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1储能技术的应用领域物理储能技术化学储能技术储能的背景与意义4.14.24.34.42储能技术的应用领域物理储能技术化学储能技术储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容何为储能？？储能是指能量的存储，即通过一种介质或者设备，把当前剩余的能量以其本身的形式，或者换成另一种能量形式存储起来，根据未来使用的需要以特定能量形式释放出来的一个过程。储能是针对电能的存储，利用物理或化学方法将电能存储起来的技术。狭义上广义上34.1.1应用背景要使具有间歇、随机、低密度特点的可再生能源得到广泛有效的利用，并逐步成长为替代能源，最终成为主导能源，大规模储能技术是其中必不可少的关键环节。也只有大规模储能技术的应用，才能突破电力工业自诞生以来受即发、即送、即用方式的困扰和束缚，让电能真正做到以人为本，为人类的需要服务，实现电与人的和谐发展。国家能源专家咨询委员会副主任—徐锭明44.1.1应用背景2011年3月，十一届全国人大四次会议审议通过《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》。在“十二五”期间，国家将培育发展与新能源相关的战略性新兴产业，包括：新一代核能，太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能电网、生物质能、插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术、同时，国家将推广分布式能源系统的应用，推动海上风电、太阳能发电规模化示范工程以及插电式混合动力汽车、纯电动汽车商业化示范工程的实施。储能作为其不可或缺的技术，无论是为新能源大规模并网或是为新能源汽车提供动力，都将获得更多的示范机会。4.1.1.1国家政策扶持52011年3月，国家发改委修订并发布了新的《产业结构调整指导目录》。“大容量电能存储技术”在电力类鼓励条目中出现，表明国家层面已经意识到该技术能够解决“分布式供电及并网技术推广应用”、“智能电网建设”等项目中面临的一些大问题。2011年12月，国家能源局发布《国家能源科技“十二五”规划》。《规划》中强调，突破间歇式电源并网和储能技术与装备称为“十二五”期间重点任务之一。其中大容量快速储能装置的研究，将给储能行业带来新一轮的发展机会。64.1.1.2国家发展需要化石能源日益短缺化石能源过渡消耗带来严重的污染问题能源和环境问题恶化将严重制约我国经济发展规模化利用可再生能源实现能源多样化开展节能减排提高化石能源利用效率解决可再生能源发电不稳定性平衡用电负荷，提高发电效率发展规模化储能（蓄电）技术是国家能源安全、经济可持续发展，实现节能减排重大国策的重大需求74.1.1.3技术发展需求1）具有随机性、波动性的大规模新能源接入电网给传统电网造成接入难题！2）新能源接入带来电网电源结构的变化加大了对于电网调峰调频的应用需求！3）分布式电源接入及微电网的发展对于储能系统提出了刚性需求！4）基于减小碳排放的电动汽车的发展对于配套储能系统的需求不断增加！5）军用、工业及民用用户基于提高供电可靠性的要求对于储能提出了新的需求84.1.2储能的意义94.1.2.1大规模高效储能技术是实现太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电力波动较大，可调节性差。当电网接入的风电发电容量过多时，电网的稳定性将受到影响。目前，可再生能源发电的大规模电网接入是制约其发展的瓶颈。配套大规模高效储能装置，可以解决发电与用电的时差矛盾及间歇式可再生能源发电直接并网对电网冲击，调节电能品质。同时，储能技术在离网的太阳能、风能等可再生能源发电应用中具有不可或缺的重要作用。4.1.2储能的意义104.1.2.2大规模高效储能技术是构建坚强智能电网的关键电力工业是国民经济的基础产业，为经济发展和社会进步提供了重要保障。智能电网技术是提高电力系统安全性、稳定性、可靠性和电力质量的重要技术。储能技术作为提高智能电网对可再生能源发电兼容量的重要手段和实现智能电网能量双向互动的中枢和纽带，是智能电网建设中的关键技术之一。114.1.2储能的意义4.1.2.3高效储能系统是用于高耗能企业和国家重要部门的备用电源电解、电镀及冶金等行业，电车、轻轨和地铁等交通部门，都是集中用电大户。使用储能电池用“谷电”对储能系统充电，在高峰期应用于生产、运营，电能的利用效率高，不仅可以减轻电网负担，还可以降低运营成本。高效储能系统的另外一个重要应用是用作政府、医院、军事指挥部等重要部门的备用电站。在非常时期保证稳定、及时的应急电力供应。12储能技术的应用领域物理储能技术化学储能技术储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容4.2储能技术的应用领域a.备用电站南方电网深圳宝清电池储能电站13b.智能电网储能14c.太阳能发电储能日本光伏——电池联合储能电站15c.风能发电储能16d.电动汽车储能17e.太阳能路灯18f.电动汽车充电站19g.家庭微电网20h.平稳可再生能源输出21i.电力系统“削峰填谷”22j.维持电力供需平衡2324储能技术的应用领域物理储能技术化学储能技术储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容现有的各种储能技术储能技术抽水蓄能压缩空气储能电池储能超导储能飞轮储能超级电容储能25物理储能压缩空气成飞轮储能超导储能抽水蓄能化学储能电池储能超级电容储能按有无化学反应分类26各种储能技术规模与适用范围抽水蓄电功率调控27各种储能技术的发展情况28各种储能技术性能对比储能类型典型额定功率放电时间特点应用场合物理储能抽水蓄能100~2000MW4~10小时适合大规模，技术成熟，响应慢.需要地理资源日负荷调节，频率控制和系统备用压缩空气10~300MW1~20小时适合大规模，响应慢，需要地理资源调峰，调频，系统备用，风电储备飞轮储能5kw~10MW1秒~30分钟比功率较大，成本高、噪音大调峰、频率控制、UPS和电能质量超导磁储能10kw~50MW2秒~5分钟响应快，比功率高成本高，维护困难输配电稳定化学储能超级电容10kw~50MW1~30秒响应快，比功率高。成本高，储能量低可应用于定制电力和FACTS铅酸电池Kw~50MW分钟~小时技术成熟，成本低寿命短，环保问题电能质量、电站备用、液流电池50kw~100MW1~20小时寿命长，可深度放电，效率高。但储能密度稍低电能质量，备用电源，削峰填谷钠硫电池100kw~100MW数小时比能量和比功率较高；运行安全问题有待改进比电能质量，备用电源，削峰填谷锂离子电池Kw~MW分钟~数小时比能量高，成组寿命和安全问题有待改进电能质量，备用电源，UPS294.3.1抽水蓄能储电：在电力负荷低谷期，利用电站提供的剩余电量驱动水泵，将低水位库中的水抽至高水位库，电能转为势能。发电：在用电负荷高峰期，释放高位水库的水，驱动水轮机发电机组发电，将势能转换为电能。30工作原理4.3.1抽水蓄能抽水蓄能电站示意图314.3.1抽水蓄能抽水蓄能技术是目前最成熟、应用最广泛的大规模储能技术，具有容量大，寿命长（经济寿命50年）、运行费用低的特点。可为电网提供调峰、填谷、调频、事故备用等服务，其良好的调节性能和快速负荷变化响应能力，对于有效减少新能源发电输入电网时引起的不稳定性具有重要意义。电站选择上需要有水平间距小，上下水库高度差大的地形条件，岩石强度高、防渗水性能好的地质条件，以及充足的水源保证发电用水的需求。另外还需要考虑上下水库的库区淹没问题，水质的变化以及库区土壤碱化等一系列环保问题。32优点缺点4.3.1抽水蓄能抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天不等，综合效率在70%到85%之间；主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。33效率与应用范围4.3.1抽水蓄能世界第二大抽水蓄能水电站——天荒坪电站天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内。电站装机容量180万kW，上水库蓄能能力1046万kW·h，其中日循环蓄能量866万kW·h，年发电量31．6亿kW·h，年抽水用电量42．86亿kW·h，承担系统峰谷差360万kW任务。344.3.1抽水蓄能广州抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站位于广州市从化区吕田镇深山大谷中。总装机容量240万千瓦，装备8台30万千瓦具有水泵和发电双向调节能力的机组。354.3.1抽水蓄能北京十三陵抽水蓄能电站十三陵抽水蓄能电站位于北京十三陵风景区，电站装机发电容量800MW，年发电量12亿kW·h；抽水容量816MW，年抽水用电量16.5亿kW·h。为京津唐地区提供可靠的调峰、调频填谷和紧急事故备用电源。364.3.1抽水蓄能泰山抽水蓄能电站泰山抽水蓄能电站隶属国网新源控股有限公司,是全国第四座大型抽水蓄能电站，山东省第一座大型水电站，装机总容量为100万千瓦，总投资43.26亿元。37我国抽水蓄能发展状况4.3.1抽水蓄能我国抽水蓄能的发展呈现以下特点：（1）我国的抽水蓄能电站近20年得到了快速发展。截止2010年底，投产装机容量达到16345MW，跃居世界第三；在建装机容量达到12040MW，居世界第一。虽然如此，但抽水蓄能电站装机容量占我国总装机容量的比例还较低。（2）施工技术达到世界先进水平，大型机电设备原来依赖进口，但经过近几年的技术引进、消化和吸收，已经基本配备了生产能力。（3）按照目前国家政策，抽水蓄能电站原则上由电网企业建设和管理。“十二五”期间，政府对水电的开发十分重视，来自中国电力企业联合会的相关数据显示，抽水蓄能的规划目标是到2015年达到41000MW,2020年达到60000MW。意味着在为了十年内，新增抽水蓄能装机将超过40000MW，我国抽水蓄能正在经历新一轮的发展高潮。384.3.2压缩空气储能储电：在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中。发电：在电网负荷高峰期，释放压缩空气，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧后，驱动汽轮机做功发电。39工作原理4.3.2压缩空气储能压缩空气储能原理图404.3.2压缩空气储能压缩空气储能电站414.3.2压缩空气储能压缩空气储能电站424.3.2压缩空气储能43优点：•储能容量大：数十MW~GW，世界范围内已建成440MW•运行维护成本低缺点：•需要大的岩洞以存储压缩空气，受地理条件限制，适合地点非常有限•需耗燃料，且有二氧化碳排放•建设周期长。初次投资大世界首座压缩空气储能电站——德国亨托夫电站444.3.2压缩空气储能压缩空气储能发展现状•至今,只有德国、美国和日本具有大规模的压缩空气储能电站。·德国的Huntorf电站建于1978年,压缩功率60MW,发电功率290MW,压缩时间/发电时间=4，启动过上万次，可靠率达97%；•美国的Mcintosh电站建于1991年,压缩功率110MW,压缩时间/发电时间=1.6，如连续输出100MW可维持26小时；•日本的Sunagawa电站建于1997年,压缩功率35MW,压缩时间/发电时间=1.17；•近来此类技术的研究和开发的热度在不断上升,国家电网公司已立项研究，项目负责人清华大学卢强院士，中国电科院参加，电科院周孝信院士负责建模和分析研究（500kW压缩空气储能发电原型系统开发-储气罐式，10MW压缩空气储能发电系统建设方案研究）454.3.3飞轮储能现代意义上的飞轮储能概念最早在20世纪50年代才被提出，其后到20世纪70年代，美国能量研究发展署和美国能源部开始资助飞轮系统的开发，日本和欧洲也陆续开展了相关技术的产品的研究。进入20世纪90年代后，由于磁悬浮、碳素纤维合成材料和电力电子技术的成熟，飞轮储能才真正进入高速发展期。464.3.3飞轮储能储电：在用电低谷期，利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来。发电：在用电高峰期，用飞轮带动发电机发电。47工作原理4.3.3飞轮储能飞轮储能系统结构图484.3.3飞轮储能1.工作寿命长20年5万次2.动态响应快20ms3.循环效率高85%-98%4.环境友好无污染、维护成本低5.深度放电、能量可预测适合于配合配电系统运行以进行频率