关键字 |
| 电能质量、瞬态和动态稳定,可靠的产品供应,设备电压凹陷、电压膨胀,事实。 |
介绍 |
| 电力系统应该有15 - 20%的备用功率提供能够满足所有客户的需求。如果没有备用容量不足和负载级别超过发电,电压下降在消费者端会出现将打乱了用户的机器和电气设备的正常运行,甚至导致他们失败。因为这个原因很重要每个社会的正常运转和发展社区,国家和地方有可靠的电力系统与能力超过实际的能源需求至少15%根据Yurek工作(1999)。然而,不幸的是,只有富裕的和先进的现代国家拥有这样高档的能源系统。世界上大多数国家的电力系统的能力,只有满足其能源需求,以及在某些情况下仅仅是不够的。这种渴望电力经常是一个限制因素对一个国家的经济和社会发展。电力能源需求的人口、工业、农业、交通、等逐年增加,要求高质量的电力变得越来越要求与提高国民经济的自动化和计算机化。 |
技术的能源存储系统 |
| 电能在一个交流系统不能存储电。然而,能源可以存储将交流电能并将其存储电磁,电化学,活动,或者潜在的能量。每个能量存储技术通常包括一个电源转换单元将能量从一种形式转换到另一个地方。它建立了不同形式的运动如机械、热、电磁、引力、化工、等转换成另一个明确的量化比例。允许测量的各种形式的运动通过一个统一的计量单位,这个词引入了能量。确定了电能产品的电压和电荷的数量,通过电子设备(负载)。单位时间内做的功叫做力量。电源的电压和电流的乘积决定。不同的能源存储系统: |
| 花絮。超导磁储能系统(中小企业) |
| IIb。飞轮储能系统(承认) |
| IIc。超级电容器储能系统(sc) |
| IId。电池储能系统(贝丝) |
超导磁储能系统(中小企业) |
| 中小企业在几分钟内充电,可以重复充电/放电序列没有任何退化磁铁的数千倍。充电时间可以加速来满足特定的需求,根据系统容量。 |
| 这是一个能源存储设备的承诺在有效性方面的能力和效率。中小企业单位使用液氦niobium-titanium的线圈保持在4.2 k,其所需的温度成为超导材料。的框图见图一: |
操作: |
| 一个中小企业单位由一个大型超导线圈在低温的温度。这个温度是由一个包含氦低温恒温器或真空或氮气液体容器。电源转换/空调系统(pc)连接中小企业单位一个交流电源系统,它用于充电/放电线圈。两种类型的电力转换系统是常用的。一个选择使用一个电流源变频器(CSC)接口交流系统和充电/放电线圈。第二个选项使用电压源变换器(VSC)接口交流系统和直流-直流斩波器充电/放电线圈。VSC和直流斩波器共享一个公共直流母线。充电/放电/备用的模式是通过控制电压中小企业获得线圈。中小企业线圈充电或放电通过应用超导线圈的积极或消极的电压。电感储能(j),如下所示。 |
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| 性能特点: |
| 中小企业的效率和快速响应能力(MW /毫秒),并且可以进一步利用各级电力系统的应用。他们中的一些人是: |
| 一个¯·频率支持(热备用)产生的损失。 |
| 一个¯·增强瞬态和动态稳定。 |
| 一个¯·动态电压补偿(VAR)的支持。 |
| 一个¯·改善电能质量。 |
| 一个¯·增加输电线路容量,从而提高整体电力系统的安全性和可靠性。 |
| 一个¯·效率大于或等于90%。 |
| 中小企业的应用: |
| 一个¯·中小企业的一个优势是,权力可以几乎瞬间,和高功率输出提供了短暂的一段时间。没有损失的权力,没有移动部件。 |
| 一个¯·已经显著等应用程序中使用高速、magnetic-levitated火车,超导体也正在开发用于微电子和通信。 |
| 成本: |
| 中小企业成本约300美元/千瓦至509美元/千瓦。值得注意的是,很难比较中小企业到其他存储设备的成本由于其规模和目的。超导体预计将下降近30%,可能使中小企业网络的改进一个更有吸引力的选择。 |
| 优点: |
| 中小企业的最重要的优势是,在充电和放电时间延迟很短。力量几乎可以瞬间和非常高的输出功率可以提供短暂的一段时间。 |
| 缺点: |
| 中小企业最重要的缺点是其对温度的敏感性。讨论了线圈必须保持在极低的温度下以像超导体。 |
| 未来: |
| 直接焦点将在发展中中小企业设备范围内的1兆瓦10兆瓦的电能质量市场可预见的商业潜力。很多工作正在进行,以降低资本和运营成本的highA¢温度中小企业设备,因为它预计将选择的商业超导体一旦更成熟的制造工艺,主要是由于冷却便宜。有很多市场潜力的中小企业由于其独特的应用特点,主要在传输质量升级和工业强国。然而,中小企业最大的问题之一是它的可靠性在很长一段时间。 |
b。飞轮储能系统(承认) |
| 飞轮是一种机电设备,夫妇一个电动发电机旋转质量存储能量在短时间内。飞轮储能系统(菲斯)是一个设备,通过加速转子(飞轮)到一个非常高的速度和维护系统中的能量旋转能量。从系统中提取能量时,飞轮的转速降低由于能量守恒的原则;增加能源系统相应的结果在飞轮的速度增加。 |
| 操作: |
| 菲斯设备储存能量的形式高速转子的动能。飞轮的主要功能是使平滑变化的速度轴引起的转矩波动。飞轮吸收机械能通过增加其角速度和储存能量的降低它的速度。在大多数情况下,一个电源转换器是用来驱动电机提供更广泛的工作范围。储存能量取决于转子的转动惯量和广场的飞轮的转动速度。惯性矩(J)取决于半径,质量,和高度(长度)的转子。转子可以建模为一个旋转空心圆柱体。存储是由动能T |
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| J是极惯性矩对旋转轴和角速度ω。飞轮的储能能力可以提高通过增加飞轮的转动惯量或通过将在更高的旋转速度,或两者兼而有之。图3显示了飞轮电气接口。 |
| 性能特点: |
| 一个¯·飞轮可以应对许多频率偏移等电能质量问题,暂时中断,电压凹陷、电压膨胀。 |
| 一个¯·承认构成短期存储系统,它通常足以改善电能质量比其他的方式储存电力,菲斯系统长寿命(范围从超过105,到107年,循环使用),高能量密度(100 - 130 Wh /公斤,或360 - 500焦每千克),和大最大功率输出。 |
| 应用程序: |
| 飞轮有一个非常动态响应快,寿命长,需要很少的维护,环保。他们有一个预测的一生大约20年或成千上万的周期。飞轮是机械中使用的存储介质,可以反复放电单元和完全没有任何损坏设备。因此,飞轮用于电能质量的改进,如不间断电源(UPS)、捕捉浪费能源,是非常有用的在电动汽车的应用程序最后,阻尼频率变化,使菲斯非常有用的从风力涡轮机光滑不规则电输出。也用于铁路车辆、铁路电气化等等。 |
| 成本: |
| 目前,菲斯系统成本之间200美元/千瓦时- 300美元/千瓦时洛瓦¢飞轮速度,和25000美元/千瓦时highA¢速度飞轮。然而,菲斯有一个更长的寿命,需要较低的维护,有一个更快的充电/放电,占用较少的空间和减少环境风险。 |
| 优点: |
| 一个¯·飞轮由温度变化没有不利影响,可以在更大的温度范围内操作,不受许多化学可充电电池的常见故障。 |
| 一个¯·飞轮的另一个优点是,通过一个简单的测量转速可以知道确切的能量存储。 |
| 缺点: |
| 作为权力或存储容量的飞轮进行了优化,一个应用程序的需求通常可以使设计不适合。因此,低速飞轮可以提供高功率能力,但只有很短的时间内,和高速飞轮相反。同时,飞轮是保存在一个真空操作期间,很难转移系统的热量,所以冷却系统通常是与菲斯设备集成。最后,菲斯设备也遭受停产损失:当飞轮旋转备用,能量损失是由于摩擦等外力或磁力。因此,飞轮需要被推到维护它的速度。然而,这些闲置损失通常小于2%。 |
| 未来: |
| 维护成本低,能在恶劣条件下生存的能力是飞轮的未来的核心优势。目前飞轮储能市场代表20%的10亿美元起。由于其规模和循环功能,菲斯建立更多的在这个市场如果消费者能看到较大的初始投资。飞轮要求优化权力之间的偏好或存储容量,它不太可能被视为一个可行的选择作为发电的唯一存储提供商的应用程序。 |
超级电容器储能系统(sc) |
| 超级电容器: |
| 电双层电容器(EDLC)和伪电容,新型的电化学电容器的一部分称为超级电容器,也称为超级电容。 |
| 操作: |
| 电容器包括两个平行板由介电绝缘,见图5一个¢15。板块持有相反电荷导致电场,可以存储的能量。电容器中的能量是由, |
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| 其中E是能量存储在电容器(j), V电压,和C电容发现来自哪里 |
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| 在平行板的面积,d是两个板块之间的距离,εr相对介电常数和介电常数,ε0是自由空间的介电常数(8.854 x 10 - 12 F / m)。因此,增加能源存储在电容器的电压或电容必须增加。创建超级电容器用薄膜聚合物介电层和碳纳米管电极。他们可以通过串联或并联连接。sc系统通常有20倍木星质量能量密度70 MJ / m3 / m3, 95%的效率。 |
| 为什么我们可以用超级电容器储能吗? |
| 一个¯·超级电容器是独特的电子存储设备,可以储存更多的能量比传统电容器,并提供比电池更高的功率密度。 |
| 一个¯·电池广泛用于能量储存在工业和消费电子设备由于其能量密度高,但有限的功率密度。权力有限的电池往往不能提供所需的电力,同时仍保留其开路电压。当需要高功率电池供电的设备(即在脉冲应用程序),结合超级电容器与电池并联的优势,提高电池的性能和延长其生命,利用电池的最大潜力。超级电容器与蓄电池并联产生一个电压衰减效应,低阻抗超级电容器可以在几秒钟内,中间有一个低电流在备用时间大电流脉冲。添加超级电容器并联电池减少电压降,导致: |
| 一个¯§更好的能源和电源管理 |
| 一个¯§电池寿命和操作范围扩展 |
| 一个¯§优越的能量密度的电池 |
| 应用程序: |
| 虽然能量密度小,sc是一个非常有吸引力的选择对于某些应用程序,如混合动力汽车,手机,和负载水准测量任务。sc主要是用于脉冲功率需要在毫秒范围,第二次与放电时间一分钟。 |
| 成本: |
| sc成本约12960美元/千瓦时- 28000美元/千瓦时。因此,大规模应用程序使用sc并不经济。 |
| 优点: |
| 一个¯·寿命长时间 |
| 一个¯·小退化成千上万的周期 |
| 一个¯·提高脉冲电流处理的并行连接的电化学电池 |
| 一个¯·减少电压降相比,电池供电的设备没有超级电容器 |
| 一个¯·衰老和退化相比电池慢得多 |
| 一个¯·符合环保标准 |
| 一个¯·改进安全 |
| 缺点 |
| 一个¯·低能量密度 |
| 一个¯·串行连接需要获得更高的电压 |
| 一个¯·sc储能密度很低导致很高的资本成本为大规模应用。他们也更重,比传统电池笨重 |
| 未来: |
| 尽管小能量储存密度,特殊的生活和循环功能,快速响应和良好的功率容量(1兆瓦)的超级电容器意味着他们永远是有用的为特定的应用程序。然而,不太可能将使用sc作为唯一能源储存设备。一隆¢术语可能涉及结合sc与基于电池的存储系统。sc可以平滑功率波动,电池提供了所需的存储容量不再打扰。然而,其他技术(如流电池)更有可能为这样的应用程序开发。因此,sc的未来可能仍然在特定的领域需要大量的电力,非常快,非常短的时间。 |
d。电池储能系统(贝丝) |
| 1)电池是最具成本效益的能源存储技术之一,能源存储电化学原理。关键因素在电池存储应用程序包括:高能量密度,高能源能力,往返效率、循环功能,寿命,初始成本。为大规模储能电池技术考虑。铅酸电池可以用于大部分能量储存或快速充电/放电。移动应用程序支持密封铅酸电池技术安全和易于维护。 |
| 2)阀调节铅酸(VRLA)蓄电池固定应用程序有更好的成本和性能特征。 |
| 铅酸电池,已经用于一些商业和大规模能源管理应用程序。斜纹棉布裤最大的一个是40兆瓦时系统,加州,建于1988年。下表列出并比较了铅酸大于1兆瓦的存储系统。 |
与能源存储设备实现的事实 |
| 我。提出事实控制器+能量储存: |
| 二世。储能系统的集成到事实设备: |
| 一个¯·事实控制器是基于电力电子设备,可以迅速影响传输系统阻抗等参数,电压,和相位传播提供快速控制或分销系统的行为。 |
| 一个¯·事实控制器,可以最受益于储能是那些利用电力系统电压源变换器接口与电容器直流总线。这类事实控制器可以连接到并行传输系统(STATCOM)系列(SSSC)或(UPFC)形式相结合,他们可以利用或重定向的可用功率和能量交流系统。 |
| 一个¯·没有能量储存,事实设备有限的自由度和持续的行动 |
| 三世。集成的能量存储系统: |
| 三世。STATCOM与中小企业 |
| 电力电子的性能-energy-storage-enhanced设备非常敏感的位置生成和负载,供应系统的拓扑,和补偿装置的配置和组合。 |
| 中小企业中的STATCOMs电路稳定性能增加。电路中通过增加的数量STATCOMs性能增加,电能质量也增加。 |
| 三世。b。事实与贝丝 |
| 暂态稳定的STATCOM增强的主要好处是直接通过快速总线电压控制。特别是,STATCOM可能用于提高能量传输在低压条件下,通常占主导地位在错误,减少当地的加速度发电机。一个额外的好处是减少消磁断层在本地生成的影响。 |
| 活跃的和无功功率的响应如下所示。 |
| 我们可以通过使用以下电路获得相同的结果 |
| STATCOM连接在一个电路commanly使用能源存储系统来提高系统性能。 |
结论 |
| 在不断变化的电力生产系统在未来需要更多的存储系统。更多的可再生能源发电厂供应波动的太阳辐射或风与电网相连,更需要额外的常规电厂或存储系统保证供给和需求的平衡力量。事实(柔性交流输电系统)设备处理真实和无功功率,以达到改善传输系统性能multi-MW证明电子设备正在介绍了公用事业行业。在这种环境下,储能是一个逻辑之外的事实的扩大家庭设备。先进能源存储应用程序产生的潜在性能优势改善系统可靠性、动态稳定性,提高电能质量,输电能力增强,区域保护,等等。 |
| 能源存储设备可以促进这个过程,使效用效用资源的最大利用。新的电力电子控制器设备将使增加利用率增加输电和配电系统的可靠性。这增加的依赖将导致设备投资增加,使该资产更有效率。能源存储技术非常适合在新环境中提高的潜在应用事实,定制电力和电能质量的设备。作为放松管制,发电和输电资源的利用率会更高效率率导致紧缩和每时每刻都记着的备用的控制能力。 |
数据乍一看 |
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引用 |
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