智能电网之储能

1、智能电网之储能-杨凤惠Page 2 储能技术的分类储能技术的分类1 储能技术的应用储能技术的应用 2 风光储示范工程风光储示范工程3目录Page 3电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为机械、电磁、电化学和相变储能四大类型机械储能抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能电磁储能电化学储能相变储能超导储能超级电容储能高能密度电容储能铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能冰蓄冷储能1储能技术的分类Page 4应用：应用：调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率1抽水蓄能电站Page 5CAES 储气库漏气

2、开裂可能性极小，安全系数高，寿命长，可以冷启动、黑启动，响应速度快，主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。1压缩空气蓄能电站Page 6飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置。他将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。原理飞轮储能功率密度大于 5kW/kg，能量密度超过 20Wh/kg，效率在 90%以上，循环使用寿命长达 20a，工作温区-4050，无噪音、无污染、维护简单，主要用于不间断电源(UPS)/应急电源(EPS)

3、、电网调峰和频率控制。应用1飞轮储能Page 7超导磁储能系统(SMES)超级电容器储能原理原理应用应用发展发展超导磁储能系统利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms级)，转换效率高(96%)，比容量(110 Wh/kg)/比功率(1010 kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿SMES技术相对简单，没有旋转机械部件和动密封问题。SMES 可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求目前 15 MJ/MW 低温SMES装置已形成产品， 100MJ 装置已投入高压输电网运行， 5G

4、Wh 装置已通过可行性分析和技术论证。SMES的发展重点在于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ 级系统，解决高场磁体绕组力学支撑问题等根据电化学双电层理论，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距极小并采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，产生极大的电容量超级电容器价格较为昂贵，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平超级电容器已经历了三代发展，形成电容量 0.5 1000F、工作电

5、压 12400V、最大放电流 400 2000A 系列产品，储能系统最大储能量达到 30MJ。基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代产品正在开发中1超导磁储能系统与超级电容器储能Page 8电池种类单体标称电压/V反应式研发机构铅酸2.0主要电池厂家镍镉1.01.3主要电池厂家镍氢1.01.3主要电池厂家锂离子3.7主要电池厂家钠硫2.08东京电力公司、NGK、上海电力公司全钒液流1.4VRB、V-Fuel Pty、住友电工、关西电力、中国电力科学研究院电力储能系统可利用的主要电池1各电池储能系统的基本特性Page 9电池种类功率上限比容量/(Wh/kg)比功率/(W/kg)循环寿命/次

6、充放电效率/%自放电/(%/月)铅酸数十 MW3550753005001 50008025镍镉几十 MW751503002 500070520锂离子几十 kW1502002003151 00010 00009501钠硫十几 MW150240902302 500090-全钒液流数百 kW801305014013 000080-部 分电 池储 能系 统性 能比 较铅酸电池在高温下寿命缩短，与镍镉电池类似，具有较低的比能量和比功率，但价格便宜，构造成本低，可靠性好，技术成熟，已广泛用于电力系统，目前储能容量达 20MW。但其循环寿命短，且在制造过程中存在一定环境污染。镍镉等电池效率高、循环寿命长，但

7、随着充放电次数的增加容量会减少，荷电保持能力有待提高，且因存在重金属污染已被欧盟组织限用。锂离子电池比能量 / 比功率高、自放电小、环境友好，但由于工艺和环境温度差异等因素的影响，系统指标往往达不到单体水平，使用寿命较单体缩短数倍甚至十几倍。钠硫和液流电池被视为新兴的、高效的且具广阔发展前景的大容量电力储能电池。1各电池储能系统比较Page 10抽水蓄能电站压缩空气储能电站 日、美、西欧等国家和地区在20世纪6070年代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量55%以上，其中：美国约占3%，日本超过10%；中国、韩国和泰国3个

8、国家在建抽水蓄能电站17.53GW，加上日本的在建量达24.65GW。 近年国外投入运行的8大抽水蓄能电站： 世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德国建造的 Huntdorf 电站，装机容量为 290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动超过 7000次，主要用于热备用和平滑负荷。 在美国，McIntosh 电站装机容量为 100 MW，Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调峰；2005年由 Ridge 和 EI Paso 能源公司在 Texas 开始建造 Markham 电站，容量为 540 MW。 在日本，1998年施工建设北海道三井砂川矿坑储气库，2001年 C

9、AES 运行，输出功率 2MW。 在瑞士，ABB 公司正在开发大容量联合循环 CAES 电站，输出功率 442MW，运行时间为 8h，贮气空洞采用水封方式。 此外，俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色列等国也在长期致力于 CAES 的开发。电站电站国家国家装机容量 / MW投入年份投入年份落基山落基山美国美国7601995锡亚比舍锡亚比舍伊朗伊朗1 0001996奥清津奥清津 日本日本6001996葛野川葛野川日本日本1 6001999拉姆它昆拉姆它昆泰国泰国1 0002000金谷金谷德国德国1 0602003神流川神流川日本日本2 8202005小丸川小丸川日本日本1 20020072抽水蓄能

10、电站与压缩空气储能电站Page 11研发机构研发机构基本参数基本参数技术特点应用应用西门子公司西门子公司储量储量 21 MJ/5.7Wh,最大功率最大功率 1MW4800支支2600F/2.5V电电容器组成，储效容器组成，储效95%地铁地铁配电配电美国美国 TVA 电力电力公司公司200kW用于大功率直流电机用于大功率直流电机启动启动支撑支撑 飞轮储能系统的部分应用：研发机构研发机构基本参数基本参数技术特点作用作用日本四个综合日本四个综合研究所研究所8MWh，储能放，储能放电各电各4h，待机，待机16h高温超导磁浮立时轴承，高温超导磁浮立时轴承，储效储效84%平滑平滑负荷负荷日本原子力研日本原

11、子力研究所究所215 MW / 8 GJ输出电压输出电压18kV, 输出电输出电流流6896A，储效，储效85%UPS美国Vista公司277kWh引入风力发电系统引入风力发电系统全程全程调峰调峰美国马里兰大美国马里兰大学学(1991)24kWh,1161046345 rad/min电磁悬浮轴承，输出恒电磁悬浮轴承，输出恒压压 110V/ 240V，储效，储效81%电力电力调峰调峰美国波音公司美国波音公司100 kW/ 5 kWh高温超导磁浮轴承高温超导磁浮轴承电力电力调峰调峰德国德国(1996)5MW/100MWh,22504500 rad/min超导磁浮轴承，超导磁浮轴承，储效储效96%储

12、能储能电站电站欧洲欧洲 Urenc Power 公司公司(2001)转速转速 42 000 rad/min高强度碳纤维和玻璃纤高强度碳纤维和玻璃纤维复合材料维复合材料UPS巴西巴西(2004)额定转速额定转速 3000 rad/min超导与永磁悬浮轴承超导与永磁悬浮轴承电压电压补偿补偿 SMES 的部分应用： 超级电容器系统的部分应用：年份年份应用地应用地基本参数基本参数作用作用1982美国美国30MJ/10MW抑制系统低频振荡抑制系统低频振荡和支撑系统电压和支撑系统电压1993美国阿拉斯加电网美国阿拉斯加电网1.8GJ提高电网供电可靠提高电网供电可靠性性2000美国威斯康辛某电网美国威斯康辛

13、某电网63MJ/8MVA避免电压凹陷和短避免电压凹陷和短路故障路故障2002美国田纳西某电网美国田纳西某电网83MJ/8MW维护输电网电压稳维护输电网电压稳定定2002日本日本Chubu公司公司7.3MJ/5MW提供瞬时电压补偿提供瞬时电压补偿2003日本日本Chubu公司公司1MJ, Bi-2212提供瞬时电压跌落提供瞬时电压跌落2006日本日本Hosoo电站电站10 MW补偿瞬时电压跌落补偿瞬时电压跌落2002德国德国ACCEL150 KJ,Bi-2223用于用于 20 kVA UPS 系统，与电网相连系统，与电网相连以提高电能质量，以提高电能质量，同时发挥有源电力同时发挥有源电力滤波器作

14、用滤波器作用2001韩国电力研究所韩国电力研究所1MJ/300VA有效维护系统稳定有效维护系统稳定运行运行2006韩国电力研究所韩国电力研究所3MJ/750kVA提高敏感负荷的供提高敏感负荷的供电质量电质量近年来，飞轮、超导磁和超级电容器储能技术在各国都得到研发应用2飞轮、超导磁和超级电容器储能系统的应用Page 12铅酸蓄电池系统钠硫电池系统 铅酸电池储能系统在发电厂、变电站充当备用电源已使用多年，并在维持电力系统安全、稳定和可靠运行方面发挥了极其重要的作用 国外大型铅酸蓄电池系统及其功能： 东京电力公司在钠硫电池系统研发方面处于国际领先地位，拥有较为成熟的商业化产品，1999年在大仁变电站

15、设置 6MW8h 系统，2004 年 7 月又在 Hitachi 自动化系统工厂安装了目前世界上最大的钠硫电池系统，容量 9.6MW/ 57.6MWh；钠硫电池系统在电力系统和负荷侧成功应用 100 余套，总容量超过 100MW，其中近 2/3 用于平滑负荷。 2004年，在美国哥伦比亚空军基地安装了 12MW/ 120MWh 钠硫电池系统，充当备用电站。铅酸电池系统铅酸电池系统名称和位置名称和位置额定功额定功率率/容量容量(MW/MWh)功能安装安装时间时间BEWAG, Berlin (德国德国)8.5/8.5热备用、频率控热备用、频率控制制1986Crescent, North Carol

16、ina0.5/0.5峰值调节峰值调节1987Chino, California(美国美国)10/40热备用、平衡负热备用、平衡负荷荷1988PREPA, Puerto Rico(波多黎各波多黎各)20/14热备用、频率控热备用、频率控制制1994Vernon, California(美国美国)3/4.5提高电能质量提高电能质量1995Metlakatla, Alaska(美国美国)1/1.4提高孤立电网提高孤立电网稳定性稳定性1997ESCAR, Madrid(西班牙西班牙)1/4平衡负荷平衡负荷20世纪世纪90年代后期年代后期Herne-Sodingen(德国德国)1.2/1.2削峰、削峰、

17、提高电能质量提高电能质量20世纪世纪90年代后期年代后期2电池储能系统铅酸蓄电池系统与钠硫电池系统Page 13地点地点储能系统规模储能系统规模功用功用研发单位研发单位时间时间爱尔兰风电场爱尔兰风电场2MW6h风风/储发电并网储发电并网加拿大加拿大VRBPowerSystemsInc.2006年年8月月美国犹他州美国犹他州250kW8h削峰填谷削峰填谷2004年年2月月澳洲金岛风场澳洲金岛风场200kW8h风风/储储/柴联合柴联合2003年年11月月丹麦丹麦15kW8h风力风力/储能发电储能发电2006年年6月月南非南非250kW / 520kWh应急备用应急备用2002年年美国美国南卡罗来纳

18、州南卡罗来纳州30/60kW2h备用电源备用电源2005年年10月月美国佛罗里达州美国佛罗里达州25kW4h光伏光伏/储能发电储能发电2007年年7月月意大利意大利5kW4h电信备用电源电信备用电源2006年年4月月丹麦丹麦5kW4h风力风力/光伏发电光伏发电2006年年4月月加拿大加拿大10kWh偏远地区供电偏远地区供电2006年年3月月德国德国10kWh光光/储并网储并网2005年年9月月泰国泰国1kWh/12kWh光伏光伏/储能应用储能应用V-Fuel Pty Ltd1993年年日本日本200kW/ 800kWh平稳负载波动平稳负载波动住友住友电工电工1997年年关西电力关西电力450kW/ 1MWh电站调峰电站调峰1999年年日本日本1.5MW/ 3MWh电能质量电能质量2001年年北海道北海道170kW/ 1MWh风风/储并用系统储并用系统2001年年 20世纪90年代初，英国 Innogy 公司成功开发出5、20和100kW 系列多硫化钠 / 溴液流储能电堆，并于2001年和2002年分别在英国和美国各建造了120MWh储能电站，用于电站调峰和 UPS。 2001年，250kW/520kWh 全钒液流电池在日本投入商业运营。 近十多年来，美国、日本、欧洲等国家相继将与风能/光伏发电相配