物理储能一般包括物理储电和物理储热两大类,具体的储能技术如图所示。
物理储电包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和超导储能。①抽水蓄能利用电能和水势能的相互转化进行能量存储,具有效率高、容量大、寿命长、储能周期不受限制等优点,是技术成熟、应用广泛的电力储能技术。总的来说,抽水蓄能技术正朝着大容量、高水头、高效率、智能化方向发展。具体关键应用和技术包括:高水头大功率水泵水轮机、高转速大功率发电机、变速调节控制、无人化智能控制与集中管理、信息化施工、隧道掘进机开挖技术、新型钢材和沥青混凝土技术等。②压缩空气储能利用电能和空气内能进行能量储存,具有容量较大、周期长、寿命长、投资相对小等优点。压缩空气储能技术正朝着不依赖化石燃料、不依赖大型储气室、提高系统效率的方向发展。主要通过提高关键部件技术性能、优化系统集成与控制技术等手段来实现,具体关键技术包括宽负荷压缩机技术、高负荷膨胀机技术、高效蓄热技术、储气技术和系统集成与控制技术等。③飞轮储能利用电能和飞轮动能相互转化进行能量存储,具有单机功率大、效率高、循环寿命长、响应速度快等优点,适用于调频、调峰、移动应急电源和不间断电源等领域。飞轮储能正朝着增加飞轮单机与单元储能容量、增加功率、提高效率的方向发展。其关键技术包括先进复合材料飞轮技术、高速高效电机技术、磁悬浮轴承技术、飞轮阵列技术等。④超导储能是唯一能将电能直接存储为电流的储能系统,具有响应速度快、效率高,以及有功和无功输出、可灵活控制等优点。中、大功率是超导储能系统的研发方向,其关键技术包括超导材料技术、低温制冷技术、超导限流技术、功率变换调节技术和系统动态监控技术等。
物理储电可广泛应用于电网调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段,可显著提高风、光等可再生能源的消纳水平,支撑分布式电力及微网,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。
根据储热形式,物理储热分为显热储热和潜热储热(又称相变储热)。①显热储热材料可分为低温、中温和中高温储热材料。水的比热大,主要用于低温储热;导热油、硝酸盐的沸点比较高,常用于中温储热;镁砖、混凝土、熔融盐等是主要的中高温储热材料。显热储热技术储能密度低、体积大、温度输出波动大、成本低、装置结构简单、技术成熟,已有商业化产品。②潜热储热材料可分为常低温、中温和中高温相变材料。常低温相变材料主要包括聚乙二醇、石蜡和脂肪酸等有机物及无机水合盐,中温相变材料主要包括硝酸盐等无机盐和有机糖醇等有机材料,中高温相变材料主要包括氟化物、氯化物和盐酸盐等无机盐、金属和合金等。潜热储热技术具有储能密度高、体积小、温度输出平稳等优点,正处于小规模示范应用阶段。
物理储热可广泛应用于能源网络的“削峰填谷”、风电储存利用、太阳能热发电、工业余热利用、交通运输过程中的温度自调控、建筑物温度自调节、电厂余热回收及微型和智能电网等领域。
物理储能具有规模大、成本低、寿命长、环保等特点,具有广阔的应用领域和巨大的发展潜力。