主要储能系统技术经济性分析

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1、主要储能系统技术经济性分析时间:2012-11-1210:26来源:未知 作者：abel 一、成熟度图1所示为电力储能系统的技术成熟度的总结与比较。根据成熟度不同可分为三个层次：　　　　　　　　　　　　　　　　图1 储能技术成熟度PHS-抽水蓄能；CAES-压缩空气；Lead-Acid: 铅酸电池；NiCd:镍镉电池；NaS:钠硫电池；ZEBRA:镍氯电池；Li-ion:锂电池；Fuelcell:燃料电池；Metal-air:金属空气电池；VRB:液流电池；ZnbBr:液流电池；PSB:液流电池；SolarFuel: 太阳能燃料电池；SMES:超导储能；Flywheel:飞轮；Capacit

2、or/Supercapcitor:电容/超级电容；AL-TES:水/冰储热/冷系统；CES:低温储能系统；HT-TES：储热系统(1)成熟技术：抽水蓄能电站和铅酸电池技术已经成熟，其使用已超过120多年。(2)基本成熟的技术：压缩空气储能、镍镉电池、钠硫电池、锂离子电池、液流电池、超导磁能、飞轮、电容、储热/冷等技术已经完成研发并开始商业化，但是还没有大规模普遍应用，它们的竞争力和可靠性仍然需要电力企业和市场来进一步检验。(3)正在研发的技术：燃料电池、金属-空气电池和太阳能燃料正在研发中，虽然它们在技术上并没有达到商业成熟的程度，但已经通过了多个科研机构的研究论证。另一方面，由于能源成本和

3、环境问题的驱动，这几种技术在不久的将来将具有巨大的商业潜力。二、功率和放电时间表1对各种类型电力储能系统的功率和放电时间进行了比较，根据它们的应用情况，大体上分为三种类型：(1)能源管理：抽水储能、压缩空气储能适合于规模超过100MW和能够实现每天持续输出的应用，可用于大规模的能源管理，如负载均衡、输出功率斜坡/负载跟踪。大型电池、液流电池、燃料电池、太阳能电池和储热/冷适合于10~100MW的中等规模能源管理。(2)电力质量：飞轮、电池、超导磁能、电容反应速度快（约毫秒），因此可用于电能质量管理包括瞬时电压降、降低波动和不间断电源等，通常这类储能设备的功率级别小于1MW。(3)电能桥接：电

4、池、液流电池和金属-空气电池不仅要有较快的响应（约小于1秒），还要有较长的放电时间（1小时），因此比较适合桥接电能。通常此类型应用程序的额定功率为100kW~10MW。表1各种储能技术性能比较　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2各种储能技术性能比较(续）三、储存周期表1还给出了各种储能技术的能量自耗散率，其中抽水储能、压缩空气储能、燃料电池、金属-空气电池、太阳燃料和液流电池等的自耗散率很小，因此均适合长时间储存。铅酸电池、镍镉电池、锂电池、储热/冷等具有中等自放电率，储存时间以不超过数十天为宜。飞轮、超导磁能、电容每天有相当高的自充电比，只能用在最多几个小时的短循环周期。四、成

5、本成本是影响储能产业经济性的最重要因素之一。表1分别列出了以每千瓦时、每千瓦、每千瓦时-循环为单位的各种储能技术的成本。可见，就每千瓦时的成本而言，压缩空气、金属-空气电池、抽水储能、储热技术成本较低。与其它形式储能系统相比，在已经成熟的储能技术中压缩空气储能的建设成本最低，抽水储能次之。尽管电池的成本近年来下降很快，但同抽水储能系统相比仍然较高。超导磁能、飞轮、电容单位输出功率成本不高，但从储能容量的角度看，价格很贵，因此它们更适用于大功率和短时间应用场合。总体而言，在所有的电力储能技术中，抽水储能和压缩空气储能的每千瓦时储能和释能的成本都是最低的。尽管近年来电池和其他储能技术的周期成本已

6、在大幅下降，但仍比抽水储能和压缩空气储能的成本高出不少。对于表1，进行以下说明：（1）表1所有成本均按照2009年美元汇率换算成美元；（2）压缩空气储能每千瓦成本除了电站建造成本，还包括储气室建设成本，后者与储气量大小有关；（3）电池成本中不包括电池更换费用；（4）各储能系统每千瓦小时发电成本（以COST表示）计算公式如下：对于压缩空气储能系统：其它储能系统： 五、效率各种电力储能系统的充放电循环效率如图2所示。可见，储能系统的循环效率大致可以分为三种： (1)极高效率：超导磁能、飞轮、超大容量电容和锂离子电池的循环效率超过90%；(2)较高效率：抽水蓄能、压缩空气储能、电池（锂离子电池除外

7、）、液流电池和传统电容的循环效率为60%~90%；(3)低效率：金属-空气电池、太阳燃料、储热/冷的效率低于60%；效率计算公式一般分两种，基于热力学第一定律的储能系统效率计算式：　　　　　　　　　 上式适用于能量以机械能或电磁能形式储存的储能系统。对于储热/冷系统，除了上式，往往还需从能量品位的角度评价储能过程。基于热力学第二定律的储能系统效率计算式：　　　　　　　　　　 六、能量密度和功率密度表2还列出了