先进储能技术在智能电网中的应用和展望

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先进储能技术在智能电网中的应用和展望

文/华北电力大学 甄晓亚 尹忠东 孙 舟

电力生产过程是连续进行的，发电和负荷及损耗之间需要时时刻刻保持着基本的平衡，而电系统中的用户对电力的需求随时间及外界因素的变化而不断变化，传统电力系统可通过对可控发电机进行出力调节来维持发电和负荷的平衡，而下一代电力系统智能电网包括着很多的分布式电源，而分布式电源对外界气候天气因素比较敏感，新能源发电的出力又难于控制。如果系统不能保证发电和负荷之间平衡的话，轻则电能质量恶化，造成电压和频率偏差，重则引发停电事故，甚至会诱发电力系统的崩溃，这就需要电力系统保留一定的裕量，但降低了系统的运行效率。要从根本上解决这一问题，可从两个方面入手。第一是从电源侧入手，系统中安装一些大容量的储能元件，系统电力充沛时储存能源，电力紧缺时释放电力，解决供需矛盾；第二是从负荷侧入手，通过需求侧管理等技术调整用户的用电习惯，增加低谷用电，减少高峰期用电，拉平负荷曲线。

储能技术的应用必将在未来的智能电网设计、规划、调度和控制等方面带来重大变革。

储能技术是指电能通过某种装置转化成其他形式的能量并且高效存储起来，需要时所存储的能量可以方便地转化成需要的能量形式。包括以下两方面的内容，一是高效大容量存储能量，二是快速高效的能量转化技术。根据所转化的能源

类型不同，目前主要的电能存储形式可分为机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能）、电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池和镍镉电池等）、电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）和相变储能等四类。本文着重介绍大容量级先进电力储能技术在智能电网中应用的研发状况，并基于我国特色能源布局发展之路和未来坚强智能电网的需求，从技术和经济的层面加以分析，探讨大容量先进储能技术在智能电网上的发展方向和研究重点。储能技术研究应用现状如表所示。

械能存储，在需要使用时再重新转换为电能，主要包括：抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。

抽水蓄能是电力系统中唯一大规模采用的电力储能形式，抽水储能是投入运行时必须配备上、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状态，利用储存在上游水库中的水发电。按上游水库有无天然径流汇入分为纯抽水、混合抽水和调水式抽水蓄能电站，建站地点力求水头高，发电库容大，渗漏小，压力输水管道短，距离负荷中心近。

抽水储能电站储存能量的释放时间可以从几小时到几天，综合效

目前电能储能形式和发展现状

1. 机械储能

机械储能是指将电能转换为机

表 储能技术研究及应用现状

典型功率典型能量应用方向100～2 000

抽水蓄能4～10 h日负荷调节，频率控制和系统备用

MW

CAES100～300 MW6～20 h调峰发电厂，系统备用电源

机械储能

Micro－CAES10～50 MW1～4 h调峰

15 s～15 调峰，频率控制，UPS，电能质量

飞轮储能5 kW～1.5 MW

min调节，输配电系统稳定性

UPS，电能质量调节，输配电系统

SMES10 kW～1 MW5 s～5 min

稳定性

电磁储能

电容器超级电电能质量调节，输配电系统稳定性

1～100 kW1 s～1 min

容器（Y与FACTS结合）

电能质量，可靠性，频率控制，备

铅酸电池1 kW～50 MW1 min～3 h

用电源，黑启动，UPS

先进电池技

Mins～

电池储能术，如NaS，kW级～MW级各种应用

hours

VRLA，Li

液流电池，如100 kW～100 电能质量，可靠性，备用电源，削

1～20 h

ZnBr，NaBrMW峰，能量管理，再生能源集成

储能类型

44 | 电气时代·2011 年第 1 期

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率在70%～85%之间。其最大特点是储存能量非常大，同时抽水储能也是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术，非常适合于电力系统调峰和用作长时间备用电源的场合。如调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。由于抽水蓄能电站要求必须同时具备上游水库和下游水库的条件，对地理条件要求比较高，同时还有抽水蓄能电站对生态环境的破坏，尤其是移民因素，都限制了抽水蓄能电站的进一步推广。

目前全世界共有超过90 GW的抽水蓄能电站机组投入运行，约占全球总装机容量的3%。

飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速运转，将电能转化成机械能储存起来，并在需要时飞轮带动发电机发电，是一个电能和机械能相互转化的储能元件，为了减少损耗，大多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承支撑的机构组成。现代飞轮设备储能功率密度>5 kW/kg，能量密度>20Wh/kg，效率在90%以上，循环寿命可达20年。飞轮储能的最大优点是几乎不需要运行维护，设备寿命长，储能效率高（在采用悬浮轴承后效率还可以进一步提高），清洁无污染，无噪声，负荷跟踪能力强，对环境没有不良影响，缺点 …… 此处隐藏：5171字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……