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1、电力储能专题,主讲人：建筑电气111,电力储能技术的意义,在人类现代文明的发展中，电网是迄今为止建造的最复杂的系统工程之一，从发电，输电，配电直到用电，电网与国民经济和我们普通百姓的日常生活无不息息相关。但目前实际状况是：一方面传统电网存在智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题，另一方面又面临全球范围内气候变暖、能源短缺的窘况。2003年，美国能源部组织相关专家对电力工业的现状和未来进行反思和展望，提出了“智能电网”的概念。2010年中国国家电网公司也明确提出了在2020年之前分三个阶段实施智能电网建设的具体规划。发展智能电网的目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网，其中与之
2、相配套的一个很重要的核心环节就是发展大规模的电力储能技术。,大规模储能蓄电的作用,用于调节可再生能源发电系统供电的连续性和稳定性,用于电网的“削峰填谷”,用于用电大户的“谷电”蓄电,用于重要部门和重要设施的应急电源及备用电源,用于“非并网”风电直接利用中的调节电源,电力储能系统应用举例,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,应用,抽水储能是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术，其主要应用领域包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，
3、还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率,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,发 展 方 向,机组向高水头、高转速、大容量方向发展，今后的重点将立足于对振动、空蚀、变形、止水和磁特性的研究，着眼于运行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大和供电质量要求较高的情况下使用连续调速机组，实现自动频率控制。,抽水蓄能电站,压缩空气储能电站（compressed air energy storage, 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 7.5 MPa 的高压密封设施内，在用电高峰释放出来驱动燃气轮
4、机发电。,原理,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 1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机少 40%，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。,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、频率调制、分布式储能和发电系统备用。,100 MW 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%。
5、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 1014 MPa 的需要，812 MW 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,压缩空气蓄能电站,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
6、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 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 44
7、2MW，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。,抽水蓄能与压缩空气储能电站的应用,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)、
8、电网调峰和频率控制。,应用,随着对飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转化系统的深入研究，高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承技术极大地促进了储能飞轮的发展。磁浮轴承的应用、飞轮的大型化以及高速旋转化合轴承载荷密度的进一步提高，将使飞轮储能的应用更加广泛。,发展方向,飞轮储能,超导磁储能系统与超级电容器储能,飞轮储能系统的部分应用：,SMES 的部分应用：,超级电容器系统的部分应用：,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,飞轮、超导磁和超级电容器储能系统的应用,电池储能技术,电力储能系统可利用的主要电池,各电池储能系统的基本特性,部 分
9、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。,各电池储
10、能系统比较,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。,电池储能系统铅酸蓄电池系统与钠硫电池系统,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/光伏发电相配套的全钒液流电池储能系统用于电站调峰：,电池储能系统液流电池系统,液流储能电池分类,液流储能电池的分类,各种电力存储技术的应用潜力,谢谢观看,再见,
