储能：工业领域的不同技术概述|电能|飞轮|电池|热能|电容器
2024-08-10 11:49:23 人气：72
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储能：工业领域的不同技术概述|电能|飞轮|电池|热能|电容器 特别是在工业领域，存储解决方案在欧洲能源和热能转型的背景下发挥着重要作用。常见流程和解决方案的概述。 现代储能系统是成功实现能源转型的关键技术，尤其是在能源密集型工业领域，该行业仍然在很大程度上依赖化石燃料。我们讨论了市场上有哪些类型的储能系统以及它们适合哪些应用。此外，我们来看看不同技术的优缺点。 目录 为什么储能很重要 不同类型的储能解决方案 1.机械储能 2.电化学储能 3.热能储存 4.电能储存 未来的储能技术：为什么储能很重要 限制二氧化碳排放从而推动脱碳的必要性是毋庸置疑的。为了实现这一目标，天然气、煤炭和石油等化石燃料必须被可再生能源所取代。然而，鉴于可再生能源的天气、昼夜和季节相关波动，以及电气化进程的推进对电力的需求不断增加，电力系统必须变得更加灵活，以便能够保证未来的系统和供应安全。储能系统对于现代能源供应是必不可少的，因为它们会随着时间的推移将发电和消耗分离，从而实现灵活使用。这不仅使消费者受益，而且提高了电网的稳定性。 不同类型的储能解决方案 有多种储存能量的技术，它们的工作原理和储存的能量形式都不同。虽然一些储能系统已经成功使用多年，但其他储能系统仍然是市场上的新系统。 1.机械储能 机械储能系统基于经典的牛顿力学。能量以动能或势能的形式储存，并以压力能的形式储存。最著名的机械储能系统包括抽水蓄能发电厂、压缩空气储能系统和飞轮。 抽水蓄能电站：水的力量 抽水蓄能电站特别适合大规模储存电能。利用多余的能量将水从下盆地泵送到较高盆地（上盆地）。根据这个原理，电能储存在水的势能（位置能）中。当需要时，水通过涡轮机释放到下部盆地，并在发电机的帮助下转换回电能。抽水蓄能电站的效率约为75%至80%。由于地理条件，这种形式的储能在许多国家只适合有限地大规模使用。 通过压缩空气蓄能器进行储能 压缩空气存储系统通过压缩空气来储存能量。空气在高压下被封闭在合适的容器或地下储罐中。储存的机械能可以通过涡轮机释放压缩空气，从而根据需要释放，涡轮机用于驱动发电机。尽管压缩空气存储系统的效率相对较低，但压缩空气存储系统适用于存储风力发电等可再生能源产生的电力。 通过飞轮进行能量存储 在使用飞轮或飞轮大容量存储装置的情况下，多余的电能以动能的形式存储。为此，飞轮在电动马达的帮助下运动。当要提取储存的能量时，旋转质量停止，旋转能量由发电机回收。由于摩擦损失高，这种类型的存储通常用作短期存储，例如缓冲峰值负载。 2.电化学储能 电化学储能装置以化学能的形式储存能量。在放电过程中，后者被转换回电能。电化学储能系统包括电池和蓄电池。特别是在小存储容量领域（例如汽车电池），电化学存储长期以来一直很受欢迎。 电池 无法想象没有电池的工业和私人家庭。根据其用途，在结构中使用不同的材料。例如，一次性电池通常比可充电电池更紧凑，能量密度更高。因此，前者用于医疗植入物或手表等。蓄能器用于工业领域。 蓄能器 蓄能器是一种广泛使用的电化学储能形式，有多种尺寸可供选择。它们的主要优点是电池充电时发生的过程在很大程度上是可逆的。因此，发生的能量损失非常低，通常只有百分之几。自放电的程度因电池类型而异。然而，它通常被认为是相对温和的。电池的能量密度明显高于其他电容器。然而，与燃料的能量密度相比，它非常低——这使得设计长距离电动汽车相对困难。 3.热能储存 特别是在必要的热转换方面，热能存储解决方案越来越多地出现在公众讨论中。潜力巨大，尤其是在工业领域。应用最广泛的蓄热系统包括显热蓄热、潜热蓄热和热化学蓄热。不同的工作原理因储存时间、温度和储存原理而异。 敏感蓄热 在敏感的储能系统中，热能是通过提高材料的温度来储存的。使用的储存材料包括水、导热油、混凝土、砂岩、砖块或熔盐。根据用于存储的材料，存储持续时间会发生变化。灵敏的热存储，例如ENERGYNEST的ThermalBattery?，被认为是最成熟和最具成本效益的热能存储方法。 潜热储存 在工业环境中很少使用的潜热储存系统中，热能是借助相变材料（包括盐或煤油）来储存的。在相的变化过程中，例如从固体到液体，材料吸收能量，然后作为所谓的潜在能量保持在材料中。潜热储热系统可以在较长的时间内储存能量而不会造成重大损失。 热化学品储存 可逆气固反应也用于热化学储热系统。在这种情况下，能量作为吸热反应的一部分被储存起来，而不是温度的升高。主要优点是存储泄漏相对较低。 4.电能储存 在能源和热能转型的背景下，来自可再生能源的电能至关重要。各种技术使得无需转换即可将这种能量直接存储在电能存储系统中成为可能。然而，这在实践中并不总是经济上可行的。在电能存储的背景下，电容器和超导电能存储系统是有区别的。 电容器：电场中的能量存储 电容器通常利用静电力。电容器中的能量存储基于保持存储能量的电场。“关键优势在于，通过这些类型的存储，电能不必转换为其他形式的能量，这样可以避免高转换损耗。然而，这种优势被极低的能量密度（无论是在体积和重量方面）以及高成本的缺点所相对化。出于这个原因，它们的应用目前更多地出现在利基领域，“能源网络和储能研究中心（FENES）写道。 超导磁储能装置 在另一种类型的电能存储中，即所谓的超导磁能存储，来自整流器的直流电流过由超导材料（如铁、磷、镧或氧化合物）制成的线圈。这会产生一个磁场，能量被储存在其中。 蓄电池加载后，电源中断，并启动由同样超导材料制成的开关。该开关负责断开线圈与逆变器的连接。然后将电路重新连接到逆变器以释放存储的能量。这样，交流电就由直流电产生。 这种储能系统产生直流电的效率约为97%。然而，需要考虑相当大的冷却要求，这往往会阻碍该技术的经济工业应用。 扫码或加微583769685下载该报告全文 某个晚上我接到了一位朋友的紧急电话，说小孩玩耍的时候把他电子表换下来的纽扣电池吞了下去，问我该怎么办。 作为未婚人士，平时是没有这方面知识储备的，不过隐约记得在哪里看到过说可以吞服蜂蜜。于是立即建议朋友将电池包装带上送小孩去医院，同时将他妈常年备着的蜂蜜盛一碗，路上给小孩服用一点。 后面在医院急诊做胃镜取出来了，万幸没什么大事。 误吞纽扣电池后有什么危害？一旦身边发生了误吞事件要怎么处理？本着有备无患、“艺多不压身”的精神，我又进一步深入学习了相关知识。 误吞纽扣电池后的风险不容忽视 美国毒物控制中心数据显示，2019年度误吞纽扣电池事件的发生率估计为10.46每百万人口，其中6岁以下儿童1843例，6-19岁青少年520例，19岁以上1067例，发生严重并发症者51例，死亡3例，严重并发症及死亡事件的发生率约为1.56%[1]。 对于儿童来讲，由于其食管比较窄，所以纽扣电池常常会卡在食管内，而不是进入胃部或者肠道内。恰恰是由于这个原因，可能导致更严重的并发症，包括食管穿孔、喉返神经损伤、形成主动脉食管瘘或气管食管瘘等，而其中主动脉食管瘘的死亡率是极高的。 另外一些并发症还有如食管狭窄、食管硬化、纵隔炎、气胸、吸入性肺炎、声带麻痹等等[2, 3]。 重金属中毒居然不是误服纽扣电池的主要危害？ 关于纽扣电池导致损伤的机制，以前有诸多假设，如纽扣电池压迫局部引起坏死、电池发生电解反应后产生腐蚀、电池内容物泄露引起损伤及重金属中毒等。 最近的研究发现，在电池阴极（-）发生电解反应后会产生氢氧根离子（OH－），而氢氧根离子所导致的碱烧伤是最重要的损伤机制[4, 5]。 通过动物试验发现损伤的程度与电池的电压、电池与食管接触时间成正比，因为损伤的部位主要位于阴极接触的部位，所以电池阴极的朝向与损伤的类型有关系，如阴极（-）朝向气管，严重的则可能导致气管食管瘘[6]。 尽管大的纽扣电池（直径>20mm）更容易因为卡在食管内而导致严重损伤， 研究发现小电池（直径<20mm）导致的此类损伤的发生几率也不容忽视[2]。> 图片仅为展示与本科普无关 图 源 | pixabay 误吞纽扣电池后，家长可以这样处理 看管好孩子，及时送医 动物试验发现食管与电池接触后，最快15分钟即可引起黏膜损伤，接触30分钟便可引起食管深部的肌肉层损伤[7]，所以及时送医是最佳选择。 然而现实中的情况是往往不知道这些熊孩子到底是吞了什么东西进去，而且误吞纽扣电池后的一些症状，如吞咽困难、咳嗽、发热以及呕吐等[8]，并不是误吞纽扣电池所特有的，有些病毒感染也可能引起这些症状，有些孩子在出现并发症之前可能没有症状表现[2]。 所以除非有人看见，否则很难确认孩子到底吞了什么东西。 出门前的措施 如果我们发现熊孩子误吞了纽扣电池，首先毫无疑问的是立即拎上孩子去医院急诊科检查和处理。 在此同时，也可以采取一些措施来尽量减轻损伤以及为后续诊断提供有用的信息，这些措施包括[9]： 不要催吐； 用最快的速度找出电池包装或者携带同型号电池送医，这个时间不要超过5分钟（这里给家长提个醒，电池包装不要随便丢弃，以防万一）； 确认小孩有没有同时误吞其他异物，比如磁铁等。 图片仅为展示与本科普无关 图 源 | pixabay 美国国家毒物控制中心推荐在以下情况下，可以使用纯蜂蜜尽量降低电池对食管的损伤： 怀疑误吞的为纽扣锂电池； 孩子≥1岁； 误吞时间未超过12小时； 孩子可以吞咽且能立即获得蜂蜜。即不要因为寻找蜂蜜而耽误就医时机，尽快送医才是最主要的处理措施。 蜂蜜的食用方法是： 每10分钟服用10ml，最多服用六次，但是实际情况中不需要过于纠结间隔时间和剂量； 服用的蜂蜜为正规上市产品； 服用蜂蜜后也仍然还是应该立即送医取出电池； 在进一步检查之前，除了蜂蜜，不要再服用其他食物或者饮料等。 为什么可以使用蜂蜜？ 食用蜂蜜的目的在于通过蜂蜜包裹电池，以阻碍或减少水解反应产生的氢氧根离子对食管造成的损伤[9]，硫糖铝具有与蜂蜜类似的效果。 作者认为从这一点来说，糖浆这类中性的粘稠物质应该都具有类似的效果，所以如果家里临时找不到蜂蜜的，不妨用糖浆代替。 图 源 | pixabay 就医后回家要如何观察？ 对于卡在食管的纽扣电池，医生一般会进行处理。而有一部分人误吞纽扣电池后，电池进入了胃部，但没有任何症状或食管损伤的患者，就医后医生可能会建议回家观察。 那么，对于这部分人，需要注意后续有无发热、腹痛、呕吐或便血等表现，同时每次便后要检查大便内电池有没有排出来，有症状时需要立即就医。 即使无症状，四天后也需要拍片复查以明确电池的位置，如此时电池仍位于胃部，一般需要及时使用内镜取出。 另外，一些病例虽然就医时即已取出卡在食管的电池，但电池所造成的损伤也可能在后面出现并引起严重的并发症。
家里有纽扣电池的要当心，孩子一旦误吞，该如何正确处理？