[发明专利]电燃料储能新方法及系统

说明书

本发明涉及一种电燃料储能新方法及系统，方法包括：电燃料的充电过程：通过电燃料充电器将电能转化为电燃料的化学能存储；电燃料的放电过程：通过电燃料电池将所述化学能转化为电能；所述电燃料为可反复充放电，且充电与放电前后均能稳定存在的电活性物质。电燃料储能系统主体为电燃料、电燃料充电器及电燃料电池三部分。具有如下优势：1)电燃料储能系统的效率可高达80％以上；2)电燃料可即产即用，也可长期存储以利用；3)电燃料充电器不受地域限制，可在任意太阳能、风能资源丰富的时域内完成对电燃料的充电；4)电燃料电池供电稳定且灵活，既可并入电网，也可用于离网供电。利用本发明，能够实现可再生能源的规模化应用。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种电燃料储能新方法及系统。

背景技术

1、储能技术

能源短缺和气候变化是当前世界面临的主要问题之一。未来50年是人类文明的重要时期，改变能源结构以增加可再生能源利用的比例是解决能源与环境问题的有效途径。太阳能和风能是储量无限，清洁的可再生能源之一，过去十余年间，太阳能光伏和风力发电技术进展显著，光伏电池的成本降低了近10％。尽管如此，由于太阳能、风能本身能量密度低，间歇等固有缺陷，使其所发电力仍然是分散，不稳定、不连续的，也因此限制了它们的规模应用。问题的关键是如何应对这种不稳定性并提高其实际利用水平。开发离网和微网系统是有效的解决途径，其中储能是确保太阳能、风能高效、稳定、持续供电的关键环节。

与离网和微网系统相匹配的储能装置，应具备高效、可扩展性，耐久性和经济性等常规属性的同时，能够独立地实现储能、释能，且能够长期、安全可靠地存储能量。当前适用于离网和微网系统的储能技术主要包括抽水蓄能，压缩空气储能，飞轮储能，超级电容器储能，固态电池，液流电池，氢储能等。以水为能量载体的抽水蓄能以及利用空气作为储能介质的压缩空气储能技术在成本和寿命方面具有显著优势。然而，这些储能技术高度依赖于地质和地理条件，选址难度大。飞轮储能具有充电速度快、寿命长、效率高、建设周期短、无污染等优点，适用于孤岛电网调峰、配电系统频率调节、电能质量优化等领域，但因其能量密度低，持续时间短，具有一定的自放电性，在离网和微电网系统中得到广泛应用还有待进一步发展。超级电容器循环次数多，充放电时间及响应速度快，效率高，环境友好，但因电介质耐压低，储能水平受限，此外电容器能量密度低，投资成本高，有一定的自放电率。固态电池以其工作电压高、储能密度高、充放电转化率高、无污染、安装灵活、建设周期短及适用场合广等优点，在小规模储能中已得到广泛应用，也是最具潜力发展成为大规模储能装置的候选之一。但受当前技术水平(如可扩展性差，成本高、寿命短，不能快速实现动态功率补偿及稳定电压波动，无法抑制动态振荡及平滑可再生能源发电输出等)的制约，在大规模储能中得到应用还有一定的难度。液流电池作为固态电池的新兴替代产品，具有功率和容量调节各自独立的优势，易规模化，能量效率高，不受地域地理限制，寿命长，适合于大型储能系统。然而，目前成本还没有达到规模化利用的标准。

未来太阳能、风能等可再生能源发电系统对储能提出了更高的要求，需要能够存储大规模能量，且可实现数周内持续供电的储能技术。而如何应对可再生能源所发电力瞬时、波动的弊端，实现其长期稳定供电成为首要解决的问题。将光电、风电等间歇的电能转化为化学能存储，待需要时重新转化为电能加以利用，实现电能的时空转换，是一种有效地解决途径。因为作为能量载体的化学物质能量密度高，存储成本低，能够长期存放，运输安全，并且可长期持续供应。当前，基于这一概念的研究热点是以氢燃料作为能量载体的氢储能系统。利用清洁能源(太阳能、风能等)产生的电力将水电解制得氢气，并将其存储于储氢装置中，待需要电力供应时，利用内燃机、燃料电池等发电技术将存储于氢中的能量释放，转化为电能加以利用。然而，受成本高、能量效率低、电解槽及燃料电池寿命短、存在安全隐患等因素的影响，氢储能系统得到规模化应用还存在一些技术上的制约。

总之，现有成熟或新兴的储能技术都不能完全满足未来可再生能源发电对储能的要求，成为其规模利用的瓶颈。因此，我们需要发展全新、易规模化、高效、低成本、寿命长、不受场地限制的新型储能技术，以实现可再生能源规模利用的目标。