新型儲(chǔ)能技術(shù)研究

王啟明　季月清　王超　臧虎成　劉闖

關(guān)鍵詞：新能源;儲(chǔ)能技術(shù);分布式儲(chǔ)能;磁力發(fā)電系統(tǒng)

儲(chǔ)能地磚作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都有重要的研究意義。現(xiàn)在，我國(guó)正積極開(kāi)展新能源建設(shè)，儲(chǔ)能地磚的出現(xiàn)正好可以填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空缺，借助人走路產(chǎn)生的能量生產(chǎn)電力，市場(chǎng)發(fā)展前景一片光明。利用傳統(tǒng)能源進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了破壞，隨著當(dāng)今科技的迅猛發(fā)展，新能源的開(kāi)發(fā)越發(fā)迫切。儲(chǔ)能地磚能夠儲(chǔ)存新能源，提高能源的使用效率，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，未來(lái)必將成為市場(chǎng)主流。目前，國(guó)外開(kāi)發(fā)的新能源種類越來(lái)越多，潮汐能核心技術(shù)的突破、信息技術(shù)與新材料技術(shù)的應(yīng)用等充分體現(xiàn)了新能源和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)專業(yè)化、跨界融合化等創(chuàng)新趨勢(shì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，可再生能源、新能源是未來(lái)一段時(shí)間國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)投資的熱門。本課題主要研究傳統(tǒng)能源和新能源之間的聯(lián)系與區(qū)別，闡述儲(chǔ)能地磚的基本原理和應(yīng)用意義。

1傳統(tǒng)能源和新能源的區(qū)別

1.1能源可再生性不同

地球上的新能源資源極其豐富，幾乎沒(méi)有污染性，且可以再生，可供全球長(zhǎng)期循環(huán)利用。例如在草原、大山等風(fēng)力資源豐富的地方建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站，全球每天產(chǎn)生的風(fēng)能極大，但人類可利用的風(fēng)能極其微弱。雖然目前只能通過(guò)簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電站獲取風(fēng)能，但也是全球水力發(fā)電量的10倍之多。全球有70多億人，若能用儲(chǔ)能地磚將人們踩壓地面產(chǎn)生的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，能量不可小覷。火力發(fā)電等傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方式大多利用的是不可再生能源，如煤炭、石油等一次能源，會(huì)產(chǎn)生大量污染，并且大多數(shù)也都無(wú)法再生，雖然這些能源促進(jìn)了社會(huì)和文明的進(jìn)步，但在以后的能源發(fā)展中，新式儲(chǔ)能技術(shù)必將占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.2能源造成的污染不同

新能源的生產(chǎn)方式一般是水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物能發(fā)電等，相較于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，其所造成的環(huán)境污染幾乎可忽略不計(jì)。當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展追求的不僅是高速發(fā)展，還要兼顧環(huán)境保護(hù)，追求生態(tài)文明建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步開(kāi)展。在新的發(fā)展理念中，綠色健康發(fā)展是重要組成部分。在我國(guó)的攻堅(jiān)戰(zhàn)中，污染防治是重要內(nèi)容，新能源的發(fā)展符合生態(tài)文明建設(shè)的需求，污染小、可重復(fù)利用，而火力發(fā)電等傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方式對(duì)環(huán)境的污染較大，甚至威脅到了人體健康，不適用于未來(lái)的發(fā)展模式[1]。

1.3早期投入與供需模式不同

傳統(tǒng)能源的早期投入時(shí)間長(zhǎng)，雖然對(duì)環(huán)境的污染較大，但目前全球還是普遍以傳統(tǒng)能源為主，新能源還不能取代傳統(tǒng)能源。新能源的發(fā)展依舊處于研究狀態(tài)，研究時(shí)間雖有百年，但有效的研究時(shí)間不過(guò)幾十年，新能源的建設(shè)也存在很大的問(wèn)題，例如風(fēng)力發(fā)電要考慮風(fēng)力水平、風(fēng)力周期，而且風(fēng)力發(fā)電站投入成本很高，要考慮使用年限的問(wèn)題;太陽(yáng)能發(fā)電要考慮光照強(qiáng)度，夜間沒(méi)有光照，無(wú)法生產(chǎn)太陽(yáng)能;儲(chǔ)能地磚要考慮人流量、使用年限、成本。值得注意的是，新能源的研究潛力巨大，這是傳統(tǒng)能源無(wú)法比擬的。

新能源與傳統(tǒng)能源的供需模式不同，傳統(tǒng)能源一般以供給側(cè)為主導(dǎo)，而新能源以需求側(cè)為主導(dǎo)。新能源打破了傳統(tǒng)的供需模式，能夠產(chǎn)生一種新的經(jīng)濟(jì)效益。

2儲(chǔ)能地磚的原理

儲(chǔ)能地磚是一種合理利用新能源，將人們踩踏地面產(chǎn)生的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的儲(chǔ)能方式，通過(guò)電路設(shè)計(jì)，利用分布式儲(chǔ)能技術(shù)、磁懸浮技術(shù)，以逆變電路設(shè)計(jì)為主要技術(shù)手段，將電能儲(chǔ)存在地磚的蓄電裝置中并提供給需用電的設(shè)備。簡(jiǎn)易地磚基本電路模型如圖1所示。

儲(chǔ)能地磚大致可以分為3個(gè)部分的技術(shù)支持。

2.1新式磁懸浮技術(shù)

磁懸浮技術(shù)利用人踩在地板上產(chǎn)生的上下切割線圈來(lái)發(fā)電，內(nèi)部的永磁體利用磁體同極相斥、異極相吸的原理將地板懸浮起來(lái)，人不斷踩壓地板，上下產(chǎn)生落差，線圈可以被內(nèi)部的分割線不斷分割，以此產(chǎn)生電能。通過(guò)原始儲(chǔ)能裝置發(fā)電存在能量不穩(wěn)定的問(wèn)題，也可以連通分布式儲(chǔ)能，使輸出電流更加穩(wěn)定。因此，采用磁懸浮發(fā)電機(jī)，可以最大限度地減少能量損失，并轉(zhuǎn)化更多的電能，為其他設(shè)備供電。交流發(fā)電機(jī)切割線圈原理如圖2所示，簡(jiǎn)單的磁懸浮技術(shù)系統(tǒng)如圖3所示。

2.2分布式儲(chǔ)能技術(shù)

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)能融入周邊環(huán)境，可以根據(jù)不同的環(huán)境調(diào)整安裝方式，具備隨環(huán)境而變化的優(yōu)點(diǎn)，有助于保持儲(chǔ)能地磚的運(yùn)行穩(wěn)定性。分布式發(fā)電可以通過(guò)分布在儲(chǔ)能地磚電網(wǎng)附近的發(fā)電機(jī)組，為儲(chǔ)能地磚的穩(wěn)定運(yùn)行提供電力保障[2]?？紤]到不同時(shí)期人流量的變化導(dǎo)致電力需求情況不同，分布式發(fā)電可以使儲(chǔ)能地磚輸出的電流保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)而有電、時(shí)而斷電的情況。

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）使儲(chǔ)能地磚供電電源有穩(wěn)定的輸出功率與輸出電流，對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)起到維穩(wěn)作用[3]。

（2）儲(chǔ)能裝置的過(guò)渡作用。由于人流量的不穩(wěn)定性，發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化。當(dāng)沒(méi)有人流量時(shí)，儲(chǔ)能地磚會(huì)停止輸出電流。因此，需要利用分布式儲(chǔ)能技術(shù)輔助儲(chǔ)能地磚過(guò)渡，向供電設(shè)備持續(xù)輸出電流。在磁懸浮發(fā)電中，切割線圈的速度變化會(huì)使輸出的電流發(fā)生變化，從而使地磚輸出功率產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致電流速率下降。將分布式儲(chǔ)能裝置安裝在儲(chǔ)能地磚中，具有維持磁懸浮輸出電壓和輸出電流穩(wěn)定性的功能，同時(shí)也能提高儲(chǔ)能地磚發(fā)電機(jī)組與附近電網(wǎng)聯(lián)合的有效性與可實(shí)施性。

2.3逆變電路設(shè)計(jì)

在日常生活中，不同設(shè)備所需電流的性能參數(shù)有一定的區(qū)別，所以需要儲(chǔ)能地磚有逆變電流的功能，即針對(duì)不同的用電器件，調(diào)整輸出電壓，保證不同的設(shè)備能正常使用。目前，逆變電路可以按照輸出電流的去向、直流電源的功能、主電路的不同器件、電流的不同波形等分類調(diào)整設(shè)計(jì)，幫助儲(chǔ)能地磚向不同供電設(shè)備輸出維持穩(wěn)定工作的電流[4-5]。

3儲(chǔ)能地磚的應(yīng)用意義

儲(chǔ)能地磚作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有很大的開(kāi)發(fā)潛力，在地鐵口、大型超市的入口、學(xué)校門口、步行街等有持續(xù)性較大人流量的地方安裝儲(chǔ)能地磚，不僅能改變傳統(tǒng)地磚造型不美觀的缺點(diǎn)，還能獲取大量電能，為各種空間照明、供電，多余的電能還可以輸送到其他需要供電的地方，這種人踩下去就能發(fā)電的新儲(chǔ)能方式能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

新型儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)必能成為轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)、改變傳統(tǒng)電力生產(chǎn)方式和能源消費(fèi)方式的關(guān)鍵性技術(shù)，在能源市場(chǎng)中的發(fā)展前景良好、發(fā)展?jié)摿^大。在新能源的開(kāi)發(fā)上，綠色新能源正是國(guó)家所需要的，而儲(chǔ)能地磚可以滿足這一需求，提供一種新的技術(shù)，為儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展找到一條新的路徑。但是，儲(chǔ)能地磚的推廣應(yīng)用有一定的難度，成本問(wèn)題尚待解決，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)還需更多的努力。