主要储能系统技术经济性分析报告

1、Technical maturity主要储能系统技术经济性分析时间:2012-11-12 10:26 来源:未知 作者：abel一、成熟度图1所示为电力储能系统的技术成熟度的总结与比较。根据成熟度不同可分为三个层次:uO图1储能技术成熟度PHS-抽水蓄能；CAES-压缩空气；Lead-Acid:铅酸电池;NiCd:锲镉电池；NaS:钠 硫电池；ZEBRA:锲氯电池；Li-ion:锂电池；Fuel cell: 燃料电池；Metal-air: 金属空气电 池；VRB:液流电池；ZnbBr:液流电池；PSB:液流电池；Solar Fuel:太阳能燃料电池； SMES:超导储能；Flywheel: 飞

2、轮；Capacitor/Supercapcitor:电容/超级电容；AL-TES:水/冰储热/冷系统；CES:低温储能系统;HT-TES :储热系统(1)成熟技术：抽水蓄能电站和铅酸电池技术已经成熟，其使用已超过 120多年。(2)基本成熟的技术：压缩空气储能、锲镉电池、钠硫电池、锂离子电池、液流电池、超 导磁能、飞轮、电容、储热/冷等技术已经完成研发并开始商业化，但是还没有大规模普遍应 用，它们的竞争力和可靠性仍然需要电力企业和市场来进一步检验。(3)正在研发的技术：燃料电池、金属-空气电池和太阳能燃料正在研发中， 虽然它们在技 术上并没有达到商业成熟的程度， 但已经通过了多个科研机构的研究

3、论证。另一方面， 由于筐 迎成本和环境问题的驱动，这几种技术在不久的将来将具有巨大的商业潜力。二、功率和放电时间表1对各种类型电力储能系统的功率和放电时间进行了比较，根据它们的应用情况，大体上分为三种类型：(1)能源管理：抽水储能、压缩空气储能适合于规模超过100MW和能够实现每天持续输 出的应用，可用于大规模的能源管理，如负载均衡、输出功率斜坡 /负载跟踪。大型电池、液 流电池、燃料电池、太阳能电池和储热/冷适合于10100MW 的中等规模能源管理。(2)电力质量：飞轮、电池、超导磁能、电容反应速度快(约毫秒)，因此可用于电能质 量管理包括瞬时电压降、降低波动和不间断电源等，通常这类储能设备

4、的功率级别小于 1MW。(3)电能桥接：电池、液流电池和金属-空气电池不仅要有较快的响应(约小于 1秒)， 还要有较长的放电时间(1小时)，因此比较适合桥接电能。通常此类型应用程序的额定功率 为 100kW10MW 。表1各种储能技丕性能比较不就比率洋退”连 定之扫时伺|曲青周堤威本功里和制如徒忘自糕即第小送的督血期 联美元阡瓦+句时美元-什硒 磔比的 尔幅水蓄光JOD 5川W1 24小时以上榴鼻*讣月eoiwonn5 IMQ 1-11江版空工璇Xm的卜羽小时以上低小时喟网(MW2T整版电超o-jfly/iw妆一例(HM物9峰天jctnsooUOMOD宜川口苫品它也IML同艮，陟山迎11加展6

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9、如旬。10-20小更漫精能1SO-25D10-3D1 加NUUmi:(嬲.济化这程去除空（中.亏品温嚼赳80-20012000小、储存周期表1还给出了各种储能技术的能量自耗散率，其中抽水储能、压缩空气储能、燃料电池、 金属-空气电池、太阳燃料和液流电池等的自耗散率很小，因此均适合长时间储存。铅酸电池、 锲镉电池、锂电池、储热/冷等具有中等自放电率，储存时间以不超过数十天为宜。飞轮、超 导磁能、电容每天有相当高的自充电比，只能用在最多几个小时的短循环周期。四、成本成本是影响储能产业经济性的最重要因素之一。 表1分别列出了以每千瓦时、每千瓦、每 千瓦时-循环为单位的各种储能技术的成本。可见，就每千

10、瓦时的成本而言，压缩空气、金属 - 空气电池、抽水储能、储热技术成本较低。与其它形式储能系统相比，在已经成熟的储能技术 中压缩空气储能的建设成本最低， 抽水储能次之。尽管电池的成本近年来下降很快，但同抽水 储能系统相比仍然较高。超导磁能、飞轮、电容单位输出功率成本不高，但从储能容量的角度 看，价格很贵，因此它们更适用于大功率和短时间应用场合。总体而言，在所有的电力储能技尽管近年来电池和术中，抽水储能和压缩空气储能的每千瓦时储能和释能的成本都是最低的 其他储能技术的周期成本已在大幅下降，但仍比抽水储能和压缩空气储能的成本高出不少。对于表1,进行以下说明：(1)表1所有成本均按照2009年美元汇率

11、换算成美元；(2)压缩空气储能每千瓦成本除了电站建造成本，还包括储气室建设成本，后者与储气 量大小有关；(3)电池成本中不包括电池更换费用；(4)各储能系统每千瓦小时发电成本(以 COST表示)计算公式如下：对于压缩空气储能系统：其它储能系统：五、效率各种电力储能系统的充放电循环效率如图 2所示。可见，储能系统的循环效率大致可以分 为三种：Cycle enicitncy10Q.80T 6040，20-图2电力储能系统的充放电循环效率(1)极图效率：超导磁能、飞轮、超大容量电容和锂离子电池的循环效率超过90% ;(2)较高效率：抽水蓄能、压缩空气储能、电池(锂离子电池除外)、液流电池和传统电 容

12、的循环效率为60%90% ;(3)低效率：金属-空气电池、太阳燃料、储热/冷的效率低于60% ;效率计算公式一般分两种，基于热力学第一定律的储能系统效率计算式：_释放的能量“一储存的能量上式适用于能量以机械能或电磁能形式储存的储能系统。对于储热/冷系统，除了上式，往往还需从能量品位的角度评价储能过程。基于热力学第二定律的储能系统效率计算式:释放的（火用） 储存的（火用）六、能量密度和功率密度表2还列出了各种储能技术的能量密度和功率密度， 其中能量密度等于存储能量除以装置 体积（或质量），功率密度等于额定功率除以存储设备的体积（或质量）。可见，尽管金属空气电池和太阳能燃料的循环效率很低，但是它们

13、却有极高的能量密度（1000Wh/kg ）,而电池、储热/冷和压缩空气储能具有中等水平的能量密度。抽水储能、超导磁能、电容和飞 轮的能量密度最低，通常在30Wh/kg 以下。然而，超导磁能、电容和飞轮的功率密度是非常 高的，它们更适用于大放电电流和快速响应下的电力质量管理。钠硫电池和锂离子电池的能量密度比其它传统电池的高，液流电池的能量密度比传统电池稍低（应该注意的是，不同厂商生 产的相同类型的储能系统会在能量密度数据有所不同）。E_ E_表2各储能系统能量密度计算式为：物或厂，以下是不同储能系统所储存的能量值 E（1）抽水蓄能储存的机械能计算式为：E = p7gH其中H为水位高度，g为重力加

14、速度，V为水库容量，为水密度。（2）压缩空气储存的能量计算式为:豆2 PdV | dV - mRT InPV In其中P为绝对压力，V为储气容积，m为储存的空气质量，R为理想气体常数，T为绝对温度，V1-V2为压缩过程前后空气体积。(3)飞轮储存的机械能计算式为:其中J为转动惯量，为飞轮角速度。(4)超导储能储存的电能计算式为:其中L为线圈电感系数，I为线圈电流。(5)电容储存的电能计算式为:=!=&=1st2 C其中C为电容，V为电压，Q为总的电荷。(6)储热系统储存的热量计算式为:非相变储热:7JE=m C?dT其中m为储热介质质量，T1 , T2为吸热前后温度，Cp为比热容。相变储热:63廉 + I mCPdT + I