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主要电力储能技术简介——电磁储能+电化学储能篇电磁储能超导储能原理：利用超导体制成的线圈，由电网供电励磁而产生的磁场存储能量，不需要经过能量转换，但需要运行在液氦的低温区。特点：响应速度快，具有极高的功率密度和能量转换效率，使用寿命长。功能：主要用于电力系统稳固控制，抑制低频振荡，改善电能质量。超导储能技术以其独特的优势，在电力系统稳固控制和电能质量改善方面发挥着重要作用。其快速的响应速度和高效的能量转换效率，使得超导储能成为电力系统中的重要储能手段。电化学储能超级电容器储能原理：双电层电容器：物理储能，利用多孔炭电极/电解液界面双电层储能。法拉第赝电容电容器：电极和电解液之间有快速可逆氧化还原反应。混合型电化学电容器：物理储能与化学储能的结合。特点：能量密度低，但具有极高的输出功率密度（＞10kW/kg），超快的充放电能力（＜30s），超长的循环寿命周期（＞10^5次），以及完美的安全性能和高低温性能优越。分类：按储能机制分为双电层电容器、法拉第赝电容电容器和混合型电化学电容器。功能：电网或配电网的电力调峰。用于电网或配电网的动态电压补偿（DVR）系统，以改善电能质量。通过功率变换器，对配电网进行无功功率补偿、谐波电流消减。重要负载的不间断电源（UPS）。对可再生能源系统起到瞬时功率补偿的作用。在发电中断时作为备用电源。应用场合：超级电容器因其高功率密度和快速充放电能力，广泛应用于需要瞬时高功率输出的场合，如电动汽车的启动加速、风力发电和太阳能发电的功率波动补偿等。发展方向及新技术：目前超级电容器市场上的产品仍然以双电层超级电容器为主，但理论研究、材料研发、工艺探讨等方面仍有待突破，以进一步提升其能量密度和降低成本。铅酸电池原理：利用铅在不同价态之间的固相反应实现充放电的可充电电池。特点：优点：原材料来源丰腴，价格低廉，性能优良，安全性好，废旧电池回收体系成熟。缺点：充放电速度慢，能量密度低，过充电易析气导致寿命下降。应用场合：对场地空间要求不高，有较长的充放电时间的场合，如备用电源、UPS等。发展方向及新技术：铅碳电池是铅酸电池的一个重要发展方向，通过在负极中添加特种碳材料，可以显著提高电池的循环寿命，达到习惯铅酸电池的4倍以上。锂离子电池原理：以锂离子为活性离子，充电时正极材料中的锂原子失电子变成锂离子，通过电解质向负极迁移，在负极与外部电子结合并嵌插存储于负极，以实现储能，放电时可逆。特点：优点：能量密度高，自放电率小，无记忆效应，工作温度范围宽，可快速充放电，使用寿命长，比能量/比功率高，反应灵敏，转换效率高。缺点：耐过充/放电能力差，组合及保护电路繁琐，成本相对较高。分类及其应用场合：能量型：高能量密度，主要应用于消费电子等领域。动力型：高功率密度，主要目标市场是电动自行车、电动汽车、电动工具、工业节能、航空航天、国家安全等。储能型：电网频率控制、系统备用、电网扩容、系统稳固、新能源接入等服务，以及数据中心、家庭备用电源、通信基站储能、机械能回收等。锂离子电池以其高能量密度、长寿命和快速充放电能力等优点，在电动汽车、储能电站和消费电子等领域得到了广泛应用。随着技术的不断进步和成本的降低，锂离子电池的应用范围将进一步扩大。液流电池原理：通过电解质内离子的价态变化实现电能存储和释放，将原先储存在固体电极上的活性物质溶解进入电解液中，通过电解液循环流动给电池供给电化学反应所需的活性物质。特点：优点：输出功率和容量相对独立，系统设计灵活，过载能力和深放电能力强，循环寿命长，储能容量不受有限的电极体积限制。缺点：需要泵来维持电池运行，因而电池维护系统要求较高，低载荷时的效率较低。分类：根据电化学活性物质存在的形态，以及电池充电/放电过程该活性物质的形态变化，将液流电池划分为双液流电池和沉积型液流电池。应用场合：适用于静止场合使用，不适合安装于移动交通工具及对功率要求高的场合，如储能电站、可再生能源并网等。液流电池以其灵活的系统设计和长寿命等优点，在储能电站和可再生能源并网等领域具有广阔的应用前景。随着技术的不断进步和成本的降低，液流电池将成为未来储能领域的重要技术之一。纳硫电池原理：以金属钠为负极，以硫为正极，以陶瓷管为电解质隔膜的熔融盐二次电池。特点：优点：比能量高，功率特性好，循环寿命长，无自放电（库仑效率高），容量大，电池结构简易，制造便利，原料成本低，维护方便。缺点：运行环境要求苛刻（在300～350℃温度区间运行），散热要求高，存在一定的安全隐患。功能：削峰填谷，可再生能源并网，独立发电系统，工业应用，输配电领域等。应用场合：大功率、大容量场合，如储能电站、独立发电系统等。主流应用从电动汽车逐渐转变为储能电站。发展方向及新技术：ZEBRA电池、钠-空气电池等是纳硫电池的重要发展方向。大规模、高安全性、低成本、高能量和功率密度及长寿命是今后各种钠电池的发展目标。纳硫电池以其高比能量、高功率特性和长寿命等优点，在储能电站和独立发电系统等领域具有广泛的应用前景。随着技术的不断进步和成本的降低，纳硫电池将成为未来储能领域的重要技术之一。
1、应用飞轮储能式UPS的技术背景 我们过去所讨论的UPS都属于静态UPS的范畴,其原理是:在这些UPS的运行中,除了冷却风扇之外,所用到的各种电子元件及电气部件均无任何机械运动。多年的静态UPS运行经验显示:尽管静态UPS对确保各行业用户负载的安全运行做出了“功不可没”的巨大贡献。然而,它仍存在如下的弱点: (1)静态UPS的效率“不够高”: 相关的统计资料显示,对于中、大容量的工频机型UPS而言,其效率仅为93%～94%。对于中、大容量的高频机型UPS而言,其效率仅为94%～95%。对于当今日益强调节能、环保的社会而言,这种UPS本身的损耗仍然偏高。 (2)UPS中蓄电池组是导致UPS的故障率增高和日常维护量增大的重要因素。 而且，蓄电池的使用寿命短。此外，可能会对环境造成严重污染的废旧电池的处理问题，至今仍是困扰我们的难题之一。 因此,作为解决以上难题的技术途径之一是:选用飞轮储能式的动态UPS来代替双变换在线式的静态UPS。
2、飞轮UPS的技术优势 近年来,在国内外的数据中心、半导体芯片制造业、某些特种军用通信系统及政府的机要部门正日益关注和选用一种飞轮储能式的动态UPS(简称飞轮UPS或动态UPS)。采用这种UPS可以获得如下好处: (1)更进一步地提高UPS的效率: 相关的资料显示,可将UPS的效率从静态UPS的92%提高到飞轮UPS的98%。 (2)将故障率明显偏高的蓄电池部件从UPS中彻底取消。 由此所能获得的好处是:不仅有助于提高UPS的可靠性,还可以大幅度地减少电源值班人员的维修工作量。 对于这种飞轮UPS而言,当市电供电正常时,它在利用市电向用户供电的同时,还将部分电能同时通过具有电动机和发电机调控功能的“同步补偿机(G/M)”装置而以动能的形式储存在其巨大的飞轮中。 此时,对于其“同步补偿机(G/M)”装置而言,不仅承担着短时效的能量转换调控功能,将来自市电的电能变换成储存在飞轮中的机械能。而且,它还承担着自动稳压以及对可能来自市电电网和用电设备所产生的谐波电流执行自动补偿的调控功能,就是将输出电流的谐波含量THDI值实时地调节到趋于零。当市电供电中断时,它可以利用原来储存其飞轮中的巨大动能的惯性驱动同步补偿机(G/M)装置继续旋转。此时同步补偿机(G/M)装置将自动承担着发电机的调控功能,从而确保对各种用电设备的连续不间断地供电。能够将飞轮UPS推向新的实用阶段的推动因素有: (1)对于当今的技术相当成熟的电力工业而言,由于普遍采用了由信息化管理的、智能化供电的电网调度技术,以及在用户的供电系统中采用ATS开关在双路市电输入电源之间自动执行“切投调控”操作的保护性的设计方案,在他们的市电输入供电系统中,发生长时间的停电事故的几率是极低的。 这样一来,就为依靠动能型的惯性能量来确保负载的连续供电的飞轮UPS得到实际应用创造出极为有利的运行条件。 ①根据美国Electric Power Research Institute对美国供电电网的调查发现,90%以上的停电事故的持续期小于10s; ②根据RWE公司对欧
