四 熱儲能

　　（1）基本原理

　　在一個熱儲能系統(tǒng)中，熱能被儲存在隔熱容器的媒質(zhì)中，以后需要時可以被轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。

　　熱儲能有許多不同的技術(shù)，可進一步分為顯熱儲存（sensible heat storage）和潛熱儲存（latent heat storage）等。顯熱儲存方式中，用于儲熱的媒質(zhì)可以是液態(tài)的水，熱水可直接使用，也可用于房間的取暖等，運行中熱水的溫度是有變化的。而潛熱儲存是通過相變材料（ Phase Change Materials， PCMs）來完成的，該相變材料即為儲存熱能的媒質(zhì)。

　　（2）缺點

　　n 熱儲能要各種高溫化學(xué)熱工質(zhì)，應(yīng)用場合比較受限。

　　（3）應(yīng)用

　　由于熱儲能儲存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會有一定的作用。熔融鹽常常作為一種相變材料，用于集熱式太陽能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類的儲熱技術(shù)正在開發(fā)中，它們有許多不同的作用。

　　五 化學(xué)類儲能

　　化學(xué)類儲能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體。

　　（1）基本原理

　　利用待棄掉的風(fēng)電制氫，通過電解水，將水分解為氫氣和氧氣，從而獲得氫。以后可直接用氫作為能量的載體，再將氫與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣（甲烷），以合成天然氣作為另一種二次能量載體。

　　（2）優(yōu)點

　　采用這兩種物質(zhì)作能量載體的好處是儲存的能量很大，可達TWh級；

　　儲存的時間也很長，可達幾個月；

　　另外氫和合成天然氣除了可用于發(fā)電外，還可有其他利用方式，如交通等。

　　（3）缺點

　　全周期效率較低，制氫效率只有70%左右，而制合成天然氣的效率60-65%，從發(fā)電到用電的全周期效率更低，只有30%-40%

　　（4）應(yīng)用

　　將氫與二氧化碳合成為甲烷的過程也被稱作為P2G技術(shù)（power to gas）。 德國熱衷于推動此項技術(shù)，已有示范項目在德國投入運行。以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)或冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)已成為分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的重要組成部分，在智能配電網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用，氫和合成天然氣為分布式發(fā)電提供了充足的燃料。

　　六 各種儲能技術(shù)的性能比較和應(yīng)用選擇

　　儲能技術(shù)種類繁多，他們的特點各異。實際應(yīng)用時，要根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點以及對優(yōu)缺點進行綜合比較來選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。供選擇的主要特征包括：①能量密度 （kWh or MWh）；②功率密度 （kW or MW）；③響應(yīng)時間（-ms， -s， -minute）；④儲能效率 （充放電效率）；⑤設(shè)備壽命 （年）或充放電次數(shù)；⑥技術(shù)成熟度；⑦經(jīng)濟因素 （投資成本、運行和維護費用）；⑧安全和環(huán)境方面的考慮。

　　在實際工程項目中，要根據(jù)儲能技術(shù)的上述特征，應(yīng)用的目的和需求，來選擇其種類、安裝地點、容量以及各種技術(shù)的配合，還要考慮用戶的經(jīng)濟承受能力。

　　6.1 放電時間對比

　　儲能技術(shù)性能如果按放電時間劃分，可分為

　　①短放電時間（秒至分鐘級），如超級電容器、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能，

　　②中等放電時間（分鐘至小時級），如飛輪儲能、各種電池等，

　　③較長放電時間（小時至天級），如各類電池、抽水蓄能、壓縮空氣等，

　　④特長放電時間（天至月級），如氫和合成天然氣。

　　上述放電時間短的，常常是功率型的，一般可用作UPS和提高電能質(zhì)量。中等放電時間的，可用于電源轉(zhuǎn)接。較長或特長時間的，一般是能量型的，可用于系統(tǒng)的能量管理。目前應(yīng)用最廣泛的大型抽水蓄能可以解決天級的儲能要求，要滿足周和月級的儲能需求要依靠其他種類儲能手段，如氫和合成天然氣。

　　不同儲能技術(shù)的儲能容量能量和放電時間的比較示于圖，可以看出不同的儲能技術(shù)處于圖中不同的位置。

　　6.2 功率對比

　　大規(guī)模、永久儲能的應(yīng)用可分為三類：

　　① 電能質(zhì)量要求：在該應(yīng)用中，儲存能量僅用于在幾秒鐘或更少的時間，以確保傳輸電能的品質(zhì)。

　　② 應(yīng)急能量要求：在這些應(yīng)用中，貯存的能量可用幾秒到幾分鐘，從一個電源切換到另一個電源時，以保證電能的連續(xù)性。

　　③ 系統(tǒng)能量管理要求：在這些應(yīng)用中，儲能系統(tǒng)用于發(fā)電和消耗之間的去耦及同步。典型的應(yīng)用是負載平衡，這意味著在非高峰時儲存能量（能量成本低），并在高峰時段使用存儲的能量（能量較高的成本）。

　　6.3 效率對比

　　儲能的效率和壽命（循環(huán)的最大數(shù)）是兩個重要參數(shù)，因為它們影響到存儲的成本。下圖給出不同存儲技術(shù)相對于效率和壽命的特點。

　　6.4 投資對比

　　投資成本是一個重要的經(jīng)濟參數(shù)，影響能源生產(chǎn)的總成本。每個循環(huán)的成本可能是評估能量存儲系統(tǒng)成本的最佳方式。下圖給出投資的主要組分，考慮到耐用性和效率。

　　6.5 密度對比

　　存儲系統(tǒng)的體積很重要，首先，它可能被安裝在一個受限制的或昂貴的空間，例如在城市地區(qū)。其次，體積增加，則需要更多的材料和更大的施工現(xiàn)場，從而增加了系統(tǒng)的總成本。