储能在能源安全中的作用.docx

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1、雕在能源安全中的作用目录1 .摘要12 .储能技术的原理与特点23 .常用的储能方式23. 1.物理储能24. 2.化学储能25. 3.超导电磁储能34.电力储能技术的内涵、分类与应用34.1. 抽水蓄能技术34. 2.压缩空气储能技术44. 3.飞轮储能技术44. 4.超导储能技术44. 5.超级电容器储能技术54. 6.电化学储能技术56. 7.复合储能技术65.储能技术的性能比较和应用选择65. 1.描述65. 2.放电时间对比65. 3.功率对比77. 4.效率对比77.5. 投资对比75 .6.密度对比76 .“能源安全”的新变化趋势77 .储能产业的发展前景88 .储能在未来电力系

2、统中的作用99 .讨论与建议109.1. 从更高的系统层次讨论储能技术109.2.对我国发展储能产业的建议111 .摘要世界各国在积极发展可再生能源，而很大部分可再生能源用于发电。因此“能源安全”的范畴与重心将从20世纪的以石油安全为主逐步转向21世纪的以电力安全为主。确保安全、高质量供电，同时维持电力供需平衡是电力系统面临的持续挑战。发展新能源电力为常规电力机组的变负荷第1页共12页能力提出新的挑战：要求电力机组具备更快的变负荷调节能力；电力机组变负荷目标的不确定性增大；电力机组负荷调节范围更大。在电力系统中采用集成储能模块是解决电力系统变负荷和新能源电力接入产生问题的有效措施。储能总的作用

3、是实现新能源电力上网、保持电网高效安全运行和电力供需平衡。储能系统的具体功能有三种：提高电能质量、提供桥接电能、能量管理。电力储能技术有抽水蓄能技术、压缩空气储能技术、超导储能技术、超级电容器储能技术、电化学储能技术、复合储能技术。对我国发展储能产业提出以下建议：从宏观战略层面制定储能发展规划；出台利于储能技术产业化的激励政策与机制；发布储能相关技术标准和管理规范，建立储能装置回收管理机制；加强储能技术研发与示范；建立储能产业链，降低成本；探索优化商业运营模式，加快储能技术的市场化步伐。2 .储能技术的原理与特点由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入装置成为储能系统的两大部分。

4、储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换，实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。储能系统的容量范围比较宽，从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨度大，从毫秒级到小时级；应用范围广，贯穿整个发电、输电、配电、用电系统；大规模电力储能技术的研究和应用才刚起步，是一个全新的课题，也是国内外研究的一个热点领域。3 .常用的储能方式目前，储能技术主要有物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等）和电磁储能（如超导电磁储能等）等。3. 1.物理储能物理储能中

5、最成熟、应用最普遍的是抽水蓄能，主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能的释放时间可以从几个小时到几天，其能量转换效率在70%85%。抽水蓄能电站的建设周期长且受地形限制，当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。压缩空气储能早在1978年就实现了应用，但由于受地形、地质条件制约，没有大规模推广。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能存储起来，在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能的特点是寿命长、无污染、维护量小，但能量密度较低，可作为蓄电池系统的补充。4. 2.化学储能化学储能种类比较多，技术发展水平和应用前景也各不相同：蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储

6、能技术，根据所使用化学物质的不同，可以分为铅酸电池、馍镉电池、馍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等。铅酸电池具有技术成熟，可制成大容量存储系统，单位能量成本和系统成本低，安全可靠和再利用性好等特点，也是目前最实用的储能系第2页共12页统，已在小型风力发电、光伏发电系统以及中小型分布式发电系统中获得广泛应用，但因铅是重金属污染源，铅酸电池不是未来的发展趋势。锂离子、钠硫、银氢电池等先进蓄电池成本较高，大容量储能技术还不成熟，产品的性能目前尚无法满足储能的要求，其经济性也无法实现商业化运营。大规模可再生燃料电池投资大、价格高，循环转换效率较低，目前尚不宜作为商业化的储能系统。液流储能电池具有能量转换效

7、率较高，运行、维护费用低等优点，是高效、大规模并网发电储能、调节的技术之一。液流储能技术在美国、德国、日本和英国等发达国家已有示范性应用，我国目前尚处于研究开发阶段。超级电容器是20世纪80年代兴起的一种新型储能器件，由于使用特殊材料制作电极和电解质，这种电容器的存储容量是普通电容器的201000倍，同时又保持了传统电容器释放能量速度快的优点，目前已经不断应用于高山气象站、边防哨所等电源供应场合。3. 3.超导电磁储能超导电磁储能利用超导体制成线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快、转换效率高、比容量/比功率大等优点，可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节，提

8、高电网稳定性和功率输送能力的要求。和其他储能技术相比，超导电磁储能仍很昂贵，除了超导体本身的费用外，维持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观。目前，在世界范围内有许多超导电磁储能工程正在运行或者处于研制阶段。4.电力储能技术的内涵、分类与应用从本质上而言，电力储能是将电能在tl时刻、al地点充入，在t2时刻、a2地点释放，因而，电力储能技术可解决电能供需在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源综合利用效率的有效手段。电力储能技术有多种类型，可按照适用场合和电能转化类型等分类。按照后者，因电能可转换为势能、动能、电磁能、化学能等形态存储，电力储能技术可分为物理、电磁和电化学3种类型。物

9、理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储包括超导储能和超级电容器储能；电化学储能包括铅酸、馍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能。4.1. 抽水蓄能技术抽水蓄能系统要求配备上下游两个水库，负荷低谷时段设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库；负荷高峰时设备工作于发电机状态，利用储存在上游水库中水的势能发电。建站地点力求发电库容大、渗漏小、压力输水管道短等。抽水储能电站可以建造为不同容量，能量释放时间可从几小时到几天，综合效率在70%85%之间。抽水储能是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术，其应用领域包括削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供备用容量等。考虑到未来海上

10、风电等新能源大规模利用，可依托特定的地理条件，如选择三面环山的海湾作为水库坝址，围海建立大型抽水蓄能电站。抽水蓄能是目前唯一达到GW级的储能技术，其不足之处是需要占用大量土地和水资源，但因技术成熟等优势，仍然是首选的电力储能方式。4. 2,压缩空气储能技术压缩空气储能技术(CAES)通常匹配燃气轮机使用，利用负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并储藏在高压密封设施内，在用电高峰将其释放参与燃气轮机发电。在燃气轮机发电过程中，燃料转化的大部分轴功被用于压缩空气，采用CAES的系统因减少了空气压缩耗能，其燃料消耗要比常规燃气轮机少，同时也降低了压缩机投资。目前，储气站采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山

11、洞、废弃油气藏和新建储气井等多种模式，其中最理想的是水封恒压储气站，能保持输出恒压气体，保障燃气轮机的稳定运行。CAES技术响应速度快，主要用于削峰填谷、平衡负荷、频率调制和发电系统备用等。未来对CAES技术的改进围绕减小储存压缩空气场地对周边环境的影响和降低化石燃料消耗等方面。4. 3.飞轮储能技术飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。在负荷低谷时，飞轮系统消耗电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能一机械能的转换；当负荷高峰时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动发电机发电，完成机械能一电能转换的能量释放过

12、程。飞轮储能能量效率在90%以上，使用寿命长达20年，工作温区为4050,无噪声，无污染，维护简单，可连续工作，模块式组合后可以达到兆瓦级。输出持续时间为数分数小时，主要用于不间断电源/应急电源、电网调峰和频率控制等。4. 4.超导储能技术超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(毫秒级)、转换效率高(N96%)、比容量(l10Wh/kg)/比功率(104105kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES在技术方面相对简单，没有旋转机械部件和动密封问题。SMES可以满足输配电网电压支撑、功率补偿、

13、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求。SMES的发展重点是基于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ级系统，解决高场磁体绕组力学支撑问题，并与柔性输电技术相结合，进一步降低成本，结合实际系统探讨分布式SMES及其有效控制和保护策略。4. 5.超级电容器储能技术超级电容器根据电化学双电层理论研制，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距非常小，加之采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。但由于电介质耐压低，存在漏电流，储能量与保持时间受限，必须串联

14、使用，以增加充放电控制回路和系统体积。超级电容器历经多年发展，已形成系列产品，系统最大储量达30MJ。超级电容器价格较高，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电质量。5. 6.电化学储能技术电化学储能是指铅酸、银氢、银镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能。电池储能系统是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电，表1为部分电池储能系统目前达到的性能指标。表1部分电池储能系统目前达到的性能指标铅酸电池在高温下寿命缩短，具有较低的比能量和比功率，但价格便宜、可靠性好、技术成熟，在电力系统正常运行时为

15、断路器提供合闸电源，在发电厂、变电所供电中断时发挥独立电源的作用，为继保装置、拖动电机、通信、事故照明提供电力。但铅酸电池在制造过程中可能存在环境污染。馍镉电池循环寿命长，但随着充放电次数的增加容量会减少，荷电保持能力仍有待提高，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，电池的系统指标往往达不到单体水平。大容量集成的技术难度和生产维护成本是锂离子电池在电力系统中规模化应用的阻碍。近年来，锂离子电池在电动车领域越发流行，各大汽车公司纷纷推出锂离子电动车产品，电动车装载的锂离子电池退役后，可将其应用于电力系统固定式储能，在降低总使用成本的同时，也实现锂离子电池的梯级利用。钠硫电池储能密度高，体积可减少到普通铅酸蓄电池的1/5,系统效率可达80%以上，单体寿命已达15年，且循环寿命最高可达5000次，便于模块化制造、运输和安装，建设周期短，可根据用途和建设规模分期安装，适用于城市变电站和特殊负荷。液流电池有钢/溟、全