大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析.pdf

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大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析f物理形式』o势能i压缩空气储能电能存储{o电磁场能i磁场能：超导磁储能。化学形式i氢储能国家电网公司“电网新技术前景研究”项目咨询组储能技术的定位和作用2储能技术国内外发展现状摘要：分析了储能技术在电力系统发展和变革中的地位和作用，对各种类型储能技术的基本原理、技术特点、发展现状、存在的主要问题及需要突破的关键技术等进行了较全面的综述，提出了针对规模化应用储能技术的评价指标。在此基础上，分析了不同储能技术的发展和应用前景，并预测了其发展的路线图。关键词：电能存储；机械储能；电化学储能；电磁场储能；熔融盐蓄热储能；评价指标；应用前景传统能源的日益匮乏和环境的Et趋恶化，极大地促进了新能源的发展，其发电规模也快速攀升。以传统化石能源为基础的火电等常规能源通常按照用电需求进行发电、输电、配电、用电的调度；而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。储能技术的应用可在很大程度上解决新能源发电的随机性和波动性问题，使间歇性的、低密度的可再生清洁能源得以广泛、有效地利用，并且逐步成为经济上有竞争力的能源。传统电网的运行时刻处于发电与负荷之间的动态平衡状态，也就是通常所说的“即发即用”状态。因此，电网的规划、运行和控制等都基于“供需平衡”的原则进行，即所发出的电力必须即时传输，用电和发电也必须实时平衡。这种规划和建设思路随着经济和社会的发展越来越显现出缺陷和不足，电网的调度、控制、管理也因此变得日益困难和复杂[1]。由于电网中的高峰负荷不断增加，电网公司必须不断投资输配电设备以满足尖峰负荷容量的需求，导致系统的整体负荷率偏低，结果使电力资产的综合利用率很低。为解决这些问题，传统电网急需进一步升级甚至变革。先进高效的大规模储能技术为传统电网的升级改造乃至变革提供了全新的思路和有效的技术手段。在大容量、高性能、规模化储能技术应用之后，电力将成为可以储存的商品，这将给电力系统运行所必须遵行的发电、输电、配电、用电同时完成的概念以及基于这一概念的运行管理模式带来根本性变化。储能技术把发电与用电从时间和空间上分隔开来，发出的电力不再需要即时传输，用电和发电也不再需要实时平衡，这将促进电网的结构形态、规划设计、调度管理、运行控制以及使用方式等发生根本性储能技术的应用将贯穿于电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节，可以缓解高峰负荷供电需求，提高现有电网设备的利用率和电网的运行效率；可以有效应对电网故障的发生，可以提高电能质量和用电效率，满足经济社会发展对优质、安全、可靠供电和高效用电的要求；储能系统的规模化应用还将有效延缓和减少电源和电网建设，提高电网的整体资产利用率，彻底改变现有电力系统的建设模式，促进其从外延扩张型向内涵增效型的转变[5]。储能技术的分类根据能量类型的不同，储能技术基本可分为四大类别，包括基础燃料的存储(如煤、石油、天然气等)、中级燃料的存储(如氢气、煤气、太阳能燃料等)、电能的存储和后消费能量的存储(相变储能等)。本文重点分析电能存储技术，按照所存储能量的形式，可大致分为物理储能和化学储能，物理储能又可以分为机械储能和电磁场储能，如图1所示。电力系统自动化DOI：lO．7500／AEPS2012091501变革‘2一“。f机械能1第37卷第1期2013年1月10日Jan．10，2013收稿日期：2012一09—17。主要撰稿人：王松岑，来小康，程时杰。通信作者：程时杰，[e-mail]2．1图1电能存储技术的分类V01．37No．1AutomationofElectricPowerSystemsf抽水蓄能f动能：飞轮储能f电场能：超级电容器f电池储能ClassificationFig．1electricalenergystorage——3——
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系统自电动由于储能技术具有极高的战略地位，世界各国一直都在不断支持储能技术的研究和应用。日本Organization)于2009年针对各种电池储能技术进行了详细的发展路线规划，其中尤其关注锂离子电池、钠硫电池以及新型电池等技术的发展；美国能源部也于2010年底围绕各种新型与先进电池的发展与应用发布了相关技术报告，未来20年将重点关注超级铅酸与先进铅酸电池、锂离子电池、硫基电池、液流电池、功率型储能电池以及金属空气电池、先进压缩空气储能技术等研究方向。以下将简单介绍上述几种储能技术的基本原理、特点、发展现状、目前存在的主要问题及关键技术。2．2机械储能抽水蓄能抽水蓄能电站通常由上水库、下水库和输水及发电系统组成，上下水库之间存在一定的落差。在电力负荷低谷时段把下水库的水抽到上水库内，以水力势能的形式蓄能；在负荷