利用可再生能源合成化学品原因

储能发展可以说是实现双碳的必由之路。储能，简单来说就是将能量储存起来，以便在需要的时候释放使用的过程。为了实现“30·60”碳达峰、碳中和目标，我国决定将逐步建立新能源为基础的新型电力系统。近年来我国的可再生能源发电的发展迅速，装机占比已经从2011年27.7%提升至2021年45.4%。根据国家能源局的目标，到2025年我国新能源装机占比将进一步提升至50%以上，新能源发电的地位越发重要。

一方面，通过配置储能可以实现可再生能源发电的削峰填谷，即将风光发电高峰时段的电量储存后再移到用电高峰释放，从而可以减少弃风弃光率；另一方面，储能系统可以对随机性、间歇性和波动性的可再生能源发电出力进行平滑控制，从源头降低波动性，满足可再生能源并网要求，为未来大规模发展应用打好基础。

那么储能的应用场景还包括电网侧、用户侧，随着电网灵活性需求的增加和商业模式逐渐理顺，也将一同驱动储能的规模化发展。在电网侧，储能电站目前主要用于提供电力市场辅助服务，比如系统调频。由于电网频率的变化会对电力设备的安全高效运行以及寿命产生影响，储能、尤其是电化学储能的调频效率较高，能在电网侧发挥重要保障作用。除了提供辅助服务以外，储能设备还可以缓解电网阻塞、提高电网输配电能力从而延缓设备升级扩容等。

智能风电解决方案

为了使风力发电得到集中化管控，提升用户企业数字化、智能化水平，实现数据可视化管理，打造一套适配新能源的三维可视化集中管理模块就成了新的主流趋势。Hightopo实现可交互式的 Web 风力发电数字孪生三维场景。可根据时间和天气接口实现白天、黑夜、晴、阴、雨的切换，呈现出与现实世界一致的时空状态。

1、升压站监测

风电场升压站是指将风电机组的输出电压升高到更高等级电压并送出的设施。由于风机大多为异步发电机，风电场在发出有功功率的同时会吸收无功功率，且风电机组大多不能进行持续有效的有功、无功调节，如不采取相应的控制措施，可能对电网的无功、电压稳定性造成影响，或者增加电网的网络损耗。

为解决大规模风电场并网运行时带来的送出系统电压稳定问题，风电场汇集升压站内无功补偿方式一般采用静止无功发生器（SVG）和并联电容器组联合运行的方式。点击升压站三维模型可跳转至升压站视角，展示站内主要观测数据，如环境信息、负荷统计、风功率预测、消防检查信息、巡检车信息等。

2、环境信息

图扑软件数字孪生三维可视化系统中的升压站环境信息监测主要整合了整个风电基地的天气、平均温度、主要风向、平均风速数据，方便实施把控风场大环境信息。

3、风功率预测

用图扑软件丰富得可视化图表组件，双曲线图的形式展现风电基地整体实时功率与预测功率，方便管理人员随时进行决策分析，有效进行节能减排。

4、配电室

点击 Hightopo 智慧风电监管平台的 3D 升压站内配电室建筑模型，可跳转至配电室内部，主场景采用写实风格还原配电室的内部布局，点击相应配电柜可显示不同主变高压侧测控的数据。

5、生产监测

风力发电机因风量不稳定，且对电力系统运行的支撑能力不如其他发电领域，所以对风电基地设施的监测数据更需要具备时效性。将风电场的关键生产数据集中于界面的左右两侧，为管理人员提供直观的数据展示，及时掌控。

图扑软件三维可视化技术采用 B/S 架构，页面自适应多种分辨率，用户可通过 PC 、 PAD 或是智能手机，只要打开浏览器可随时随地访问三维可视化系统，实现远程监查和管控。

利用图扑软件的可视化场景将智能设备的实时运行参数接入两侧的 2D 面板，将项目概况、实时指标、机组状态、环境参数、发电统计、节能减排等复杂、抽象的数据以丰富的图表、图形和设计元素展现，实现集中管控。通过对历史数据的融合分析，管理者可实现资源的优化配置，构建智慧风电管理系统。

6、实时指标

通过图扑软件 HT 2D 面板可以实时观测整个风电场总的风电负荷，从“风机预警处理率”以及“未处理风机数”可及时进行事件决策与处理。

7、环境参数

风速及风向的变化对大型风力发电机的发电量有较大的影响，可将环境监测系统接入图扑软件的可视化场景，完成对能见度、降水量、风速、温度的实时监测，在恶劣天气来临前做好应对措施。

8、发电统计

发电量是生产监测模块管理人员最关注的数据，面板中展示了当日发电量、当月发电量以及累计发电量；用柱状图的形式展现了所有风力发电机日发电量排行情况。

9、节能减排

通过图扑软件的可视化系统远程监测风电基地氮氧化合物的排放数据并作统计，可遵循规律达到节能减排的最优解。

10、机组状态数量

运用图扑软件的多样化图表形式，显示正常发电、带病发电、待机、自身限功率、计划停机、通讯中断的风力发电机数量，方便实时获取全场风机的运行状态。

短期来看，政策是我国储能装机发展的主要驱动力，而系统经济性的提升才能打开中长期规模化发展的空间。因而，随着市场机制的逐步改善。储能系统经济性的拐点也在“渐行渐远”。

新能源长期稳定提供电力保障的能力较差，且受气象数据滚动更新影响，新能源功率预测仍然与实际结果存在偏差。新能源大规模接入使既有常规电源和抽蓄调节能力消耗殆尽，“源随荷动”的平衡模式难以为继，系统平衡调节能力亟待提升，需加快构建“源网荷储”互动的新型电力系统。

知识点1：飞轮储能原理

飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下，由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存当系统需要时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速，实现电能的存入和释放。

知识点2：飞轮储能结构

飞轮储能系统基本的结构包括以下五个组成部分：

飞轮轮子：

一般为高强度复合纤维材料组成，通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毅上。

轴承：

利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，并采用机械保护轴承。

电动发电机：

一般为直流永磁无刷同步电动发电互逆式双向电机。

电力转换器：

它是输入电能转化为直流电供给电机，输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件。

真空室：

为减少风损、防止高速旋转的飞轮发生安全事故，飞轮系统放置与高真空密封保护套筒内。

知识点3：飞轮储能优点

作为一种新型的物理储能方式，飞轮储能与传统化学电池相比，具备有以下优点：

1)充放电迅速。

从收到电网侧的调节信号到飞轮储能系统做出反应，时间极短，并且在之后数分钟时间内能够完成整个系统的充/放电过程，符合电网的短时响应与调节需求，相比于蓄电池、抽水蓄能、压缩空气等，具有较快的充/放电时间。

2)工作效率高。

一般的飞轮储能系统工作效率可以达到90%左右，相比于抽水蓄能的60%以及蓄电池储能的70%，具有明显的优势，而且采用磁悬浮轴承的飞轮储能系统，其工作效率更高，接近95%。

3)使用寿命长。

飞轮储能系统虽价格昂贵，但是设计良好，其年平均维护费用极低，充放电次数明显优于蓄电池储能等，其达到了百万数量级，且一般免维护的时间是在10a以上。

4)环保无污染。

由于机械储能的缘故，飞轮储能不会排放出污染环境的物质，其是一种环境友好型的绿色储能技术。此外，飞轮储能系统还具有模块性、建设时间短、事故后果影响低等优点。

知识点4：飞轮储能应 ​ 用

飞轮储能技术的应用主要集中在储能和峰值动力使用2大类，具体应用体现在以下几方面：

1)UPS不间断电源。

不间断电源(UPS)是一种利用储能装置向负载提供高质量电能的设备，在医疗设备、通信、计算机系统领域有着广泛的应用。目前UPS逐渐倾向于使用飞轮储能装置等新型储能设备，既减少了环境污染，延长了使用寿命，同时也提高了工作效率。

2)节能。

能源利用率一直是我们比较关注的话题，节能已经得到广泛的共识。传统的机械装置，进行机械制动后能量被转化为热能而流失，造成了一定程度上的浪费，降低了能源的使用效率。因此，通过飞轮储能装置把这部分能量转化为动能存储起来，在需要的时候，输出到系统中，可以减少能量损失，提高能量的利用率，目前主要的应用领域集中在新能源汽车和城市轨道交通等方面。

3)传统电力系统。

飞轮储能技术应用于传统电力系统，其能够较好地调节有功功率，削峰填谷，增大功率因数，稳定电压和频率，并对改善电能质量和稳定负荷具有良好的作用。暂态稳定性问题一直是电力系统稳定运行和分析的重点，依靠飞轮储能的瞬时功率大、响应迅速、充放电完成时间短等特点，投入到电力系统中，能够快速主动地参与电力系统动态过程，消除扰动并缩短暂态过程，尽量避免了电压崩溃、低频振荡等危险状况的出现，为电力系统恢复到稳定运行起到了积极作用。

4)微网。

目前，微网(Microgrid)作为一个小型发配电系统，能够实现自我监控、自我调节，既可以并网运行，也能独立运行。因此，相对于传统大电网而言，微网由于分布式电源多、位置灵活、分散等特点，需要有储能系统的支撑做保障。在微网能量充足时，飞轮储能系统将多余的能量存储起来，稳定端电压当微网发生故障，或出现功率性缺额现象时，将存储的能量释放出去，增强了局部供电可靠性，维持了微网的频率稳定。

5)可再生能源的并网。

飞轮储能技术的一个关键应用领域是可再生能源的并网。当前，风力发电、光伏发电等新能源因为清洁、巨量、可再生等优点，受到越来越多的关注。但是由于风光等可再生能源自身的间歇性和波动性，并网后增大了电网的冲击，对电力系统的安全稳定运行造成了一定的影响。而飞轮储能系统作为一个可灵活调控的有功源，能稳定并网频率和电压，减小可再生能源的波动性，削峰填谷，降低对电网的冲击，有效地改善可再生能源并网过程中产生的电能质量问题，确保安全性和可靠性。

关于微控新能源

深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。

面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势，公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。

电类储能有多少种类型？电气类储能的应用形式只有超级电容器储能和超导储能。

1、超级电容器储能

根据电化学双电层理论研制而成的，又称双电层电容器，两电荷层的距离非常小(一般0.5mm以下)，采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。

超级电容器储能开发已有50多年的历史，近二十年来技术进步很快，使它的电容量与传统电容相比大大增加，达到几千法拉的量级，而且比功率密度可达到传统电容的十倍。

超级电容器储能将电能直接储存在电场中，无能量形式转换，充放电时间快，适合用于改善电能质量。由于能量密度较低，适合与其他储能手段联合使用。

2、超导储能

超导储能系统是由一个用超导材料制成的、放在一个低温容器(cryogenic vessel) (杜瓦Dewar )中的线圈、功率调节系统(PCS)和低温制冷系统等组成。

能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中。

超导储能适合用于提高电能质量，增加系统阻尼，改善系统稳定性能，特别是用于抑制低频功率振荡。

但是由于其格昂贵和维护复杂，虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用，在电网中应用很少，大多是试验性的。SMES 在电力系统中的应用取决于超导技术的发展 (特别是材料、低成本、制冷、电力电子等方面技术的发展)。

3、铅酸电池

铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一。铅酸电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电势，这就是铅酸电池的原理。

铅酸电池常常用于电力系统的事故电源或备用电源，以往大多数独立型光伏发电系统配备此类电池。目前有逐渐被其他电池(如锂离子电池)替代的趋势。

4、锂离子电池

锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。

充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。

由于锂离子电池在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上的应用，所以它目前几乎已成为世界上应用最为广泛的电池。

锂离子电池的能量密度和功率密度都较高，这是它能得到广泛应用和关注的主要原因。

它的技术发展很快，近年来，大规模生产和多场合应用使其价格急速下降，因而在电力系统中的应用也越来越多。

锂离子电池技术仍然在不断地开发中，目前的研究集中在进一步提高它的使用寿命和安全性，降低成本、以及新的正、负极材料的开发上。

5、钠硫电池

钠硫电池的阳极由液态的硫组成，阴极由液态的钠组成，中间隔有陶瓷材料的贝塔铝管。电池的运行温度需保持在300℃以上，以使电极处于熔融状态。

日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的钠硫电池的厂家。目前采用50kW的模块，可由多个50kW的模块组成MW级的大容量的电池组件。

在日本、德国、法国、美国等地已建有约200多处此类储能电站，主要用于负荷调平、移峰、改善电能质量和可再生能源发电，电池价格仍然较高。

6 、全钒液流电池

在液流电池中，能量储存在溶解于液态电解质的电活性物种中，而液态电解质储存在电池外部的罐中，用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈，并通过电极和薄膜，将电能转化为化学能，或将化学能转化为电能。

液流电池有多个体系，其中全钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受关注。

这种电池技术最早为澳大利亚新南威尔士大学发明，后技术转让给加拿大的VRB公司。

在2010年以后被中国的普能公司收购，中国的普能公司的产品在国内外一些试点工程项目中获得了应用。

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，容量也可达MW级，适合于应用在电力系统中。

储能优点与缺点：

各种类型的储能系统中，锂离子电池储能是目前技术相对成熟的一种储能方式。以橄榄石型磷酸铁锂为活性物质的锂离子二次电池，具有较高的能量密度、较低的生产制造成本以及使用寿命长等诸多优点。在电动汽车产业的推动下，与磷酸铁锂电池有关的荷电状态估算、电池集成技术、管理系统等方面更是进行了广泛、深入的研究工作。然而，这些研究多数是在电动汽车使用环境、运行工况和使用条件下进行的，其研究成果和结论并不完全适用于以大规模能量输入/输出为特征的电网储能系统。

储能定义：

从广义上讲，储能即能量存储，是指通过一种介质或者设备，把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。

从狭义上讲，针对电能的存储，储能是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。

九种储能电池技术优劣对比：

一、铅酸电池　

主要优点：

1、原料易得，价格相对低廉

2、高倍率放电性能良好

3、温度性能良好，可在-40~+60℃的环境下工作

4、适合于浮充电使用，使用寿命长，无记忆效应

5、废旧电池容易回收，有利于保护环境。

主要缺点：

1、比能量低，一般30~40Wh/kg

2、使用寿命不及Cd/Ni电池

3、制造过程容易污染环境，必须配备三废处理设备。

二、镍氢电池

主要优点：

1、与铅酸电池比，能量密度有大幅度提高，重量能量密度65Wh/kg，体积能量密度都有所提高200Wh/L

2、功率密度高，可大电流充放电

3、低温放电特性好

4、循环寿命(提高到1000次)

5、环保无污染

6、技术比较锂离子电池成熟。

主要缺点：

1、正常工作温度范围-15~40℃，高温性能较差

2、工作电压低，工作电压范围1.0~1.4V

3、价格比铅酸电池、镍氢电池贵，但是性能比锂离子电池差。

三、锂离子电池

主要优点：

1、比能量高

2、电压平台高

3、循环性能好

4、无记忆效应

5、环保，无污染目前是最好潜力的电动汽车动力电池之一。

四、超级电容

主要优点：

1、功率密度高

2、充电时间短。

主要缺点：能量密度低，仅1-10Wh/kg，超级电容续航里程太短，不能作为电动汽车主流电源。

五、燃料电池

主要优点：

1、比能量高，汽车行驶里程长

2、功率密度高，可大电流充放电

3、环保，无污染。

主要缺点：

1、系统复杂，技术成熟度差

2、氢气供应系统建设滞后

3、对空气中二氧化硫等有很高要求。由于国内空气污染严重，在国内的燃料电池车寿命较短。

六、钠硫电池

优势：

1、高比能量(理论760wh/kg实际390wh/kg)

2、高功率(放电电流密度可达200~300mA/cm2)

3、充电速度快(充满30min)

4、长寿命(15年或2500~4500次)

5、无污染，可回收(Na，S回收率近100%)6、无自放电现象，能量转化率高

不足：

1、工作温度高，其工作温度在300~350度，电池工作时需要一定的加热保温，启动慢

2、价格昂贵，万元/每度

3、安全性差。

七、液流电池(钒电池)

优点：

1、安全、可深度放电

2、规模大，储罐尺寸不限

3、有很大的充放电速率

4、寿命长，高可靠性

5、无排放，噪音小

6、充放电切换快，只需0.02秒

7、选址不受地域限制。

缺点：

1、正极、负极电解液交叉污染

2、有的要用价贵的离子交换膜

3、两份溶液体积大，比能量低

4、能量转换效率不高。

八、锂空气电池

致命缺陷：固体反应生成物氧化锂(Li2O)会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。科学家认为，锂空气电池的性能是锂离子电池的10倍，可以提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电，因此这种电池可以更小、更轻。全球不少实验室都在研究这种技术，但如果没有重大突破，要想实现商用可能还需要10年。

九、锂硫电池(锂硫电池是一类极具发展前景的高容量储能体系)

优点：

1、能量密度高，理论能量密度可达2600Wh/kg

2、原材料成本低

3、能源消耗少

4、低毒。

利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件，而为保证持续稳定的供电方式，科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。

大规模储能技术研究成为热点

据外媒称，英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役；而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目；出于减排等因素考虑，英国政府计划2025年前关闭所有火电厂，这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。

据介绍，所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES)，其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力，将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时，释放出井里的压缩空气，为涡轮发电机提供动力，然后将电力输送到电网。

英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估，利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明，进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量，其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外，该方法地表损耗较小，这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐，同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。

一种潜在可行季节性存储技术

“建设智能电网和分布式能源系统等，储能系统是其中的关键技术。迄今，大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统，主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势，利用势能差能够大量储能和发电，但是受限于地理条件和投资建设周期长，还需要开发其他大规模储能技术，尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出，多孔岩石分布较广，这将使PM-CAES技术能够跨季节运行，从而大大加强了其应用的普适性。

根据论文资料，陈永翀分析道，英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现，北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量，且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场，这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。

论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出，这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来，留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性，但成本相对较高。另外，多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题，未来还需更多研究来完善技术，以便把成本降下来，并提高该技术的应用安全性。

奇思妙想探寻“存储”路径

陈永翀指出，实际上，把可再生能源“存”在哪儿，科学家一直在积极 探索 更多的可能性，如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等，可谓八仙过海，各显神通。

德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路，将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球，置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵，当电网负载低、电力多余时，水泵会抽出海水进行蓄能；当电网负载高、需要峰值发电时，这些球体的阀门即会打开，让涌进的海水驱动水轮发电。

研究人员还向绿叶借智慧，效仿自然界的光合作用，即将太阳能转化为化学能，把能量储存在化学键当中，基本上能够实现碳中和的过程，这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳，达到环保和能量储存的目的。同时，提高过程中的转化效率和稳定性，形成获取可再生能源的一种途径。

另外，有的科学家在尝试抽沙储能的方法，通过皮带将沙子运到高位仓，高位沙子对风叶做功，以沙子的形式储存势能，从而提供发电所需要的动能。(华凌

张添奥 闫欣)