新型储能技术研究

王启明　季月清　王超　臧虎成　刘闯

关键词：新能源;储能技术;分布式储能;磁力发电系统

储能地砖作为一种新型储能技术，在国内外都有重要的研究意义。现在，我国正积极开展新能源建设，储能地砖的出现正好可以填补这一领域的空缺，借助人走路产生的能量生产电力，市场发展前景一片光明。利用传统能源进行工业生产对生态环境造成了破坏，随着当今科技的迅猛发展，新能源的开发越发迫切。储能地砖能够储存新能源，提高能源的使用效率，实现绿色发展，未来必将成为市场主流。目前，国外开发的新能源种类越来越多，潮汐能核心技术的突破、信息技术与新材料技术的应用等充分体现了新能源和节能环保产业专业化、跨界融合化等创新趋势。可以预见，可再生能源、新能源是未来一段时间国内外产业投资的热门。本课题主要研究传统能源和新能源之间的联系与区别，阐述储能地砖的基本原理和应用意义。

1传统能源和新能源的区别

1.1能源可再生性不同

地球上的新能源资源极其丰富，几乎没有污染性，且可以再生，可供全球长期循环利用。例如在草原、大山等风力资源丰富的地方建设风力发电站，全球每天产生的风能极大，但人类可利用的风能极其微弱。虽然目前只能通过简单的风力发电站获取风能，但也是全球水力发电量的10倍之多。全球有70多亿人，若能用储能地砖将人们踩压地面产生的重力势能转化为电能，能量不可小觑。火力发电等传统能源生产方式大多利用的是不可再生能源，如煤炭、石油等一次能源，会产生大量污染，并且大多数也都无法再生，虽然这些能源促进了社会和文明的进步，但在以后的能源发展中，新式储能技术必将占据主导地位。

1.2能源造成的污染不同

新能源的生产方式一般是水力发电、风力发电、太阳能发电、生物能发电等，相较于传统的火力发电，其所造成的环境污染几乎可忽略不计。当前的经济发展追求的不仅是高速发展，还要兼顾环境保护，追求生态文明建设与经济发展同步开展。在新的发展理念中，绿色健康发展是重要组成部分。在我国的攻坚战中，污染防治是重要内容，新能源的发展符合生态文明建设的需求，污染小、可重复利用，而火力发电等传统能源生产方式对环境的污染较大，甚至威胁到了人体健康，不适用于未来的发展模式[1]。

1.3早期投入与供需模式不同

传统能源的早期投入时间长，虽然对环境的污染较大，但目前全球还是普遍以传统能源为主，新能源还不能取代传统能源。新能源的发展依旧处于研究状态，研究时间虽有百年，但有效的研究时间不过几十年，新能源的建设也存在很大的问题，例如风力发电要考虑风力水平、风力周期，而且风力发电站投入成本很高，要考虑使用年限的问题;太阳能发电要考虑光照强度，夜间没有光照，无法生产太阳能;储能地砖要考虑人流量、使用年限、成本。值得注意的是，新能源的研究潜力巨大，这是传统能源无法比拟的。

新能源与传统能源的供需模式不同，传统能源一般以供给侧为主导，而新能源以需求侧为主导。新能源打破了传统的供需模式，能够产生一种新的经济效益。

2储能地砖的原理

储能地砖是一种合理利用新能源，将人们踩踏地面产生的重力势能转化为电能的储能方式，通过电路设计，利用分布式储能技术、磁悬浮技术，以逆变电路设计为主要技术手段，将电能储存在地砖的蓄电装置中并提供給需用电的设备。简易地砖基本电路模型如图1所示。

储能地砖大致可以分为3个部分的技术支持。

2.1新式磁悬浮技术

磁悬浮技术利用人踩在地板上产生的上下切割线圈来发电，内部的永磁体利用磁体同极相斥、异极相吸的原理将地板悬浮起来，人不断踩压地板，上下产生落差，线圈可以被内部的分割线不断分割，以此产生电能。通过原始储能装置发电存在能量不稳定的问题，也可以连通分布式储能，使输出电流更加稳定。因此，采用磁悬浮发电机，可以最大限度地减少能量损失，并转化更多的电能，为其他设备供电。交流发电机切割线圈原理如图2所示，简单的磁悬浮技术系统如图3所示。

2.2分布式储能技术

分布式储能系统能融入周边环境，可以根据不同的环境调整安装方式，具备随环境而变化的优点，有助于保持储能地砖的运行稳定性。分布式发电可以通过分布在储能地砖电网附近的发电机组，为储能地砖的稳定运行提供电力保障[2]。考虑到不同时期人流量的变化导致电力需求情况不同，分布式发电可以使储能地砖输出的电流保持稳定，不会出现时而有电、时而断电的情况。

分布式储能系统的功能体现在以下两个方面：

（1）使储能地砖供电电源有稳定的输出功率与输出电流，对整个储能系统起到维稳作用[3]。

（2）储能装置的过渡作用。由于人流量的不稳定性，发电系统的输出电流会随时发生变化。当没有人流量时，储能地砖会停止输出电流。因此，需要利用分布式储能技术辅助储能地砖过渡，向供电设备持续输出电流。在磁悬浮发电中，切割线圈的速度变化会使输出的电流发生变化，从而使地砖输出功率产生波动，导致电流速率下降。将分布式储能装置安装在储能地砖中，具有维持磁悬浮输出电压和输出电流稳定性的功能，同时也能提高储能地砖发电机组与附近电网联合的有效性与可实施性。

2.3逆变电路设计

在日常生活中，不同设备所需电流的性能参数有一定的区别，所以需要储能地砖有逆变电流的功能，即针对不同的用电器件，调整输出电压，保证不同的设备能正常使用。目前，逆变电路可以按照输出电流的去向、直流电源的功能、主电路的不同器件、电流的不同波形等分类调整设计，帮助储能地砖向不同供电设备输出维持稳定工作的电流[4-5]。

3储能地砖的应用意义

储能地砖作为一种新型储能技术，具有很大的开发潜力，在地铁口、大型超市的入口、学校门口、步行街等有持续性较大人流量的地方安装储能地砖，不仅能改变传统地砖造型不美观的缺点，还能获取大量电能，为各种空间照明、供电，多余的电能还可以输送到其他需要供电的地方，这种人踩下去就能发电的新储能方式能够实现节约能源的目标。

4结语

新型储能技术未来必能成为转变能源结构、改变传统电力生产方式和能源消费方式的关键性技术，在能源市场中的发展前景良好、发展潜力较大。在新能源的开发上，绿色新能源正是国家所需要的，而储能地砖可以满足这一需求，提供一种新的技术，为储能技术发展找到一条新的路径。但是，储能地砖的推广应用有一定的难度，成本问题尚待解决，要实现这个目标还需更多的努力。