储能技术知识培训

汇报人：刘剑2019年11月2储能产业发展概况主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展电化学储能电气类储能物理储能化学储能热储能电化学储能电气类储能物理储能化学储能铅酸电池飞轮飞轮储能等气储能锂离子气储能显热储能潜热显热储能潜热储能等制氢储能料电池超导储能第3页第3页用于哪些环节?主要作用发电机升压变压器j发电厂发电高压输电线输电变电站域变电所配电配电变电站功率补偿提高稳定性用电用户侧管理应急能源削峰填谷12储能产业发展概况主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展2储能产业发展概况局不断完善，商业模式日趋多元，应用场景加速延伸，一些国家和地区的储能行业都取得重大发至2018年6月底，全球累计运行的储能项目装机抽水蓄能184.20GW(353个在运项目);电化学储能4.83GW(1077个在运项目);储热4.03GW(225个在运项目);其他机械储能2.65GW(78个在运项目);储氢0.02GW(14个在运项目)。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，占比94%。全球全球2储能产业发展概况2储能产业发展概况区域分布方面，美国、中国、日本占据储能项目装机的领先地位，储能项目装机全球前十的国家为美国、中国、日本、西班牙、德国国也2储能产业发展概况国也2储能产业发展概况2016年4月政策方面能源技术革命创新行动计划(2016～2030年)2016年4月政策方面随着国家相关政策的出能源局台、体制机制的不断完善，市场主体活力的激发，特别是2017年以来伴随着分布台、体制机制的不断完善，市场主体活力的激发，特别是2017年以来伴随着分布式光伏的跃进，2018年电化学储能的爆发，我国储能市场增长迅速。2016年6月232017年1月能源发展“十三五”规划、可再生能源发展“十三五”规划32017年1月2017年10月42017年10月4关于促进储能技术与产业发展指导意见发改委、财政部、能源局52018年5月关于2018年光伏发电有关事项的通知52018年5月第9页第9页2储能产业发展概况2储能产业发展概况2018年7月政策方面进入2019年，储能项目增2018年7月政策方面进入2019年，储能项目增多，市场接受度也在不断提高，年初国家电网公司、南方电网公司相继发布了促进储能发展的指导意见，给储能产业发展释放出积极信号。2019年1月2关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知2019年1月22019年1月2019年1月2019年2月关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见2019年2月2019年7月5《贯彻落实<关于促进储能技术与产业发展2019年7月52储能产业发展概况2储能产业发展概况产业方面截至2018年底，中国已投运储能项目的累计装机规模为31.2GW,同比增长8%,其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，约为30GW,同比增长5%,电化学储能和熔融盐储热的累计装机规模紧随其后，分别为1.01GW和0.22GW,同比分别增长159%和1000%。储能装机分布情况储能装机(GW)2储能产业发展概况电化学储能新增装机(MW)电化学储能新增装机(MW)运规模0.6GW,同比增长414%。截至2018年底，我国电化学储能市场累计装机规模1.01GW2014年以前2014~201620172018◆预计到2025年，中国电化学储能市场累计装机规2014年以前2014~2016201720182储能产业发展概况2储能产业发展概况随着新能源发电规模的日益扩大和分布式发电技术的不断发展，电力储2018年弃光主要集中在新疆、甘00(数据来源：国家能源局)第13页第13页2储能产业发展概况2储能产业发展概况风电装机(万kW)0风电装机(万kW)0全国储能装机(单位：GW)全国储能装机(单位：GW)就有30GW以上；加上更大规模的用户过60GW。2储能产业发展概况储能应用发展路线图商业化初期向规模化发展转商业化初期向规模化发展转变研发示范向商业化初期过渡2020年以后2015~2020年部、工信部、能源局《关展的指导意见》2020年以后2015~2020年2015年以前发布的《储能产业研究白皮书2016》项目以示范应用为主，集中在可再生助服务、电力输配、分布式发电及微电网、电动汽车光储式充电站开始出现若干初具向商业化迈进储能将逐步在各个领域实现商业化发展12储能产业发展概况主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展第17页第17页3物理储能技术发展3物理储能技术发展物理储能技术：特点采用水、空气、飞轮等作为储能介质，储特点采用水、空气、飞轮等作为储能介质，储能过程中介质不发生化学变化定义物理储能指的是利用抽水、压缩空气、飞轮等物理方法实现能量的存储，具有环形式主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。3物理储能技术发展3物理储能技术发展抽水蓄能：全球储能项目的累计装机规模中，抽水蓄能比重超过九成，duringpumping一，是建设海水抽水蓄能电站。第19页第19页3物理储能技术发展3物理储能技术发展位于日本冲绳岛北部，有效水头136m,最大出力30MW,是世界上唯一建成的高水头海水抽水蓄能电站，1999年运行，2016年关闭。第20页第20页压缩空气储能：◆把电网中电力负荷低谷时的多余电能转化成压缩空气的势能存在储气室中，然后在用电高峰时期释放被压缩空气，空气膨胀做功带动气轮机发电，储气室和压缩的空气起到“蓄电池”的作用。◆和抽水蓄能一样，压缩空气储能在电力系统中可以起到削峰填谷、优化电网的作用，同时又可以第21页第21页3物理储能技术发展3物理储能技术发展◆技术上，压缩空气储能适合建造大型储能电站，且压缩空气储能系统工作时间长，可以持续工作数小时，有利于解决我国弃风、◆在安全性上，新一代压缩空气储能使用的原料是空气，不会燃烧，没有爆炸的危险，零碳排且不产生任何有毒有害气体。第22页第22页3物理储能技术发展3物理储能技术发展全球第一座投入商业运行的压缩空气储能电站全球第一座投入商业运行的压缩空气储能电站项目1978年投产的德国Huntorf压缩空气储能电站压缩机功率为60MW,膨胀机功率为压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，总特点第23页第23页3物理储能技术发展3物理储能技术发展项目项目规模电站压缩机功率为50MW,膨胀机功率为规模储气洞穴位于地下450m,总容积达特点启动到满负荷约需9min,系统效率为54%特点第24页第24页3物理储能技术发展3物理储能技术发展我国压缩空气储能研究情况：◆起步晚，逐步重视：虽然我国对压缩空气储能系统的研究开发起步比较晚，但随着电力储能需求的快速增加，相关研究逐渐被一些大学和科研机构所重视。◆研究机构：中国科学院工程热物理研究所、清华大学、华北电力大学、西安交通大学、华中科技大学等单位对压缩空气储能电站的热力性能、经济性能、商业应用等进行了研究，但大多集中在理论和小型实验层面，目前没有投入商业运行的压缩空气储能电站，与西方发达国家存在较大差距。◆最新进展：大同市云冈矿巷道空气压缩储能电站项目、中盐金坛“盐穴压缩空气储能国家示范项目”先后开工建设。3物理储能技术发展3物理储能技术发展◆规模：初期建设规模60MW清华大学合作建设◆作用：“补峰应急”与“调频稳压”2018年12月，中盐金坛“盐穴压缩空气储能国家示范项目”在江苏金坛奠基第26页第26页3物理储能技术发展3物理储能技术发展◆规模：项目首期建设60MW,总规模100MW,总投资约5亿元。3物理储能技术发展3物理储能技术发展飞轮储能(Flywheelenergystorage(FES))转子、电动/发电机、电力转换器和真空室转子、电动/发电机、电力转换器和真空室能量以飞轮的转动动能的形式来存储，目前多采用碳素纤维材料制作飞轮不足能量密度低，几分钟；由不足能量密度低，几分钟；由于轴承磨损等原因，具有一定的自放电电动机/发电机电动机/发电机具有效率高、容量大、响应快、寿命长和对环境友好第28页第28页3物理储能技术发展3物理储能技术发展清华大学、北京航空储能(柔性)研究所、所、华北电力大学、机械与物理研究所、阶段技术局限合，飞轮电池已得第29页第29页3物理储能技术发展3物理储能技术发展类型工作原理优点缺点抽水蓄能电网低谷时利用过剩电力将水从下库抽到上库，电网峰动水轮机发电技术成熟，效率较高，储能容量大需要上水库和下水库；厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性；与负荷中心有一定距离时，需长距离输电；建设投资周期长压缩空气储能(地下储气库方式)在负荷低谷时利用电力将空动燃气轮机/膨胀机发电模储能电站需要大的洞穴以存储压缩空适合地点非常有限；非绝热压缩空气储能技术转化效率较低飞轮储能储能时，多余电能用于将一个放在真空外壳内的转子加电能以动能形式储存起来；电机由旋转的飞轮带动产生电能寿命长(15~30年);效率高(90%);少维护、稳定性好；能量密度低，只可持续几分钟；由于轴承的磨损等原因，具有一定的自放电12储能产业发展概况主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展电化学储能当两种材料的电化学势(费米能级)存在差异时，理论上可以构建由这两种材料组成的电化学器件，以锂离子电池为例，电化学储能器件与抽水蓄能电站的工作原理有类似之处。是指通过发生可逆的化学反应来储存或者释放电能量，包括各种二次电池储能利用化学元素作为储能介质，充放电过程可能伴随储能介质的化学反应或者变价根据化学物质的不同可以钠硫电池、锂离子电池等能量密度大、转换效率高、建设周期短、站址适应性强等5第32页第32页4电化学和化学储能技术发展大规模锂离子电池储能系统铅酸电池铅碳电池高成本和高安全隐患仍是目主要用作发电厂、变电厂的在铅酸电池基础上发展的前需要解决的问题。另外，备用电源以及电动汽车的启长循环寿命铅碳电池，有锂离子电池的回收处理较为动电源，在维持电力系统安可能在未来MW级储能系困难，需要有较大的技术变全、稳定和可靠运行方面发统中得到应用革才能达到低成本、长寿挥着极其重要的作用。其优命、高安全和易回收的规模点是耐温性能好、安全性应用标准高、成本低，缺点是能量密度和功率密度小、循环寿命短且易造成环境污染4电化学和化学储能技术发展一般包含两个储液罐，内装两种不同的电解液。它们之间的连接部分是发电区，两种电解液隔着一层薄一般包含两个储液罐，内装两种不同的电解液。它们之间的连接部分是发电区，两种电解液隔着一层薄膜进行离子交换，实现电能的储存与释放最新进展德国能源企业EWE日前宣布，在德国西北部利用地下盐穴建造全球最大液流电池项目取得进展(两个中型盐穴构成的蓄电系统储存的电量就足够为柏林供电一小时),研究人员为此开发的一种聚合物已经通过初步测试。预计该盐穴电池系统会在2023年年底投入运行。第34页第34页4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展由硫酸和钒混合而成。是一种容量型电化学储能装置安全性高、循环寿命较长、回收再生容易系统复杂、能量密度低、系统运维成本较高最新进展目前，全钒液流电池的模块技术已经基本成熟，但国产新问题。另外，虽然全钒液流电池的模块效率可以达到80%以上，但系统整体运行的实际能量效率较低(53%～72%),影响了该技术的大规模商业应用。第35页第35页4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展大连全钒液流电池储能调峰电站◆一期工程(100MW/400MWh),计划在2020年6月30日完工4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展钠硫电池◆定义：一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池◆设计：钠硫电池采用管式设计，以中心负极为主。单体容量650Ah的电池重量约为8～9kg,内管为β-Al₂O₃陶瓷材料，管内盛放的金属钠为负极材料；外管◆缺点：但运行时温度很高(300℃以上),几年前曾发生储能电站燃烧事故，可靠性和安全性受到质疑能量功率公能量效率(次)单位成本(元/kWh)1VV%0Li/SOCL₂GP/LFPLi/PEOLFPLiquidmetalPb-acidL-ionRedoxflowSu4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展其他电化学电池：依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似，是一种二次电池(充电电液流电池的一种，以金属锌为负极，主要包括锌卤素(溴、碘)液流电池、锌镍单液流电池、锌铁液能量密度高等优势，受到了越来越高的关注是一种使用固体电极和固体电解质的电池，采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展电池系统电池系统分布式电池柜集控系统集控系统电气接入装置电气接入装置。4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展总之，电化学储能技术共有上百种，根据其技术特点，适用的场合也不尽相同。◆锂离子电池：一经问世，就以其高能量密度的优势席卷整个消费类电子市场，并迅速进入交通领域，成为支撑新能源汽车发展的支柱技术。◆全钒液流电池、铅碳电池：经过多年的实践积累，正以其突出的安全性能和成本优势，在大规模固定式储能领域快速拓展应用。◆新兴电化学储能技术：钠离子电池、锌基液流电池、固态锂电池等新兴电化学储能技术也如雨后新笋般涌现，并以越来越快的速度实现从基础研究到工程应用的跨越。目前，电化学储能技术水平不断提高、市场模式日渐成熟、应用规模快速扩大。第41页第41页4电化学和化学储能技术发展4电化学和化学储能技术发展化学储能：两种主要方式。◆氢储能：利用水电解制氢技术，使用多余的电能电解水制取氢气，从而将不能储存的电能转换为可以储存的氢能，再通过将制取的氢气供给燃料电池等用户使用，或者通过化学或电化学方法，将氢气中储存的化学能转变为电能实现富余电能的转化、储存、再利用。接入点接入点氧综合利用第42页第42页12储能产业发展概况主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展电气类储能技术：超导磁储能系统利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能回馈电网或其他负利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能回馈电网或其他负载，并对电网的电压凹陷、谐波等进行灵活治理，或提供瞬态大功率有功支撑。一般包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置超导储能的成本很高(材料超导储能的成本很高(材料和低温制冷系统),使得它的应用受到很大限制。可靠性和经济性的制约SMES最大的优点就是响应速度快，这使SMES在功率和能量系统中具有广泛的应用前景第44页第44页方向方向基于具有自换相能力基于具有自换相能力已经商品化，第45页第45页◆特性：是指介于传统电容器和充电电池之间新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特◆优点：充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节储能量相对较低，直接导致的就是续航能力差，依应用Maxwell超级电容器的MW级风电场储能系统第46页第46页12储能产业发展概况6主要储能技术对比3物理储能技术发展7储能应用领域和商业模式4电化学和化学储能技术发展优点缺点蕾能的水回流到低位水库推动水轮机发电3000~5000(元压缩空气动燃汽轮机发电4000(元/kw)建站地点严苛，效率低飞轮储能3500(元/kw)能量密度低，放电时间短电化学电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池成本低，技术成热能量密度低，寿命短用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料能量密度高成本较高，需要充电保护一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，电解液由硫酸和钒混合而成电度低一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池能量密度高，循环电磁利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大以静电方式存储在电极和电解质之间的双电层界-比功率高成本高，储能容量小比功率高系统复杂，成本高热储能将热能储存在隔热容器的媒质中，需要时可再转化回电能，也-能量密度高成天然气-全周期效率低6主要储能技术对比最大放电时间最大放电时间抽水储能抽水储能时时分磷酸亚铁锂电池、钛酸锂电池、石墨烯电池高能飞轮储能高能飞轮储能秒6主要储能技术对比6主要储能技术对比第50页第50页□VRBTES第51页第51页规模限制使用寿命1500次循环800次循环3000次循环8000次循环50年50年安全可靠相对可靠爆炸、着火350℃、易爆友好可靠(相对安全)安全可靠安全可靠转化效率成熟度成