南京工程学院 电气工程新技术 课设论文

南京工程学院

本科生课程论文(设计)

课程名称电气工程新技术

教师姓名张亮

学生姓名

学生学号

专业建筑电气与智能化

班级建筑电气111

日期: 2014 年12 月30 日

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储能技术现状及其前瞻性分析

（南京工程学院，江苏省南京市211167）

Energy Storage Technologies and Prospective Analysis (Nanjing Institute of Technology，Nanjing of Jiangshu Province 21167)

摘要：近几十年来，储能技术蓬勃发展，为世界各国积极研究与发展。本文着重介绍电力储能技术的研发状况和应用实例，从技术层面加以分析，探讨储能技术的未来发展方向和应用前景。

关键词：储能技术；电力系统；研发现状；应用前景

Abstract：In recent decades, energy storage technology to flourish, for the world to actively research and development. This article focuses on the development status of the power storage technologies and application examples, analyzed from a technical level, to discuss the future direction of development of energy storage technologies and applications.

Key words: Energy storage technology; Power systems; R & D status quo; Prospects

0 引言

近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。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物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能等。各种储能技术在能量和功率密度等方面有着明显区别，表A显示了不同应用场合对能量和功率密度的要求。本文着重介绍电力储能技术的研发状况和应用实例，从技术层面加以分析，探讨储能技术的未来发展方向和应用前景。

表A 储能技术应用场合和技术要求

设备类型用户类

型

功率等级能量等级

便携

式设

备

—1~100 W Wh

运输工具

汽车

火车、

轻轨列

车

潜艇

25~100 kW

100~500

kW

1~20 MW

100 kWh

500 kWh

10 MWh

静止

设备

家庭

小型工

业和商

业设施

配电网

输电网

发电站

1 kW

10~100 kW

MW

10 MW

10~100 MW

5 kWh

25 kWh

MWh

10 MWh

10~100

MWh

1 技术原理与特点

储能系统一般由两大部分组成：

由储能元件(部件)组成的储能装置;

由电力电子器件组成的电网接入系统

(或称能量转换系统：Power

Conversion system,简称PCS)。储能

装置主要实现能量的储存、释放或快

速功率交换。由电力电子器件组成的

电网接入系统主要实现以下功能： (1)

充放电控制;(2)交流一直流双向变

换、直流一直流变换;(3)功率调节和

控制; (4)运行参数检测和监控; (5)

安全防护等。储能系统的容量范围宽，

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，贯穿发输变配用电系统。

储能系统的主要作用如下：(1)用

于电力调峰解决用电矛盾;(2)用于用

户侧提高供电可靠性;(3)用于可再生

能源优化推动可再生能源开发应

用;(4)用于电力系统稳定控制提高电

网安全性。现阶段储能技术的发展必

须满足这些要求：储能密度大，变换

损耗小，运行费用低，维护较容易，不污染环境。大规模储能技术是对传统“即发即用”的电力模式的革命性突破，它可以减少用于发电设备的投资，提高电力设备的利用率，安装在用电设备附近可以降低线损，安装在大城市附近可以提高供电可靠性等等。

2 目前电能储能形式

2.1 机械储能

机械储能是指将电能转换为机械能存储，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。其最大特点是储存能量大，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。

2.2 电磁储能

超导储能系统（SMES）利用由超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或作它用。其原理是通过对超导储能系统的预充电，控制变换装置的触发脉冲实现SMES装置与系统间的有功功率和无功功率的交换。具有响应速度快（ms级），转换效率高，比容量大等优点，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。

2.3 电化学储能

超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，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（一般<0.5 mm），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，储能量和保持时间受到限制，必须串联使用，以增加充放电控制回路和系统体积。

2.4 相变储能

相变储能是利用某些物质在其物相变化过程中，可以与外界进行能量交换，能达到能量交换与能量控制的目的。根据相变的形式、相变储能材料的不同可基本上分为四大类：固—固相变、固—液相变、液—气相变和