储能系统在工程中的应用及研究

储能系统在工程中的应用及研究,二一四年八月,上海电力设计院有限公司 新技术研究中心,三、储能系统研究热点,二、储能系统在国内外应用情况,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,一、储能系统分类及特点,一、储能系统的分类及特点,电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为机械、电磁、电化学和相变储能四大类型,机械储能,抽水蓄能 压缩空气储能 飞轮储能,电磁储能,电化学储能,超导储能 电容器 超级电容储能,铅酸、锂离子、钠硫和液流等电池储能,储能系统的分类,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，还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率,抽水蓄能电站,一、储能系统的分类及特点,一、储能系统的分类及特点,压缩空气蓄能电站,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机发电。,原理,应用,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。,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。,一、储能系统的分类及特点,飞轮储能,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,应用,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)、电网调峰和频率控制。,一、储能系统的分类及特点,一、储能系统的分类及特点,铅酸电池,锂电池,钠硫电池,液流电池,铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极间会产生 2V 的电力。放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ),锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，俗称“锂电”,钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。,电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应,一、储能系统的分类及特点,储能系统的主要特点,一、储能系统的分类及特点,三、储能系统研究热点,二、储能系统在国内外应用情况,一、储能系统分类及特点,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,二、储能系统在国内外的应用情况,储能目前处于进一步研发和推广阶段，国内外研究机构和厂商较多，各种技术路线和制造水平各具特点，新能源发电的大规模开发促进了储能技术的发展，以抽水蓄能、铅酸和锂离子电池相对较成熟，并且均有一定的应用案例，目前较多储能电站都结合新能源的发展来建设。,二、储能系统在国内外的应用情况,天荒坪抽水蓄能电站工程示意图,抽水蓄能电站是目前实现大规模储能的主要手段，全世界约有超过150GW的抽水蓄能电站投运，约占全球装机容量的3%。,二、储能系统在国内外的发展情况,美国,二、储能系统在国内外的应用情况,日本,二、储能系统在国内外的应用情况,210KW风力发电机组,100KW光伏组件,2000Ah储能蓄电池组,东福山岛风光柴储能电站是国内第一个规模化投入实际应用的新能源储能电站，集风、光、储一体并升压运行孤岛微网系统。,中国,二、储能系统在国内外的应用情况,中国,三、储能系统研究热点,二、储能系统在国内外应用情况,一、储能系统分类及特点,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,三、储能系统研究热点,在可再生能源中的应用研究,大规模可再生电源接入后，其波动性、间歇性和随机性不仅增加电力系统调峰压力，而且影响电力系统的安全稳定运行。引入储能技术可以有效平抑新能源功率波动，增强新能源发电可控性，提高新能源的并网接入能力。,在电网调频中的研究,由于储能调节速度快，未来在电网调频中将起到积极的作用，目前美国、智利等国均已开展调频储能项目及研究工作，北京的石景山热电厂储能项目也为华北电网提供一定的调频辅助服务。,在微网中的应用研究,1、有效稳定系统输出，解决微网中动态电能质量问题； 2、提高现有配用电设备的利用率、降低运行成本等； 3、实现与大电网的并网运行，必要时向大电网提供一定的支援服务。,三、储能系统研究热点,在需求侧响应中的研究,为特定电力用户提供服务，例如可为用户提供消减需求开支并提供后备电源服务，也可在电网故障时，保障对用户的高可靠性供电。,在智能交通中的应用研究,储能应用与智能交通领域，主要是通过电动汽车来实现，采用V2G技术实现与电网的互动。,在智能建筑领域的应用研究,围绕智能电网和智能城市的发展，结合储能系统探索智能电网及智能城市未来的发展形态，实现对区域内电力供需进行有效调控。,三、储能系统研究热点,二、储能系统在国内外应用情况,一、储能系统分类及特点,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（1）概述,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（2）地理位置,国家风光储输示范工程位于张家口市张北县西部的大河乡及尚义县东部的套里庄乡交界处，紧临 S341，属坝上地区。其中国家风光储输示范工程一期工程位于整个规划场址的西侧区域，场址区域的海拔高度在1500-1890m之间。,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（3）工程任务和规模,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（4）总体构架,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,考虑技术风险控制，装置多样性，同时，兼顾到本 工 程的示 范 意义，本期储能电站选用锂电池、钠硫电池和全钒液流电池的组合。,钠硫电池,全钒液硫电池,磷酸铁锂电池,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,已突破的关键技术,电池储能装置的大规模电站化集成技术,大规模多类型电池储能电站高速实时监控技术,大规模多类型储能电站协调控制及能量管理技术,大规模多类型电池储能电站的多种应用技术,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,多类型电池储能系统的大规模集成 实现大规模多类型电池储能电站监控 通过进行软/硬件切换，支持本地、 全景监控及华北网调直控的三种模式 分类型、模块化的协调控制模式 支持调频，削峰填谷，跟踪计划，平滑风光发电出力等储能电站高级应用模式,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,突破大容量锂离子成组技术、大容量电力电子变流器技术、电池主动均衡技术、储能设备安全保护技术等多方面核心技术，实现电池储能电站规模化集成，建成了世界上规模最大的磷酸铁锂电池储能电站。,储能电站监控系统突破电站监控系统的控制结 构构架，引入高速实时以太网技术，实现储能 装置集群快速控制与数十万储能单体信息的海 量数据监测，并且最大限度减小电池劣化，保 障电池健康运行。,四、储能系统在风光储示范工程中的应用,（5）储能系统,储能厂区全景图,储能厂区近景图,谢 谢！,