新型儲能技術研究

王啟明　季月清　王超　臧虎成　劉闖

關鍵詞：新能源;儲能技術;分布式儲能;磁力發電系統

儲能地磚作為一種新型儲能技術，在國內外都有重要的研究意義。現在，我國正積極開展新能源建設，儲能地磚的出現正好可以填補這一領域的空缺，借助人走路產生的能量生產電力，市場發展前景一片光明。利用傳統能源進行工業生產對生態環境造成了破壞，隨著當今科技的迅猛發展，新能源的開發越發迫切。儲能地磚能夠儲存新能源，提高能源的使用效率，實現綠色發展，未來必將成為市場主流。目前，國外開發的新能源種類越來越多，潮汐能核心技術的突破、信息技術與新材料技術的應用等充分體現了新能源和節能環保產業專業化、跨界融合化等創新趨勢。可以預見，可再生能源、新能源是未來一段時間國內外產業投資的熱門。本課題主要研究傳統能源和新能源之間的聯系與區別，闡述儲能地磚的基本原理和應用意義。

1傳統能源和新能源的區別

1.1能源可再生性不同

地球上的新能源資源極其豐富，幾乎沒有污染性，且可以再生，可供全球長期循環利用。例如在草原、大山等風力資源豐富的地方建設風力發電站，全球每天產生的風能極大，但人類可利用的風能極其微弱。雖然目前只能通過簡單的風力發電站獲取風能，但也是全球水力發電量的10倍之多。全球有70多億人，若能用儲能地磚將人們踩壓地面產生的重力勢能轉化為電能，能量不可小覷。火力發電等傳統能源生產方式大多利用的是不可再生能源，如煤炭、石油等一次能源，會產生大量污染，并且大多數也都無法再生，雖然這些能源促進了社會和文明的進步，但在以后的能源發展中，新式儲能技術必將占據主導地位。

1.2能源造成的污染不同

新能源的生產方式一般是水力發電、風力發電、太陽能發電、生物能發電等，相較于傳統的火力發電，其所造成的環境污染幾乎可忽略不計。當前的經濟發展追求的不僅是高速發展，還要兼顧環境保護，追求生態文明建設與經濟發展同步開展。在新的發展理念中，綠色健康發展是重要組成部分。在我國的攻堅戰中，污染防治是重要內容，新能源的發展符合生態文明建設的需求，污染小、可重復利用，而火力發電等傳統能源生產方式對環境的污染較大，甚至威脅到了人體健康，不適用于未來的發展模式[1]。

1.3早期投入與供需模式不同

傳統能源的早期投入時間長，雖然對環境的污染較大，但目前全球還是普遍以傳統能源為主，新能源還不能取代傳統能源。新能源的發展依舊處于研究狀態，研究時間雖有百年，但有效的研究時間不過幾十年，新能源的建設也存在很大的問題，例如風力發電要考慮風力水平、風力周期，而且風力發電站投入成本很高，要考慮使用年限的問題;太陽能發電要考慮光照強度，夜間沒有光照，無法生產太陽能;儲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，這是傳統能源無法比擬的。

新能源與傳統能源的供需模式不同，傳統能源一般以供給側為主導，而新能源以需求側為主導。新能源打破了傳統的供需模式，能夠產生一種新的經濟效益。

2儲能地磚的原理

儲能地磚是一種合理利用新能源，將人們踩踏地面產生的重力勢能轉化為電能的儲能方式，通過電路設計，利用分布式儲能技術、磁懸浮技術，以逆變電路設計為主要技術手段，將電能儲存在地磚的蓄電裝置中并提供給需用電的設備。簡易地磚基本電路模型如圖1所示。

儲能地磚大致可以分為3個部分的技術支持。

2.1新式磁懸浮技術

磁懸浮技術利用人踩在地板上產生的上下切割線圈來發電，內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，人不斷踩壓地板，上下產生落差，線圈可以被內部的分割線不斷分割，以此產生電能。通過原始儲能裝置發電存在能量不穩定的問題，也可以連通分布式儲能，使輸出電流更加穩定。因此，采用磁懸浮發電機，可以最大限度地減少能量損失，并轉化更多的電能，為其他設備供電。交流發電機切割線圈原理如圖2所示，簡單的磁懸浮技術系統如圖3所示。

2.2分布式儲能技術

分布式儲能系統能融入周邊環境，可以根據不同的環境調整安裝方式，具備隨環境而變化的優點，有助于保持儲能地磚的運行穩定性。分布式發電可以通過分布在儲能地磚電網附近的發電機組，為儲能地磚的穩定運行提供電力保障[2]。考慮到不同時期人流量的變化導致電力需求情況不同，分布式發電可以使儲能地磚輸出的電流保持穩定，不會出現時而有電、時而斷電的情況。

分布式儲能系統的功能體現在以下兩個方面：

（1）使儲能地磚供電電源有穩定的輸出功率與輸出電流，對整個儲能系統起到維穩作用[3]。

（2）儲能裝置的過渡作用。由于人流量的不穩定性，發電系統的輸出電流會隨時發生變化。當沒有人流量時，儲能地磚會停止輸出電流。因此，需要利用分布式儲能技術輔助儲能地磚過渡，向供電設備持續輸出電流。在磁懸浮發電中，切割線圈的速度變化會使輸出的電流發生變化，從而使地磚輸出功率產生波動，導致電流速率下降。將分布式儲能裝置安裝在儲能地磚中，具有維持磁懸浮輸出電壓和輸出電流穩定性的功能，同時也能提高儲能地磚發電機組與附近電網聯合的有效性與可實施性。

2.3逆變電路設計

在日常生活中，不同設備所需電流的性能參數有一定的區別，所以需要儲能地磚有逆變電流的功能，即針對不同的用電器件，調整輸出電壓，保證不同的設備能正常使用。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整設計，幫助儲能地磚向不同供電設備輸出維持穩定工作的電流[4-5]。

3儲能地磚的應用意義

儲能地磚作為一種新型儲能技術，具有很大的開發潛力，在地鐵口、大型超市的入口、學校門口、步行街等有持續性較大人流量的地方安裝儲能地磚，不僅能改變傳統地磚造型不美觀的缺點，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電的新儲能方式能夠實現節約能源的目標。

4結語

新型儲能技術未來必能成為轉變能源結構、改變傳統電力生產方式和能源消費方式的關鍵性技術，在能源市場中的發展前景良好、發展潛力較大。在新能源的開發上，綠色新能源正是國家所需要的，而儲能地磚可以滿足這一需求，提供一種新的技術，為儲能技術發展找到一條新的路徑。但是，儲能地磚的推廣應用有一定的難度，成本問題尚待解決，要實現這個目標還需更多的努力。