充氣壓縮循環(huán)和排氣膨脹循環(huán)。壓縮時,雙饋電機起電動機作用,利用電網(wǎng)負荷低谷時的多余電力驅動壓縮機,將高壓空氣壓入地下儲氣洞;在電網(wǎng)負荷高峰時,雙饋電機起發(fā)電機作用,儲存壓縮空氣先經(jīng)過回熱器預熱,再使用燃料在燃燒室內(nèi)燃燒,進入膨脹系統(tǒng)中做功(如驅動燃汽輪機)發(fā)電。壓縮空氣儲能電站的建設受地形制約,對地質結構有特殊要求。德國、美國、日本和以色列都建成過示范性電站。