新型物理储能技术进展与标准研究现状

新型物理储能技术进展与标准研究现状2024-04-08汇报提纲一、新型物理储能需求与应用背景二、压缩空气储能技术与标准现状三、

飞轮储能技术与标准现状过去10年全球新型储能装机增长22倍新型储能迅速发展一可再生能源装机可再生能源+储能：连续、稳定、可控可再生能源：间歇、不稳定、不可控45-40-30

--20-1002009201020112012201320142015201620172018201920202021■储热

■电机械储能

■电化学储能储能装机■

国

内

■全球装机(亿km)装

机

(G

W)口至2021年底，全球已投运储能项目的累计装机规模为209.4GW,

同比增长9%;其中新型储能累计装机规模为25.4GW,

同比增长67.7%。口至2021年底，中国已投运储能项目累计装机规模46.1GW,

占全球储能装机22%,同比增长30%;其中新型储能累计装机规模达到5729.7MW,同比增长75%。熔融盐储热铅蓄电池r1.2%_5.9%液流电池理离子电油

0.9%89.7%_超级电容0.2%

其

它<0.1%压缩空气」

|k

蛇储能3.2%0.1%熔融盐储热r1.6%r²%新型储碳2.2%12.2%液流电池0.6%其它0.2%说储制1.8%全球已投运储能项目的累计装机分布

中国已投运储能项目的累计装机分布新型储能迅速发展二新型储保12.5%抽水蓄能86.3%抽水高能86.2%压缝空气

2.3%铅蓄电池钠流电池根据国际可再生能源署IRENA,到2030年，基准场景下，全球固定式新型储能电站容量将达到100-167GWh,

理想场景

下达到181-421

GWh,

增长10倍以上根据国际能源署IEA,在NPS

场景*下，到2030年，全球电网规模的新型储能电站容量将达到106GW,

到2040年将达到218GW

,增长10倍以上新型储能迅速发展三*NPS是新政策场景，即到2040年，可再生能源将占全球新增发电容量的一半以上Figure

ES5:Bafteryelectricitystorageenergycapacitygrowthinstationaryapplications

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main-use

case.2017-2030全球电网规模储能系统装机容量预测(GW)■中国■印度

美国■欧洲■非洲■世界其他国家口

目前国内已建成多座压缩空气储能电站，

一方面积累了经验，另一方面也显示了不同的技术路径，正在建设和规划建设的电站超过20座，但是相关标准尚处于起步阶段。口目前飞轮储能已在多个应用场景上获得了应用，技术正在走向成熟，但至今尚无国家行业标准。新型储能的高质量发展离不开标准体系超级电容

超导储

锌-空气电

燃料电池铅酸电池

锂离子电

钠硫电

池

液流电池

镍氢电池物理储能

化学储能

其他储能抽水蓄能压缩空气飞轮储能◆国标委发布的《2021年全国标准化工作要点》

加强

“碳达峰”标准化支持力度，第19点明确提出：加快新能源开发利用、电力储能、

氢能、特高压交直流输电、电力系统安全、需求

侧管理等标准研制，推进互联网标准化工作，加强核电标准体系建设，推进光伏能源标准体系升级。04◆2020年1月，国家能源局、应急管理部、国家市场监督管理总局联合发布《关于加强储能

标准化工作的实施方案》。明确提出，加强储

能标准化建设工作，发挥标准的规范和引领作

用，促进储能产业高质量发展的工作部署。新型储能的高质量发展离不开标准体系◆

“十三五”期间，五部委联合发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》明确了储能

技术对于构建我国清洁低碳、安全高效的现代能

源体系，指明了我国储能产业发展的方向和目标。以压缩空气储能、飞轮为代表的新型物理储

能技术和产业发展迅速，产业链逐步成熟。◆新型储能快速发展，离不开标准支撑◆新型储能快速发展，亟需标准来规范02

标准的必要性0103汇报提纲一、新型物理储能需求与应用背景二、压缩空气储能技术与标准现状三、

飞轮储能技术与标准现状基本原理：储电时(低谷低价电或可再生能源弃电),通过电动机驱动压缩机将空气压缩至高压，储存

在地下洞穴中，把电能转化为空气内能存储起来；供电时，高压空气从洞穴释放，通过膨胀机做功，带

动发电机发电，把空气内能再转化成电能。压缩空气储能是最具发展前景的储能技术之一发电机燃料(天然气)压缩空气洞穴高压

低压

透平

透平电动机压缩机换热器排气余热盐丘Technoloplithium

ionLFPLithium-ion

NMCteadAcidRedox

FlowCAESPsHthium

ion

LFPLithium-ion

NMCLeadAcideedos

HowCAESPSHLithium-ion

LFPlithium-ion

NMClead

AcidRedox

FlowCAESPSHHydrogentithium-ion

LFPLithlum-ionNMCLeadAcidRedox

FlowCAESPSHHHydrooef505100

52005300

$0

51.000$2,00053,00050550051.000Annualized

Cost(s/AWh-yr)*Annualized

Cost(S/kW-yr)*LcoE(5/MWh)wh-y)and

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Challenge压缩空气储能是投资成本和全生命周期度电成本最低的储能技术压缩空气储能是最具发展前景的储能技术之一H风1×1KDaratlonQr)Year

2020向|olFT

|o||*l1*||×l1×|lo|lolM闸1=llollol闲*

1RH1*

1N单H车1中H201020202030WH#Hl10"√

功率为290MW√

压缩空气存储在地下600米的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×105m³√

电站效率42%√

功率为110MW√

储气洞穴在地下450米，总容积

为

5.6×105m³√

增加了回热器用以回收余热，电站

效率提高至54%传统压缩空气储能存在技术瓶颈，大范围推广应用遇到因难压缩空气储能是最具发展前景的储能技术之一1978年投入商业运行的德国Huntorf电站

1991年投入商业运行的美国McIntosh

电站技术瓶颈·

依赖大型储气洞穴·

依赖化石燃料·

损失大/效率低科学难题·

能量的高效传递与转化·

大幅提高能量储存密度摆脱对化石燃料和大型储气洞穴的依赖、提高储能密度、提高系统效率是压缩空气储能发展新思路压缩空气储能是最具发展前景的储能技术之一压缩热回收再利用摆脱化石

燃料依赖依赖化石燃料高效压缩、膨胀、

蓄热、换热、集成优化提高系统效率液态/高压储存消除对

大型储气洞

穴的依赖损失大

效率低换熟依赖大型储气洞穴.益丘缩机压缩空气储能类型国外典型案例2010年英国液态空气储能示范系统1978年德国压缩空气储能电站1991年美国压缩空气储能电站2013年工程热物理所自主研发并建成国际首套1.5MW级新型

CAES

示范系统，效率2016年工程热物理所自主研发并建成国际首套10MW级储罐型压缩空气储能示范系统，效率60.2%。压缩空气储能类型国内典型案例52.1%。2022年5月，由清华大学作为主要技术研发方的江苏金坛非补燃压缩空气储能电站实现并网发电发电装机为60MW,

储能容量300MWh,设计效率61%。压缩空气储能类型国内典型案例2021年9月，工程热物理所等建成10MW/100MWh盐穴型

CAES示范电站，效率60.7%

已并网发电。2022年9月，工程热物理所、

中储国能、巨人集团等建成

100MW/400MWh

地下洞穴型

CAES示范电站，效率70.4%

已并网发电。压缩空气储能类型国内典型案例压缩空气储能发展态势一压缩空气储能技术的发展历程美国SustainX等温压缩空气储能电站一时间：2013年全球首个兆瓦级等温压缩空

气储能系统一性质：示范机组功率；1.5MW储气装置：储键燃料：无效率：<45%英国液态空气储能电站时间：2010年性质：示范机组功率：2MW储气装置：储罐燃料：无效率：<40%日本上砂川町电站一时间：2001年性质：示范机组功率：2MW储气装置：地下450m废弃煤矿坑

燃料：天然气效率：<40%中国廊坊1.5MW先进压缩空

气储能示范项目时间：2013.06建成性质：示范机组一功率：1.5MW储气装置：储进燃料：无效率：52.1%中国金坛盐穴压缩空气储能

示范项目时间：2021年性质：示范项目功率：60MW储气装霄：盐穴一燃料：无效率：55%-61%中国毕节10MW

先进压缩空气储能示范项目时间：2016.11建成。2021.10井网发电

性质：商业运营一功率：10MW储气装置：储端燃料：无效率：60.2%中国肥城10MW

盐穴压缩空气储能示范电站时间：2021.08建成，2021.09并网发电性质：高业运营功率：10MW储气装置：盐穴燃料：无效率：60.7%德国Huntorf电站一时间：1978年一世界上第一个商业化压缩空气储能电站性质：商业运营一功率：290MW储气装置：地下600米的废弃矿洞

燃料：天然气效率：44-46%美国Alabama

Mclntosh电站时间：1991年世界第二个商业化压缩空气储

能电站性质：高业运营功率：110MW储气装置；地下450米洞穴

燃料：天然气/油效率：52-54%中国张家口100MW

先进压缩空气储能示范电站一时间：2021.12井网性质：高业运营功率：100MW储气装置：储铠+地下人造储气库燃料：无效率：65%-70%中国逐渐成为压缩空气储能领域的技术领跑者压缩空气储能应

用示范发展脉络我国是全球投资最活跃、在建项目最多的地区，目前中能建、中电建、华能、

中储国能等规划在建项目超过20个。压缩空气储能发展态势二中国成为全球压缩空气储能产业领跑者黑龙江吉林辽字安础内

蒙

古云南新

疆合青西陕1储能方案传统压缩空气

储能系统蓄热式压缩空

气储能系统等温压缩空气

储能系统液态空气储能

系

统超临界压缩空

气储能系统水下压缩空气

储能系统压缩空气储能技术路线多样，不同路线具有其自身优势和一定局限性，除了技术本身的改进，压缩空气储能系统的应用场景也得到了极大拓宽，整体上可以分为：大规模压缩空气储能系统：可用于电力系统削峰填谷、可再生能源平滑接入、工业余热耦合利用、火电厂/核电厂变工况辅助运行等。中小规模压缩空气储能系统：可用于分布式能源系统、分布式微电网、高海边无供能、压缩空气储能汽车、无人机弹射技术等方面。压缩空气储能应用场景、技术路线多样化，制定标准的技术难度大储气方式洞穴或储罐洞穴或储罐洞穴或储罐储罐储罐柔性储气囊加热方式燃料蓄热罐蓄热罐蓄热罐或燃

料蓄热罐蓄热罐不同压缩空气储能技术对比分析压缩空气储能发展态势三功率/MW效率/%0.5-3000.2-1.50.1-500.7-101.5-5044-542-29033-7350-8252-6750-708-60标准名称状态牵头单位压缩空气储能电站效率指标计算

方法行业立项中能建电规总院电力储能用压缩空气储能系统技

术要求国标立项华能江苏公司、中能建江苏设计院压缩空气储能电站运行维护规程行标立项中盐华能储能科技公司压缩空气储能电站启动试运及

验收规程行标待立项中电建水规总院压缩空气储能系统接入电网技

术

规

定行标待立项中能建江苏设计院、中科院工程热物理所压缩空气储能电站标识系统编码

导则团标已发布清华大学、华能江苏公司压缩空气储能系统接入电网技

术

规

定团标已发布清华大学、华能江苏公司压缩空气储能系统性能测试规范团标已发布工程热物理所压缩空气储能系统集气装置工

程设计规范团标已发布工程热物理所压缩空气储能发电工程选址技

术

规

程团标已立项中储国能、工程热物理所压缩空气储能地下盐穴储气库选

址工作导则企业标准已发布中能建数科、武汉岩土所压缩空气储能地下硐室储气库选址工作导则企业标准已发布中能建数科、武汉岩土所压缩空气储能发布或立项的标准超过20个纳入国标或行标计划超过12个国家能源局、中国电力企业联合会标准化管理中心储能是双碳背景下构建新型电力系统的重要组

签于新型储能技术和应用快速发展，全国电力储能

书处组织委员和相关专家结合储能技术发展和应

状，于2022年标委会年会讨论核理储能标准体系，

《储能电站电能质量技术监督规程》等36项储能

标准(见附件1)。妥否，请批示。附件：1、拟申报储能能源行业标准清单全国电力储得标准把搜米特委求2o22+1224、电化学健能电站水电解制氢系统安全规程制定28压第空气结能电站设计导则M

定26压缩空气储能电站可行性研究服告编制现程制定压缩空气储能电站工程初步设计报告编制规程制定28压增空气储被电结施工图设计内容深度规定制定29.压缩空气结能电结地下储气海选址导则制定30压缩空气储能电站调试规程制定31压缩空气储能电站机组后动验收规程制定2压国空气结能中站效率指标计算方法制定33.压缩空气辅能电站人工测室储气库稳定性数值分析导则制定34压增空气储能电站换热系统技术覆求制定5压增空气健他电站即胀机基本技术条作制定场压缩空气储能电站靠控系续技术要求制定压缩空气储能技术标准现状普

标

是

(

0

3

一关于《储能电站电能质量技术监督规程》等36项

能源行业标准申报的请示全国电力储能标委会文件申请立项时间：2019年04月标准发布时间：2020年12月标准依托项目：廊坊1.5MW

液态压缩空气储能项目、毕节10MW

储罐型压缩空气储能项目、肥城10MW

盐穴型压缩空气储能项目编制牵头单位：中国科学院工程热物理研究所当前参与单位：国家能源大规模物理储能技术研发中心、中储国能(北京)技术有限公司、中国长江三峡集团有限公司、中科南京未来能源系统研究院标准主要内容：规定了压缩空气储能系统的测试条件、测试仪器设备、储/释能试验步骤、测试项目及方法和测试报告要求技术标准举例团体标准：压缩空气储能系统性能测试规范技术标准举例国家标准：电力储能用压缩空气储能系统技术要求申请立项时间：2021年9月网上公示时间：2023年3月标准依托项目：金坛60MW

压缩空气储能示范项目编制牵头单位：华能江苏能源开发有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司当前参与单位：清华大学、南方电网科学研究院有限责任公司、中国科学院工程热物理研究所、西安热工研究院有限公司、沈鼓集团股份有限公司、西安陕鼓动力股份有限公司、东方电气集团东方汽轮机有限公司

……(共18家单位)标准主要内容：规定了电力储能用压缩空气储能系统总体要求、系统分类和架构、总体性能、压缩储能系统、储气系统、储换热系统、膨胀释能系统、电气系统、仪表与控制系统、辅助系统和性能试验等内容汇报提纲一、新型物理储能需求与应用背景二、压缩空气储能技术与标准现状三、

飞轮储能技术与标准现状飞轮储能原理：是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再

用飞轮带动发电机发电的储能方式

,具有高功率密度、长寿命的优点

。飞轮本体是飞轮储能系统中的核

心部件，作用是力求提高转子的极

限角速度，减轻转子重量，最大限

度地增加飞轮储能系统的储能量，

多采用碳素纤维材料制作。飞轮的转动惯量、电机的扭矩以及飞轮电机的转速决定了能量和功率特性飞轮储能技术原理充放电功率(1-3000kW)P=Mal储能容量(1-100kWh)50/60Hz

Grid—5—大功率、分秒级飞轮储能是解决高比例新能源接入导致电网稳定性向题的重要手段

是保障高敏感负荷供电质量的有效途径，是高比例新能源电网灵活性调节的支撑。飞轮储能的重要性电储能对功率和能量的技术需求(美国国家电力科学院)欧美实现了航天姿控、车辆混合动力、动态UPS、

机械能回收、区域电网调频、

新能源发电调节等领域的产业化应用。德国Piller公司功率最大3MW/60MJ动态UPS★美国Active

Power★美国Nycon

(沈阳微控)

★美国Pentadyne国外飞轮储能技术与产业化现状★KTS(盾石磁能科技)★加拿大Temporal(天津贝肯)★欧洲Omnes;Stornetic美国Amber发电时间最长4h功率10kW40kWh新能源发电支撑日本储能量最大360MJ

300kW,6krpm新能源发电支撑美国Beacon阵列规模最大20

MW/5MWh区域电网调频从早期概念设计研究到近年的多场景示范应用国内飞轮储能技术与产业化现状图3

1000kWh飞轮的形状及尺寸材料：超高强度钢；CFRP(括号内的尺寸)1982,中科院电工所，李安定2020山西老千山风电场2016中原混合动力钻井2019

地铁房山线2019顺义供电国内飞轮储能技术与产业化现状清华1中科院团队：能量提升30倍、功率提开3000倍复合(3

W飞,轮

2012)实验室10kWh高转速复合材料飞轮(400kW,2020)16kWh

低转速合金钢飞轮(1000kW,2016)0.5kWh

高转速复合材料飞轮(0.3kW,2000)示范应用中原油田示范应用青海电力1kWh高转速合金钢飞轮(5kW,2008)2kWh高速序号类别标准名称标准编号内容1团体标准《飞轮储能系统通用技术条件》T/CNESA

1202-2020规