第三章-大规模新能源发电及并网技术第2-3-4讲

第三章大规模新能源发电及其并网技术§3.1大规模新能源发电§3.2大规模储能§3.3大规模新能源发电集中并网概述风电光伏生物质发电海洋能发电地热发电新能源的发展现状与趋势2010年可再生能源发电装机大约占2010年欧盟电力新增装机的41%，占总计55363MW的新增电力装机中的22645MW。根据美国WorldwatchInstitute发布的《2010-2011年世界核电产业发展状况报告》，2010年可再生能源技术总投资达到2430亿美元。2010年，全球累计可再生能源装机达381吉瓦，其中风力发电193吉瓦、生物质能发电和垃圾发电65吉瓦、太阳能发电43吉瓦等，超过核电375吉瓦的总装机规模。在可再生能源蓬勃发展的当口，突发了福岛核泄漏事故，而且目前危机尚在继续。这一事件无疑令可再生能源发展动力更足，速度更快，远超核电。新能源的发展现状与趋势(一).概述2007年初，欧盟提出的发展目标要求到2020年，可再生能源消费占到全部能源消费的20％，可再生能源发电量占到全部发电量的30％。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标，引导可再生能源的发展。国家发改委已制定公布的2020可再生能源目标规定，可再生能源发电到2015年占电力总消费的比例为11.4%，到2020年还将提高至15%。最近20多年来，大多数可再生能源技术快速发展，产业规模、经济性和市场化程度逐年提高，预计在2010－2020年间，大多数可再生能源技术可具有市场竞争力，在2020年以后将会有更快的发展，并逐步成为主导能源。新能源的发展现状与趋势(一).概述新能源的发展现状与趋势(一).概述根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国新能源发电装机2.9亿千瓦，约占总装机的17％。其中，核电装机将达到7000万千瓦，风电装机接近1.5亿千瓦，太阳能发电装机将达到2000万千瓦（即20GW），生物质能发电装机将达到3000万千瓦。新能源的发展现状与趋势(一).风电2010年底，全球风电总装机容量达199,520兆瓦，发电量超过4099亿千瓦时，占世界电力总发电量的1.92%。2008年和2009年全球年装机容量分别增加42%和35%，而2010年年度装机增长率仅为3%。受金融危机的影响，2010年年度装机增长率仅为3%。2010年美国风电装机新增下滑最厉害，欧洲保持平稳增长。中国、印度等新兴市场显示出强大的生命力。新能源的发展现状与趋势(二).风电经过2010年的转折，最大风电国家市场的排名发生了变化：中国以18,928兆瓦的新增装机容量稳居第一位，并且创造了单个国家年度新增装机容量的世界纪录；美国以5,115兆瓦的新增装机容量位列第二；第三名是印度，新增装机容量2,139兆瓦。在欧洲，德国、英国和西班牙成为排名前三的欧洲国家，每个国家的新增装机容量大约是1,500兆瓦。新能源的发展现状与趋势(二).风电从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2009年，中国以2580万千瓦的总累计装机容量超过德国，成为世界第二，但与排名第一的美国仍有近1000万千瓦的差距。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。《中国风电发展报告2010》预测：2020年，中国风电累计装机可以达到2。3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。新能源的发展现状与趋势(二).风电“十二五”加快了海上风电投资，预计2020年海上风电装机容量将超过3200万千瓦。

上网瓶颈是风电发展的最大障碍，也是急需解决的问题，我国电网“十二五”期间风电并网目标是9000万千瓦。日本核电危机后，我国核电政策偏紧，水电的规划目标已经被充分挖掘，风电和光伏是最有可能弥补核电缺位的清洁能源，风电与光伏将“临危受命”，得到更大的发展空间。新能源的发展现状与趋势(三).光伏全球范围来看，2010年全球太阳能电池产量达15.8G瓦，同比增长48.2%；完成太阳能发电装机容量12.5G瓦，同比增长58.2%。2010年中国光伏太阳能电池产量达到8G瓦，占世界生产总量的50%，居世界首位。而2009年该比例为40%。

新能源的发展现状与趋势(三).光伏2009年光伏市场同比增长了15%，总装机容量更是增长了45%，至22.9吉瓦。2010年全球新增太阳能光伏装机容量为16GW,是上年新增容量的两倍。目前光伏装机主要集中在欧洲、美国、日本，欧洲仍是全球光伏应用市场主导者，德国累计光伏安装量世界第一。中国是众所周知的光伏产品制造大国，但在世界应用市场上却排不上名次。中国2010年光伏发电市场装机量预计约380兆瓦，仅占全球总装机量3%。新能源的发展现状与趋势(三).光伏欧洲光伏工业协会（EPIA）预计，全球2014年光伏装机容量单年可突破30吉瓦。中国2009年能源战略显示，预计2020年实现光伏发电装机容量20吉瓦的目标。新能源的发展现状与趋势(四).生物质发电在“生物质技术路线图”中，美国计划到2020年，生物燃油取代全国燃油消费量的10%，生物基产品取代石化原料制品的25%。到2050年，生物质能源占总能耗的50%。欧盟委员会在“欧盟能源发展战略绿皮书”中指出，到2020年生物质燃料将替代20%的化石燃料。2020-2050年，生物质将逐渐成为主要能源之一。新能源的发展现状与趋势(四).生物质发电有关资料显示，到2020年，西方工业国家15%的电力将来自生物质发电，而目前比例为1%。新能源的发展现状与趋势(四).生物质发电新能源的发展现状与趋势(五).海洋能发电英国从70年代以来，鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源，加强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位。日本在海洋能开发利用方面十分活跃，成立了海洋能转移委员会，在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国，取得了举世瞩目的成就。美国1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成一座温差发电装置，其额定功率50kW，净出力18.5kW，是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。新能源的发展现状与趋势(五).海洋能发电法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量24万kW，年发电量5亿kWH的朗斯潮汐电站。欧洲海洋能协会出炉了一个新的2050年欧洲海洋能发展路线图。路线图中清晰地指出，到2050年，欧洲的波浪能和潮汐能发电可以满足欧洲15%的能源需求。新能源的发展现状与趋势(五).海洋能发电我国潮汐能的蕴藏量是非常丰富的，至少约有1．9亿多千瓦，占世界总蕴藏量的15％左右，可供开发的年发电量达800多亿度。其中，渤海3000万千瓦，黄海5500万千瓦，东海7400万千瓦，南海4000万千瓦。钱塘江的潮汐能约在700万千瓦以上，著名的钱塘江大潮，潮差高达9米，如用来发电，发电能力几乎等于三门峡水电站的50％。新能源的发展现状与趋势(五).海洋能发电中国海洋石油总公司、华能集团公司、大唐集团公司、国电龙源集团公司等国内常规能源集团公司已开始关注海洋能，并且杭州和广州已创立了三家参与海洋能开发的民营公司。海洋能开发预期在2-3年内建成海岛多能互补独立供电系统（l00kW级）1-2个，3-5年内建成l00kW级的波浪能和潮流能实用化电站，10年内研建中型（万千瓦级）潮汐电站1-2座。2020年前我国海洋能开发的总装机容量有望达到或超过20万kW。新能源的发展现状与趋势(五).海洋能发电中国海洋石油总公司、华能集团公司、大唐集团公司、国电龙源集团公司等国内常规能源集团公司已开始关注海洋能，并且杭州和广州已创立了三家参与海洋能开发的民营公司。海洋能开发预期在2-3年内建成海岛多能互补独立供电系统（l00kW级）1-2个，3-5年内建成l00kW级的波浪能和潮流能实用化电站，10年内研建中型（万千瓦级）潮汐电站1-2座。2020年前我国海洋能开发的总装机容量有望达到或超过20万kW。（一）风电机组一、风力发电并网大型风电机组可分为叶片、轮毂、机舱、塔筒（塔架）和基础等部分。1.风电机组结构一、风力发电风轮由叶片和轮毂组成，他是把风的动能转变为机械能的重要部件；机舱是风电机组最重要的部分，一般由传动系统、偏航紫铜、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等组成；塔筒用于支撑机舱和风轮。塔筒机构有筒形和桁架两种形式；基础通常采用钢筋混凝土结构。一、风力发电风电机组的分类分类依据分类主要特点桨叶与轮毂的连接方式定桨距桨叶固定连接在轮毂上变桨距叶片可以绕其中心轴旋转桨叶转速是否恒定恒速风力发电机风速变化时，风电机组的转速几乎保持恒定变速锋利发电机风电机组的转速随着风速的变化而变化发电机类型异步发电机鼠笼型异步发电机和双馈异步发电机同步发电机电励磁同步发电机和永磁同步发电机一、风力发电分类依据分类主要特点风机旋转主轴水平轴风机根据风向的变化实时调整（主动或被动）并对准风向垂直轴风机可接受不同方向的风能，但转换效率偏低桨叶数量单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风机三叶片风电机组是现代风机的主流风机接受风的方向上风向风机必须安装调向装置来保持风机始终对准风向下风向风机风电机组无需调向装置，能够自动对准风向是否视同齿轮箱齿轮箱型风机传统大功率风机均采用高转速比齿轮箱，而目前越来越多的新风电机组技术采用低转速比的齿轮箱直驱型风机被认为是新风机技术发展趋势之一是否与电网相联离网型小规模开发应用并网型大规模开发应用续表一、风力发电

风力发电机组分类

1.根据风力机类型不同

按风机旋转主轴的方向：水平轴式风机和垂直轴式风机

按桨叶接受风能功率调节方式：定桨距机组和变桨距机组

按叶轮转速是否恒定:恒速型机组和变速型机组

按功率传递的机械连接方式:有齿轮箱风力机和无齿轮箱风力机

2.根据发电机类型不同

异步发电机型：鼠笼型异步发电机和双馈异步发电机

同步发电机型：电励磁同步发电机和永磁同步发电机现代风力发电设备一、风力发电

1.定桨距失速风力发电技术特点:桨距角在安装时已经固定，发电机转速由电网频率限制，输出功率由桨叶本身性能限制。当风速高于额定转速时，桨叶能够通过失速调节方式自动地将功率限制在额定值附近，其主要依赖于叶片独特的翼型结构。2.变桨距风力发电技术特点：当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使输出功率保持稳定，采用变桨距调节方式，风机输出功率曲线平滑。风力发电控制技术一、风力发电风力发电控制技术

3.主动失速/混合失速风力发电技术

特点：低风速时采用变桨距调节可达到最高的气动效率，当达到额定功率后，风机安装变桨距调节时调节桨距的相反方向改变桨距。

4.变速风力发电技术

特点：变速运行时风机叶轮跟随风速变化改变其选择速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比、风能利用系数最大的运行方式。变速风力发电机技术具有低风速时能够根据风速变化在运行中保持最佳叶尖速比获得最大风能，高风速时利用风轮转速变化储存的部分能量以提高传动系统的柔性和使输出功率更加平稳，进行动态功率和转矩脉动补偿等优越性。一、风力发电并网锋利发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电场/机组、线路、变压器等。（二）并网风力发电体系一、风力发电（二）并网风力发电体系１.基于普通异步发电机的恒速风电机组并网控制

异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，因此对机组的调节精确度要求不高，但也存在一些问题。如直接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅度下降；本身不发无功功率，需要无功补偿等。

基于普通异步发电机的恒速风电机组一、风力发电（二）并网风力发电体系

（1）.直接并网方式

这种并网方式要求并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力机驱动的异步发电机转速接近同步转速的90%~100%时，即可完成自动并网。只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下。

（2）.准同期并网方式

在转速接近同步转速时，先用电容励磁建立额定电压，然后对励磁建立的发电机电压和频率进行调节和校正，使其与系统同步。

该并网方式合闸瞬间尽管冲击电流小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成飞车。一、风力发电（二）并网风力发电体系

（3）.降压并网方式

降压并网是在异步发电机和电网之间串接电阻或电抗器，或者接入自耦变压器，以便降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。

这种并网方式要增加大功率的电阻或电抗器组件，其投资随着机组容量的增大而增大，经济性较差。

（4）.晶闸管软并网方式

这种并网方式是在异步发电机的定子与电网之间每箱串入一只双向晶闸管连接起来，实现对发电机输入电压的调节。

特点是通过控制晶闸管的导通角来连续调节加在负荷上的电压波形，进而改变负荷电压的有效值。一、风力发电（二）并网风力发电体系

２.基于双馈感应发电机的变速风电机组并网控制

整个并网过程由双馈异步电机和变频器组成的系统采用脉宽调制技术控制。风机启动以后，当发电机转速接近同步转速时，转子回路中的变流器通过转子电流的控制，实现电压匹配、同步和相位的控制，以便迅速地并入电网，并网时基本无电流冲击。双馈异步发电机与电网并联一、风力发电（二）并网风力发电体系

现有的双馈式异步发电机发出的电能经变压器升压后直接与电网并联，在转速控制系统中采用了电力电子装置，会产生电力谐波。同时发电机在向电网输出有功功率的同时，还必须从电网吸收滞后的无功功率。因此必须进行无功补偿，提高功率因数，通常都是在风电场母线集中处安装电容器组。但这种补偿方式受电容器的级数和容量等的制约，无法实现最佳补偿状态。目前，一种基于电力电子逆变技术的无功补偿装置——静止同步补偿器——很有可能将取代传统的电容器补偿方式。

一、风力发电（二）并网风力发电体系３.基于直驱型永磁同步发电机的变速风电机组并网控制

在传统的变速恒频风力发电体系中，机械系统结构通常包含三个主要部分：即风力机、增速箱和发电机。在新型的变速恒频风力发电体系中，采用永磁同步发电机直接连接风力机，取消之间的增速箱，成为无增速箱的直接驱动型。即运行时风机转速等于发电机转速。基于同步发电机的变速风电机组一、风力发电（二）并网风力发电体系

永磁同步风电系统中，在低于额定风速时，风轮转速根据最大风能获取曲线随风速变化而变化，最大限度的捕获风能，提高发电效率；在等于或高于额定风速时，由于发电机和变频器容量的限制，必须要控制桨距角以限制捕获的风能，使机组的输出功率在额定值附近运行。由于变频器的解耦控制，使得此种风电机组与电网完全解耦，在定子侧的变频器需要变换发电机所发出的全部功率，对于大容量的风电机组，其变频器的容量显著增加，与其所连接的发电机的容量相同。由于变频器的解耦控制，使得此种风电机组与电网完全解耦，在定子侧的变频器需要变换发电机所发出的全部功率，对于大容量的风电机组，其变频器的容量显著增加，与其所连接的发电机的容量相同。一、风力发电（二）并网风力发电体系

（１）稳定性问题：由于受到风资源随机波动性和间歇性的影响，风电场输出功率会随机变化。（２）电压稳定性问题：主要分静态和动态两种电压稳定性问题。（３）频率稳定性问题：受风速波动影响，风电机组有功输出也是可发生变化，在备用容量不足的孤立电网中，问题月明显。（４）低电压穿越问题：指风电机组在PCC电压跌落时保持并网状态，并向电网提供一定的无功功率以支撑电网电压，从而穿越低电压区域的能力。PCC的电压跌落会使风电机组产生一些列过电压、过电流问题，危及风电机组安全。（５）电能质量问题：风速的随机变化以及风电机组本身固有的塔影效应、风剪切、偏航误差等均会导致PCC的电压波动，进而引起闪变等电能质量问题。二、光伏发电

光伏发电是利用半导体“光生伏打效应”将太阳辐射能直接转换为电能的发电方式。

在半导体中掺入施主杂质，其将成为N型半导体；掺入受主杂质，其将成为P型半导体，当P型半导体和N型半导体共处一体时，他们的交接层就是PN结。

光伏电池是以半导体PN结上接受光照产生光生伏打效应为基础，直接将光能转换成电能的能量装换器。（一）光伏电池原理二、光伏发电（一）光伏电池原理二、光伏发电（一）原理：太阳辐射的光子带有能量，当光子照射半导体材料时光能转换为电能---“光伏效应”。光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、逆变器等组成；

发电时，太阳能利用光伏效应将太阳能电池板上的光子转换为直流电，供直流负荷使用或蓄电池组进行储存。

当负荷为直流负荷----直接供负荷使用；

当负荷为交流负荷----利用逆变器转化为交流电送用户或电网。二、光伏发电光伏电池等效电路的理想形式和实际形式

（一）光伏电池原理（二）光伏电池分类二、光伏发电（1）硅太阳能电池硅太阳能电池分为单晶硅，多晶硅薄膜和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

(a)单晶硅太阳能电池(b)多晶硅薄膜太阳能电池(c)非晶硅薄膜太阳能电池二、光伏发电（2）多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。由于元素毒性及材料的来源稀有等问题，这类电池的发展又必然受到限制。（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅开始，还有待于进一步研究探索。

（二）光伏电池分类二、光伏发电（二）光伏电池分类（4）纳米晶太阳能电池纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来会逐步走上市场。（5）染料敏化电池染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴，自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，最后回到色素。此类电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。

二、光伏发电（二）光伏电池分类（6）塑料电池塑料太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保。但目前塑料太阳能电池尚不成熟，预计在未来5年到10年，此技术将走向成熟并大规模投入使用。

二、光伏发电

单体光伏电池是光伏电池的基本单元，其容量较小，输出电压只有零点几伏。输出峰值功率也只有1W左右，一般不能满足负载用电要求、为了满足负载需求，需要将几片、几十片或几百片单体光伏电池串、并联构成组个体，再将这些组合体通过移动的工艺流程封装起来，引出正、负极引线，成为光伏电池组件；还可以将若干个光伏电池组件根据负载容量大小要求，在串、并联组成较大的实际供电装置，称之为光伏阵列。（三）光伏阵列二、光伏发电（三）并网光伏发电系统二、光伏发电（三）并网光伏发电系统并网光伏发电系统是指光伏发电系统与电网连接在一起，可以向电网输送有功功率雨无功功率的发电系统，一般包括光伏阵列、控制器、逆变器、储能控制器、储能装置等。二、光伏发电并网光伏发电系统能够可靠并网运行，是依靠多个控制系统来实现的。１.离网型光伏发电系统

离网型光伏发电系统是指不与电力系统相连接，主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，又称独立光伏发电系统。（三）并网光伏发电系统

离网型光伏发电系统结构二、光伏发电（三）并网光伏发电系统２.并网型光伏发电系统

并网型光伏发电系统是指与电力系统相连接的光伏发电系统，逐渐成为光伏发电系统的主流发展趋势。在并网型光伏发电系统中，太阳能电池所发出的直流电通过逆变器转换成交流电，并与电网并联向负载供电。

并网型光伏发电系统可分为集中式并网光伏发电系统和住宅用并网光伏发电系统。并网型光伏发电系统结构二、光伏发电（三）并网光伏发电系统２.并网型光伏发电系统

并网型光伏发电系统可分为集中式并网光伏发电系统和住宅用并网光伏发电系统。

集中式并网光伏发电系统的特点是光伏发电系统所产生的电能被直接输送到电网上，由电网统一把电能分配到各个用电负荷。

住宅用并网光伏发电系统的主要特点是所发出的电能直接用来供给住宅（用户）的负载，多余或不足的电能通过电网来调节。二、光伏发电（三）并网光伏发电系统两级式光伏并网逆变系统结构二、光伏发电（三）并网光伏发电系统三种类型的光伏逆变系统二、光伏发电3.光伏阵列及最大功率点跟踪控制

光伏阵列的输出曲线同单个光伏电池类似，当我找强度和环境发生变化时，光伏电池输出电压和电流呈非线性变化，其出书功率也随之改变。常用的最大功率跟踪方法：功率匹配方法。曲线拟合技术。恒压跟踪法。扰动观测法。导纳增量法。二、光伏发电

目地：为了让太阳能电池在任何温度和太阳光辐照强度下始终工作在最大功率点，能够输出尽可能多的电能，而对其进行“最大功率点跟踪”，即MPPT。

方式：在太阳能电池方阵和负载之间增加一个DC/DC变换器，通过改变其中功率开关的导通率，来调整、控制太阳能电池方阵的最大功率点，从而获得最大输出功率。光伏发电系统最大跟踪方式示意图二、光伏发电商用光伏逆变器普遍使用的MPPT算法是扰动观察法；

优点---简单容易实现

缺点---不断扰动导致运行点在MPPT附近震荡，降低了MPPT的效率其他常见的MPPT算法还有恒定电压发、参考电池法、电导增量法、最优梯度法。二、光伏发电4.蓄电池组及充放电控制

光伏发电系统并网后，有时还需要储能装置。如何控制充放电是光伏发电系统在蓄电池应用的关键，充电控制主要包括充电程度判断、从放电状态到充电状态的自动转换、充电各阶段模式的自动转换及停充控制等。二、光伏发电5.光伏发电系统并网模式由于光伏阵列所发的电力为直流，初特殊用电负荷外，均需使用逆变器将直流电变换为交流电。并网光伏发电系统主要以电流源形式并网，其输出电流的相位跟踪电网相位变化，同时调整输出电流幅值的大小，跟踪辐照强度和组件温度等因素的变化。三、太阳能热发电

太阳能热发电是利用聚光装置把手机的太阳辐射能发送到接收器昌盛热空气或热蒸汽，推动汽轮机，带动与之相连的发电机进行发电。（一）太阳能热发电的类型太阳能热发电系统法制可以分为槽式、塔式和碟式系统3种基本类型。三、太阳能热发电（1）槽式太阳能热发电系统是一种借助槽形抛物面反射镜将太阳光反射聚焦到聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电的太阳能利用系统。（一）太阳能热发电的类型三、太阳能热发电槽式系统的容量可大可小，不想塔式系统只有大容量才具有较好的经济效益；其聚热器等装置都布置于地面上，安装和维护比较方便；特别是各种聚光聚热器可同步跟踪。使控制成本大为降低。主要缺点是能量集中过程依赖与管道和泵，只是输热管路比塔式系统复杂，输热损失和阻力也也较大。（一）太阳能热发电的类型三、太阳能热发电（2）塔式太阳能热发电系统聚光装置由许多安装在场地上的大型反射镜组成，这些反射镜通常称为定日镜。（一）太阳能热发电的类型三、太阳能热发电

每台定日镜都配有太跟踪机构，对太阳进行双轴跟踪，准确地将太阳光反射集中到告他顶部的接收器上。

塔式太阳能发电系统的聚光比通常可达300~1500，运行问道可达1000~1500℃，具有聚光倍数高、方便简捷。较高的光热转换效率的有点，但多需要的跟踪定位机构技术复杂，价格昂贵。（一）太阳能热发电的类型三、太阳能热发电（3）碟式系统也称为盘式系统。主要特征是采用盘状抛物面镜聚光聚热器。（一）太阳能热发电的类型三、太阳能热发电盘状抛物面镜是一种点聚焦聚热器，其聚光比可高达数百到数千，在三种聚光式发电系统中光热装换效率是最高的，目前蝶式系统规模小。高效的发电技术概不成熟，其高温接收器较为复杂，成本高，管道及其保温材料的费用也很可观。三、太阳能热发电与光伏发电相比，太能能热发电有以下特点：（1）太阳能热发电能够镜像热能存储，有利于系统调度，存储时间长，成本低，在没阳光时能够产生电力。（2）由于热发电站具有热储存，而且热能容易储存，因此，与光伏发电相比，太阳能热发电的出力更为平滑。（3）太阳能热发电要求太阳能直射辐射，太阳跟踪控制比较困难。三、太阳能热发电

太阳能热发电的初始投资目前均比光伏发电低，其发电的中高温余热还能用于海水淡化，具有较大的降低成本的可能性，但热发电也有一定的局限性，例如：只能吸收太阳能直射辐射量；需有水源或其他传热工质；工作温度高，运转部件多，运行和维护要求相对较高等。（二）太阳能热发电面临的主要问题三、太阳能热发电

太阳能热发电技术目前没得到大规模应用，主要是由于发电成本过高，这是因为：（1）太阳能能量密度低，大都低于1000W/m2。（2）太阳能热发电系统发电效率低，年太阳能总发电效率不超过15%。（3）由于太阳能供应不连续、不稳定，需要在系统中增加蓄热装置，而安装庞大、复杂的蓄热装置和管路系统使得成本增加。四其它清洁能源发电（一）、潮汐发电１.原理：潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐发电的原理图

（一）、潮汐发电

２.类型（1）单库单向潮汐电站

在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂房和水闸，将海湾与外海分隔，形成水库。在涨潮时开启闸门将潮水充满水库，当落潮外海潮位下降时，产生一定落差，利用该落差推动水轮发电机组发电。单库单向潮汐电站的布置这种电站只建造一个水库，而且只在落潮时发电.四其它清洁能源发电2.单库双向潮汐电站

在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂房和水闸，采用双向发电的水轮发电机组使涨落潮两向均能发电。宜在大中型电站中采用。单库双向潮汐电站的布置四其它清洁能源发电（一）、潮汐发电3.双库连续发电潮汐电站

在海湾或河口处建造相邻的两个水库，各与外海用一个水闸相通，一个水库（上水库）在涨潮时进水；一个水库（下水库）在退潮时泄水，在两个水库之间有中间堤坝并设置发电厂房相连通，在潮汐涨落中，控制进水闸和出水闸，是上水库与下水库间始终保持一定落差，从而连续不断发电。双库连续发电潮汐电站的布置四其它清洁能源发电（一）、潮汐发电１.原理：热能机械能电能要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。２.分类

按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。四其它清洁能源发电（二）、地热发电蒸汽型地热发电

1.背压式汽轮机发电系统----主要由净化分离器和汽轮机组成，其工作原理为：把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，排汽放空（或送热用户）。背压式汽轮机发电系统示意图四其它清洁能源发电（二）、地热发电蒸汽型地热发电

2.凝汽式汽轮机发电系统----提高了地热电站的机组输出功率和发电效率。在该系统中，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，被循环水泵打入的冷却水冷却后凝结成水，然后排出。凝气式汽轮机发电系统示意图四其它清洁能源发电（二）、地热发电热水型地热发电

1.闪蒸地热发电系统----也称为“减压扩容法”，就是把低温地热水引入密封容器中，通过抽气降低容器内的气压（减压），使地热水在较低的温度下沸腾生产蒸汽，体积膨胀的蒸汽做功（扩容），推动汽轮发电机组发电。

优点---设备简单，易于制造，可采用混合式热交换器

缺点---设备尺寸大，容易腐蚀结垢，热效率较低四其它清洁能源发电（二）、地热发电热水型地热发电

2.双循环地热发电系统----通过热交换器利用地下热水来加热某种低沸点的工质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动汽轮机，并带动发电机发电。双循环地热发电系统示意图优点---利用低温位热能的热效率较高，设备紧凑，汽轮机的尺寸小，易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点---不便使用混合式蒸发器和冷凝器；需有相当大的金属换热面积；低沸点工质价格较高，来源有限，有些低沸点工质还有易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。四其它清洁能源发电（二）、地热发电３.地热发电的技术难题回灌技术---要求复杂，且成本高，至今未能大范围推广使用防止腐蚀---地热流体中含有许多化学物质，对各金属表面都会产生不同程度的影响，直接影响设备的使用寿命防止管道结垢---由于地热水资源中矿物质含量比较高，导致矿物质从水中析出产生沉淀结垢四其它清洁能源发电（二）、地热发电

1.直接燃烧发电生物质直接燃烧发电，就是直接将经过处理的生物质为燃料，用生物质燃烧所释放的热能产生蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮机进行发电。生物质直接燃烧发电是一种最简单也是最直接的方法四其它清洁能源发电（三）、生物质能发电2.沼气发电沼气发电是以沼气作为往复式发动机和汽轮机的主要燃料来源，以发动机的动力来驱动发电机发电的过程，是沼气能量利用的一种有效方式。蒙牛生物质能沼气发电厂四其它清洁能源发电（三）、生物质能发电3.垃圾发电对燃烧值较高的进行高温焚烧，将产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生沼气，再将沼气燃烧，产生热量用于发电4.生物质燃气发电---将生物质先转换为可燃气体，在利用这些可燃气体燃烧所释放的热量发电。四其它清洁能源发电（三）、生物质能发电五分布式发电技术定义：广义上讲，分布式电源指的是任何安装在用户附近的小型发电设施，包含热电联产、冷热电联产以及各种蓄能技术等，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的使用类型。

可再生能源风力发电光伏发电太阳能发电生物质能发电地热及海洋能发电不可再生能源往复式发电微型燃气轮机和燃料电池(一)、分布式电源的定义和分类分类五分布式发电技术分布式电源并网系统的含义： 1.在分布式电源和电网之间建立起物理联系的设备。 2.与外界形成电气联系的手段，同时并网还可以实现分布式电源单元的监视、控制、测量、保护和调度等功能。并网系统的分类： 1.逆变型并网系统 2.具有同步功能的并网系统 3.包含远方调度功能的并网系统

(二)、分布式电源的并网1.分布式电源对电压分布的影响2.分布式电源对电能质量的影响 (1).电压跌落 (2).电压闪变 (3).谐波3.分布式电源对系统保护的影响 (1).分布式电源引起保护拒动作 (2).分布式电源引起保护误动作 (3).分布式电源与配电网原有保护相配合 (4).分布式电源给过电流保护带来问题五分布式发电技术（三）、分布式电源对电网运行的影响（三）、分布式电源对电网运行的影响4.分布式电源系统可靠性的影响

利：分布式电源可以部分抵消电网负荷，减少进线的实际输送功率和增加输配电网的输电裕度，同时分布式电源的电压支撑作用可以提高系统对电压的调节性能。

弊：分布式电源与配电网的继电保护配合不好会使继电保护误动作，降低系统的可靠性；不适当的安装地点、容量和连接方式也会降低配电网的可靠性。五分布式发电技术§3.2大规模储能一、大规模储能机械储能电磁储能电化学储能相变储能……储能方式一、机械储能（一）抽水储能

抽水储能技术是目前应用较为广泛的一种储能技术。其基本原理是在电力负载低谷期将水从下池水库抽到上池水库，通过水这一能量载体将电能转化为势能存储起来；在电网负载高峰期，释放上池水库中的水进行发电。一、机械储能配备上、下游两个水库，负荷低谷时段抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机的状态，利用储存在上游水库中的水发电原理抽水蓄能一、机械储能上水库有无天然径流汇入纯抽水

蓄能电站混合抽水

蓄能电站调水式抽水

蓄能电站按一定容量建设，储存能量的释放时间可以从几小时到几天，综合效率在70%~85%之间抽水蓄能的分类

抽水储能可以实现从几小时到几天的储能，储能效率在70%～85%之间。储能量仅与水库容量和落差有关，可提供最大能量和最长时间的储能。抽水储能电站技术成熟，已经得到广泛应用，一般工业国家抽水储能电站可达总装机容量的10%左右。主要用于移峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、备用容量和黑启动等。抽水蓄能的特点功率、容量大响应迅速一、机械储能抽水储能的缺点是：只能建在符合条件的山区，距主要用电高峰的人口稠密的平原地区和城区距离远，输变电成本高。一、机械储能一、机械储能日、美、西欧等国家和地区在20世纪60~70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：电站国家装机容量/MW投入年份落基山美国7601995锡亚比舍伊朗10001996奥清津Ⅱ日本6001996葛野川日本16001999拉姆它昆泰国10002000金谷德国10602003神流川日本28202005小丸川日本12002007抽水蓄能的应用一、机械储能（二）压缩空气储能

压缩空气储能电站（compressedairenergystorage,CAES）是一种调峰用燃气轮机发电厂，主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并将其储藏在典型压力7.5MPa的高压密封设施内，在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。一、机械储能在燃气轮机发电过程中，燃料的2/3用于空气压缩，其燃料消耗可以减少2/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机少70%，同时可以降低投资费用、减少排放。CAES建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站，但其能量密度低，并受岩层等地形条件的限制。地下储气站有多种模式，其中最理想的是水封恒压储气站，能保持输出恒压气体，保障燃气轮机稳定运行。压缩空气蓄能的特点一、机械储能CAES储气库漏气开裂可能性极小，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、频率调节、分布式储能和发电系统备用。100MW级燃气轮机技术成熟，利用渠氏超导热管技术可使系统换能效率达到90%。大容量化和复合发电化将进一步降低成本。随着分布式能量系统的发展以及减小储气库容积和提高储气压力至10~14MPa的需要，8~12MW微型压缩空气蓄能系统（micro-CAES）已成为人们关注的热点。应用发展方向压缩空气蓄能一、机械储能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290MW，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100MW，Norton电站装机容量为2.7GW，用于系统调峰；2005年由Ridge和EIPaso能源公司在Texas开始建造Markham电站，容量为540MW。在日本，1998年施工建设北海道三井砂川矿坑储气库，2001年CAES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。压缩空气储能电站的建设一、机械储能（三）飞轮储能

飞轮储能的基本原理是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来；在需要的时飞轮减速，电动机作为发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速实现了电能的储存和释放。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。飞轮储能一、机械储能飞轮储能特点

优势效率：70%-90%；能量密度：最高130Wh/kg；输出功率：kW-MW，由电动/发电机和电力变换装置决定；响应速度：5-25ms，5-15s达到额定输出；寿命：大于20年；工作温度：-40℃～50℃低维护、环境友好

限制系统复杂；有高速转动部件；轴承待机损耗问题一、机械储能无噪音、无污染、维护简单，主要用于不间断电源(UPS)/应急电源(EPS)、电网调峰和频率控制。应用发展

方向飞轮储能飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展:一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。一、机械储能一、机械储能

当我们将一块永磁体的一个极对准超导体，并接近超导体时，超导体上便产生了感应电流。该电流产生的磁场刚好与永磁的磁场相反，于是二者便产生了斥力。由于超导体的电阻为零，感生电流强度将维持不变。若永磁体沿垂直方向接近超导体，永磁体将悬空停在自身重量等于斥力的位置上，而且对上下左右的干扰都产生抗力，干扰力消除后仍能回到原来位置，从而形成稳定的磁悬浮。若将下面的超导体换成永磁体，则两永磁体之间在水平方向也产生斥力，故永磁悬浮是不稳定的。超导磁悬浮飞轮储能结构示意图Beaconpower50kWh/100kW的飞轮储能示范电站8个6kWh/15kW飞轮单体MW级飞轮储能示范电站25kWh/100kW飞轮单体飞轮储能一、机械储能ActivePower单体容量可达130-1200kVA，可并联成MW级系统；飞轮UPS系统飞轮储能一、机械储能一、机械储能年份研发机构基本参数技术特点作用不详日本四国综合研究所8MWh，储能放电各4h，待机16h高温超导磁浮立式轴承，储能效率84%平滑负荷不详日本原子力研究所215MW/8GJ输出电压18kV，输出电流6896A，储能效率85%UPS不详美国Vista公司277kWh引入风力发电系统全程调峰1991美国马里兰大学24kWh，转速11610~46345rad/min电磁悬浮轴承,输出恒压110V/240V，全程效率81%电力调峰1996德国5MW/100MWh，转速2250~4500rad/min超导磁浮轴承,储能效率96%储能电站2004巴西额定转速30000rad/min超导与永磁悬浮轴承电压补偿世界范围内飞轮储能典型的应用案例二、电磁储能（一）超导磁储能

超导磁储能（SMES）利用超导磁体将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或负载。

SMES一般由超导磁体、低温系统、磁体保护系统、功率调节系统和监控系统等主要部分组成。二、电磁储能超导磁储能具有以下优点：（1）除了真空和制冷系统外，没有旋转机械部件和动密封问题，装置使用寿命较长。（2）能量密度很高，约108J/m3，可建成大容量系统。（3）转换效率高，可达95%。（4）通过变流器实现与电网的连接，响应速度快。约几毫秒至几十毫秒，能量快速地对电网的电压和频率进行调节。（5）装置见着不受地点限制，且维护简单，污染小。二、电磁储能超导储能（SMES）超导储能是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载。

SMES一般由超导线圈及低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统组成。SMES可以分为低温超导储能与高温超导储能两种。二、电磁储能

超导线圈在通过直流电流时没有焦耳损耗。因此，超导储能适用于直流系统。它可传输的平均电流密度比一般常规线圈要高１－２个数量级；可以达到很高的能量密度，约为108J／m3。

它与其他的储能方式如蓄电池储能、压缩空气蓄能、抽水储能及飞轮储能相比，具有转换效率高（可达９５％），响应速度快(毫秒级)，功率密度和能量密度大，寿命长、污染小等优点。缺点是成本高，包括装置成本和运行成本。

超导磁储能装置不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性。此外，它还可用于无功和功率因数的调节以改善系统的稳定性。二、电磁储能二、电磁储能（二）超级电容器储能

超级电容器的电解质具有极高的介电常数，因此以较小体积制成容量为法拉级的电容器，比一般电容器大了几个数量级。

电容器储能同样具有快速充放电能的优点，甚至比超导磁储能更快。但超级电容器的电解质耐压很低，制成的电容器一般仅有几伏耐压。由于它的工作电压低，在使用中必须将多个电容器串联使用。二、电磁储能超级电容储能（SCES）

超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源。它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。

超级电容器的问世实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量

0.5-1000F

，工作电压

12-400V

，最大放电电流

400-2000A

。

优点：循环寿命若干万次，比功率高；缺点：比容量小；单位能量投资高；关键：开拓毫秒-秒级的应用、降低成本二、电磁储能超级电容工作原理：

性能特点：

1.

具有法拉级的超大电容量；

2.

比脉冲功率比蓄电池高近十倍；

3.

充放电循环寿命在十万次以上；

4.

能在

-40oC-60oC

的环境温度中正常使用；

5.

有超强的荷电保持能力，漏电源非常小；

6.

充电迅速，使用便捷，充电电路简单，无记忆效应；

7.

无污染，真正免维护。多孔化电极采用活性炭粉、活性碳和活性炭纤维，电解液采用有机电解质。多孔性的活性碳有极大的表面积，在电解液中吸附着电荷，因而将具有极大的电容量，并可以存储很大的静电能量。 双电层

超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。二、电磁储能超级电容的应用：1.

配合蓄电池应用于各种内燃发动机的电启动系统，如：

汽车、坦克、铁路内燃机车等，能有效保护蓄电池，延

长其寿命，减小其配备容量，特别是在低温和蓄电池亏

电的情况下，确保可靠启动。2.

用作高压开关设备的直流操作电源。3.

用作电动车辆起步，加速及制动能量的回收，提高加速

度，有效保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命，节能。4.

代替蓄电池用于短距离移动工具（车辆），其优势是充电时间非常短。5.

用于重要用户的不间断供电系统。6.

用于风力及太阳能发电系统。7.

应用电脉冲技术设备，如：点焊机、轨道电路光焊机、充磁机、

X

光机等。超级电容器用于电力机车节电功率300kW；储能量850Wh；组成：双向DC/DC，640支超级电容器，2.5V/2600F；重量477kg；体积1900×950×455mm车载储能装置庞巴迪Mitrac节电装置二、电磁储能三、电化学储能铅酸蓄电池钠硫电池液流电池锂离子电池三、电化学储能电能化学能电池种类铅酸镍镉镍氢锂离子钠硫全钒液流单体标称电压/V2.01.0~1.31.0~1.33.72.081.4研发机构主要电池厂家主要电池厂家主要电池厂家主要电池厂家东京电力公司、NGK、上海电力公司VRB、V-FuelPty、住友电工、关西电力公司、中国电力科学研究院电力储能系统可利用的主要电池三、电化学储能（一）铅酸蓄电池

铅酸蓄电池是以二氧化铅和海绵状金属铅分别在正、负极活性物质，硫酸溶液为电解质的一种蓄电池。三、电化学储能铅酸蓄电池具有以下优点：（1）自放电小，25℃下自放电率小于2%/月。（2）结构紧凑，密封良好，抗振动，比容量高，大电流性能好。（3）电池的高低温性能较好，可在-40~50℃范围内使用。（4）电池失效后的回收利用技术比较成熟，回收利用率高。三、电化学储能铅酸电池(Lead

Acid

Battery)工作原理：铅酸蓄电池的负极是海绵状的铅制成，正极是二氧化铅制成，海绵状的铅和二氧化铅均为活性物质，在比重为1.28的硫酸水溶液（电解液）中进行电化学反应。放电反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4三、电化学储能阀控铅酸蓄电池(VRLA,

Valve

Regulated

Lead

Acid

Battery)阀控铅酸蓄电池与汽车等用的普通铅酸蓄电池相比有二个主要特点：一是密封；二是干态。

密封是指基本无酸雾排出。一般情况下阀控铅酸蓄电池在运行（充放电）过程中是“零排放”，只有在充电后期蓄电池内的气体压力超过安全阀的开放压力时才有少量的氢和氧混合气体排放，此时用过滤材料滤去带出的少量酸雾。干态是指阀控铅酸蓄电池没有自由流动的电解液，可以任何方向放置，不怕颠簸、碰撞，即使外壳破裂也不会有酸漏出。三、电化学储能三、电化学储能

（二）钠硫电池钠硫电池通常由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等部分组成。

钠硫电池是由熔融液态电极和固体电解质组成的，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，硫填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，外壳一般采用不锈钢等金属材料。钠硫电池（Sodium-Sulfur

Battery

）

钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的，其比能量高、可大电流、高功率放电。日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年开始进入商品化实施阶段，截止2007统计，日本年产钠硫电池电池量已超过100MW，同时开始向海外输出。

钠硫电池是以beta-氧化铝为电解质和隔膜，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。

该电池最大的特点是：比能量高，是铅酸电池的3~4倍；可大电流、高功率放电；充放电效率几乎高达100％。但钠硫电池的不足之处是其工作温度在300℃~350℃，需要一定的加热保温。另外过充时很危险。三、电化学储能钠硫电池（Sodium-Sulfur

Battery

）

钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的，其比能量高、可大电流、高功率放电。日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年开始进入商品化实施阶段，截止2007统计，日本年产钠硫电池电池量已超过100MW，同时开始向海外输出。

钠硫电池是以beta-氧化铝为电解质和隔膜，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。

该电池最大的特点是：比能量高，是铅酸电池的3~4倍；可大电流、高功率放电；充放电效率几乎高达100％。但钠硫电池的不足之处是其工作温度在300℃~350℃，需要一定的加热保温。另外过充时很危险。(二)钠硫电池三、电化学储能钠硫电池的工作原理：以固体电解质导电陶瓷（beta-Al2O3）为电解质隔膜,

熔融硫和钠分别作阴阳极.正是因为钠硫电池采用的材料特殊

,

所以能连续充电近两万次

,

也就是说相当于近60年的使用寿命

,

且终生不用维修

,

不排放任何有害物质

,

也无二次污染公害

,

这是别的电池无法达到的。钠硫电池是靠电子转移而再生能量

,

所以它充电时间相当短暂

,

一次充电可运行

10

―

11

小时

,

它经热反应后所产生的理论能量密度为786

Wh/kg

,

实际能量密度为

300

Wh/kg

.

这约是铅酸电池的十倍

,镍氢电池的四倍

,

锂电池的三倍

.阴极反应：2Na

–

2e

=

2Na+阳极反应：xS

+

2e

=

Sx2-总反应：

2N

a

+

xS=

Na2Sx(二)钠硫电池三、电化学储能我国的钠硫电池研究现状：钠硫电池的研发在国际上方兴未艾。

2006年8月,上海硅酸盐研究所与上海市电力公司开展了大容量钠硫单体电池的合作研发。5个月后，650Ah的单体电池试制成功,我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。2007年8月,双方共建“上海钠硫电池研制基地”，不久便攻克了钠硫电池制备关键技术，成功研制170余台套具有自有知识产权的生产与性能评价装备，贯通了年产2兆瓦的钠硫储能电池中试线，实现10千瓦储能系统成功演示。钠硫电池储能系统在上海世博园示范运行。(二)钠硫电池(二)钠硫电池不足：高温运行，启动慢；费用较高；材料腐蚀、安全性较差。优点：高比功率；高比能量；转换率高。34MW钠硫电池储能电站三、电化学储能三、电化学储能钠硫电池重点研究问题钠硫电池的界面特性及制备研究。钠硫电池的一致性影响因素及控制技术研究。钠硫电池性能稳定性、可靠性及退化机制研究。三、电化学储能（三）液流电池

液流电池（FRB）也称氧化还原液流电池，是一种正、负极活性物质均为液态流体氧化还原电对的电池。

在液流电池的研究领域，目前已有多种不同的液流电池体系，如铈钒体系、全铬体系、溴体系、全铀体系、全钒体系液流电池等，其中全钒液流电池（VRB）是技术发展的主流。三、电化学储能全钒液流电池

工作原理：(三)液流电池全矾液流电池与风电场联合运行储能系统6MW/6MWh三、电化学储能三、电化学储能清华大学电机系电工新技术研究所的VRB样机试验用钒电池参数：额定电压：50V额定电流：50A额定功率：2.5kW额定容量：5kWh最大功率：9kW端电压区间：40~64V三、电化学储能VRB

的应用v

不间断电源供应系统v

太阳能发电储能v

风电的缓冲系统v

调峰电站v

边远地区电力系统v

分散式储能v

交通工具的动力三、电化学储能国外VRB

样机

1--

加拿大VRBPOWER公司

输出功率:

200KW

电池容量

1100KWh

最大输出功率:

400KW×10秒

电解液体积:

55m3

占地面积：

70m2三、电化学储能国外VRB

样机2

–

日本住友电工的风力发电储能系统1998年建成20KW实验电堆，运行超过16000次循环2001年开始170

kW×6h规模的示范工程2005年，扩大到6

MW×25min

;

4MW×90min三、电化学储能三、电化学储能全钒液流电池具有以下优点：（1）电池的功率和储能容量可以独立设计，给实际应用带来灵活性。（2）循环寿命长，电解液活性物质易保持一致性和均匀性。（3）可超深度放电（100%）而不引起电池的不可逆损伤。（4）系统运行和维护费用低。三、电化学储能液硫电池重点研究问题液流电池电极和隔膜关键材料研究。液流电池高性能电解液研究。液流电池冗余技术及失效安全技术。三、电化学储能（四）锂离子电池锂离子电池的主要优点是储能密度高、储能效率高、循环寿命长等。三、电化学储能单体电池标准循环寿命已经超过1000次，仅从饭吃单体的角度来看，锂电池的比能量和循环寿命已基本满足储能应用的需求；但在锂离子电池组应用时。循环寿命只有400~600次，甚至更低，严重制约锂离子电池储能应用。（四）锂离子电池三、电化学储能锂离子电池重点研究问题（1）锂离子储能电池一致性制造技术研究。（2）锂离子储能电池系统能量管理技术。（3）锂离子电池储能系统状态监控及均衡技术。（四）锂离子电池三、电化学储能(四)锂离子电池优点：高比能量；高比功率；高能量转换效率；长循环寿命不足：有的体系安全性较差；价格还不够低锂离子动力电池，是电动汽车产业兴起的关键磷酸亚铁锂、钛酸锂等新材料的开发和应用，大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命，从而可能将锂离子电池用于更大规模的储能三、电化学储能磷酸铁锂动力电池的主要性能三、电化学储能LiFePO4电池的特点：1.

高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10s）可达20C；2.

高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，

电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；3.

即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；4.

极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；5.

过放电到零伏也无损坏；6.

可快速充电；7.

低成本；8.

对环境无污染。三、电化学储能一种型号为STL18650的磷酸铁锂动力电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性：不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在

2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。三、电化学储能STL18650的充放电循环寿命曲线在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。三、电化学储能（五）其他储能电池1.镍氢电池

镍氢电池具有较好的耐过充，过放电滥用能力和较高的安全性，受到相关行业的高度关注，但在规模储能应用领域，镍氢电池在性能一致性、可靠性、荷电保持能力、电池系统热管理水平及环境适应性等方面仍有待于进一步提高。三、电化学储能2.钠/氯化镍电池

钠/氯化镍电池是一种在钠硫电池的基础上发展起来的新型储能电池，至今已发展了3代。其中电池组成材料中无低沸点、高蒸汽压物质。电池具有过充过放电保护机制，是电池安全问题的重大突破。除此之外，钠/氯化镍电池还具有较高的能量密度和功率密度。具备可过充电、无自放电、运行维护简单等优势。三、电化学储能

电化学储能

钠硫电池

目前最大容量达

到34MW/51MWh

原材料丰富，能

量密度和转换效

率高；

成本高，降价空间

小，存在安全隐

患；

锂离子电池

容量达到MW/MWh

级；

储能密度和功率密

度高、效率高、循

环寿命长；

安全性有待提高；

存在较大的降价空

间。

液流电池

容量达到MW/MWh级；

功率与容量彼此独立，循

环寿命长，可深放电而不

影响电池寿命，可响应频

繁充放电切换；

能量密度低、效率低；四、无机盐高温相变储能

相变储能利用材料在相变时吸热或放热来储能或释能，因此，他的核心和基础是相变储能材料，简称相变材料（PCM）。

相变储能材料是指在一定的温度范围内，利用材料本身相态或结构变化，向环境自动吸收或释放潜热，从而达到调控环境温度的一类物质。§3.3大规模新能源发电集中并网一、大规模新能源发电并网的仿真与分析电力系统仿真和分析是辅助电网运行决策的有效技术手段。新能源发电规模化并网后，期仿真模型的标准决定着并网分析结论和控制策略的科学性及有效性。电力系统分析软件：PSLF、PSS/E、DIgSILENT/PowerFactory等（一）新能源发电的建模一、大规模新能源发电并网的仿真与分析相对于常规电源而言，以风电为代表的新能源发电具有明显的间歇性，其功率输出的间歇性波动持续时间往往为分钟级甚至小时级。这一过程中涉及的电力系统满动态元件较多，包括发电机失磁保护、发电机过励磁或欠励磁保护、原动机及其调速器、锅炉及锅炉调速器、汽轮机超速保护、自动发电控制、有载调压变压器分接头自动调节、负载持续增加等。(二)含新能源发电的电力系统全过程仿真

通常应用的机电暂态仿真程序由于简化或省略了电力系统慢动态元件，往往只能给出电力系统机电暂态过程（5~20s）的稳定性，很难对上述慢过程进行准确的模拟，导致相关分析结论和安全稳定性措施不能完全满足实际系统的要求。一、大规模新能源发电并网的仿真与分析

对于电力系统长过程动态稳定性模拟软件的开发，国外已有较多的研究，比较成熟的软件有：美国电力科学研究院的LTSP、欧洲的EUROSTAG、美国PTI公司的PSS/E、日本中央电力研究院的CHAMPS、美国GE公司和日本东京电力公司的EXTAB等软件包。

在国内，中国电力科学研究院对电力系统成过程稳定模拟也进行了深入的研究，并自主开发了PSD-FDS全过程动态仿真软件。一、大规模新能源发电并网的仿真与分析

电力系统随机生产模拟是一种通过优化发电机组的生产情况，考虑机组的随机故障及电力负荷的随机性，分析计算最优运行方式下各类电厂的发电量、系统的生产成本及系统的可靠性指标的算法。它是评估电力系统运行技术经济指标的重要工具，广泛应用与电力系统的成本分析、发展和规划运行及可靠性评估等方面。一、大规模新能源发电并网的仿真与分析（三）含新能源发电的电力系统随机生产模拟电力系统随机生产模拟主要应用包括：提供各种类型常规发电产在模拟期间的发电量、燃料消耗量及燃料费用；进行电力系统电能成本分析；进行发电系统可靠性评估；制定电力系统发电机组检修计划；进行系统旋转备用容量的确定及辅助服务（如自动发电控制）的研究；进行电价预测与风险预报研究。一、大规模新能源发电并网的仿真与分析二、大规模新能源发电并网的控制与保护在电网扰动期间，新能源电池需要和电网进行协调配合，支撑电网安全。目前，我国大规模新能源发电并网后的网源协调问题主要体现在风电并网领域。（一）网源协调控制技术（二）间歇式新能源发电的保护技术间歇式电源接入系统后，系统继电保护的配置应根据所接入系统的电网结构及接入间歇式电源的规模，通过深入细致的计算分析来决定，应该满足电网安全稳定运行的要求。二、大规模新能源发电并网的控制与保护三、大规模新能源发电功率预测技术一个安全可靠的电力系统必须保证电力的生产与消耗在任意时刻的动态平衡。常规电力负荷的变化具有比较明显的规律性，电网调度人员可根据这一规律制定合理的发电计划，满足用电需求。三、大规模新能源发电功率预测技术预测建构用途只要包括：调度运行人员可根据预测的风力发电和太阳能发电功率波动情况，合理安排应对措施，提高电网的安全性和可靠性。将风力发电和太阳能发电功率预测与负荷预测相结合，调度运行人员可以调整和优化常规电源的发电计划，合理安排系统备用，改善电网调峰能力，增加风电并网容量。根据风力发电和太阳能发电功率预测结果，可以合理安排风电场/太阳