超导储能装置是一种科技含量较高的先进的储能方式,它把能量储存于超导线圈的磁场中,通过电磁相互转换实现储能装置的充电和放电。由于在超导状态下线圈没有电阻,因此超导储能的能量损耗非常小,它的主要存储性能也很不错,对环境几乎不会造成污染,但是,超导的实现是通过把线圈的温度降低到它要求的温度以下来完成的,这个温度非常低,因此,持续维持线圈处于超导状态所需要的低温而花费的维护费用就十分昂贵,维持低温的费用过高就成为了人们在选择长期能量储备方式时不得不考虑的因素,这样便限制了超导储能应用的普及。但是,超导储能仍然是许多科研工作者们的研究方向。
被誉为改变未来世界的十大科技之首的燃料电池,是一种将燃料的化学能转化为电能的装置,它由燃料、氧化剂、电极、电解液等组成。燃料一般采用氢,而电极只用作化学反应的场所并不参与化学反应,所以这种装置质量轻、无污染、不用充电、工作可靠、寿命长。然而它是通过不断补充燃料来维持能量供应的,所以它需要不断进行维护,这也就决定了其应用范围必然不会很广,不过它在汽车和电力工业中却倍受青睐。
现在飞轮储能的技术已经比较成熟,而且正在不断飞速发展,由于它具有良好的性能和相对比较理想的性能价格比,而越来越多地应用于各种场合,已经成为近几年储能设备应用研究的主要对象,而且必将逐步占领更大的储能设备市场。
以上这些储能装置是目前人们最看好的或者是最常用的储能设备,当然,另外还有很多其它的新型储能设备,如核电池、超大容量电池等都受到了科学家们的关注,并且正在不断地进行技术研究和产品开发。
这些储能技术各有特色,分别适用于不同的应用场所,尤其是前4种储能设备更是现在研究的重点课题,它们在各自的应用领域中保持着一定的市场,除非科技发展到某天出现一种的新技术打破它们之间的平衡。
表1列出了这4种有巨大发展潜力和有着庞大市场的储能设备的一些主要性能指标。
表1 储 能 装 置 性 能 比 较
对比特性 |
化学蓄电池 |
飞轮储能装置 |
超导储能装置 |
燃料电池 |
储能方式 |
化学方式 |
机械方式 |
电磁方式 |
化学方式 |
使用寿命 |
3~5年 |
20年以上 |
约20年 |
10年以上 |
对环境影响 |
污染,需要回收 |
几乎无污染 |
几乎无污染 |
污染极少 |
工作温度 |
有要求 |
要求低 |
严格控制温度 |
有要求 |
相对尺寸 |
最大 |
最小 |
较小 |
较大 |
价格 |
最低 |
高 |
较高(不定) |
较低(不定) |
储能密度 |
小 |
大 |
大 |
大 |
维护周期 |
半年以内 |
10年以上 |
经常维护 |
经常维护 |
4 飞轮储能装置的技术优势及目前的应用情况和展望
飞轮储能装置的储能密度很大,由于使用的材料越来越先进,现在卫星上使用的飞轮储能装置甚至小到可以装进卫星壁中,而且飞轮储能装置运行的时候损耗很小,基本上不用维护,这就使得飞轮技术目前不断应用于卫星装置和太空空间站的太阳能储能电池中作为它们的能量供应中心来使用,同时飞轮还可以用于卫星的姿态控制中。
随着人们环保意识的增强,在汽车行业中,正在寻找一种无污染或污染小的能量供给方式。飞轮技术由于是电能和机械能的相互转化,不会造成污染,而逐渐走进汽车制造商们的视野。美国飞轮系统公司(AFS)就生产出了以克莱斯勒LHS轿车为原形的飞轮电池轿车AFS20。飞轮电池的充电放电次数很多而且充电速度很快,所以更适合应用于混合能量汽车技术中。这种汽车是靠内燃机和电机两种方式共同提供推动力的,在汽车正常行驶和制动的时候给飞轮电池充电,汽车爬坡和加速,需要功率大的时候让飞轮电池放电,这样可以大幅度提高汽车的性能。在铁路系统中也注意到了飞轮储能技术的这一特点,而对相关方面的应用已开始进行了研究和尝试。
目前,美国已经开始在军用设备上尝试使用飞轮装置,尤其是大型混能牵引机车上。由于飞轮的快速充放电和独立而且稳定的能量输出,当设备需要能量突然增加或者在能量转换时需要平稳过渡的时候,经常考虑到使用飞轮技术。
来源:电源技术应用