微电网储能技术研究综述

电力系统新技术

专业电力系统及其自动化

班级研1109班

学号1108080392

学生周晓玲

2012 年

电力储能技术

摘要：储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。本文主要介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、液流电池储能以及超导储能、超级电容器储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态，比较了各种储能技术的优缺点，并对储能技术在电力系统中的不同应用进行了综述。

关键词：储能技术，可再生能源发电，消峰填谷，一次调频ABSTRACT：Power storage technology serves to cut the peak and fill valley，regulate the power frequency，improve the stability，and raise the utilization coefficient of the grid in the power system.This paper introduces various types of storage technology such as pumped hydropower,flywheel electricity storage technology，compressed air energy storage，sodium sulfur(NaS)battery,，Flow Battery Technology，super conductive magnetic energy storage and super capacitor storage discusses their advantages and disadvantages．The development trend and the Different applications of storage technology in the power system are also summarized．

KEY WORDS：energy storage technology，renewable energy Resources power generation，peak load shifting，primary frequency

1.背景意义

近几十年来，电能存储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。电能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，其实到现在为止也没有一种非常完美的储能技术，但经过几代科学家的努力，一些比较成熟的储能技术在各行各业发挥着重要的作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。比如火电厂要求以额定负荷运行，以维持较高的能源转换效率和品质，但用电量却随时间变化，如果有大容量、高效率的电能存储技术对电力系统进行调峰，对电厂的稳定运行和节能是至关重要的。另外，由于分布式发电在电网中所占的比例越来越高，基于系统稳定性和经济性的考虑，分布式发电系统要存储一定数量的电能，用以应付突发事件。随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用。储能已经成为除发、输、变、配、用五大环节的第六大环节。如下图即为储能在电力系统中的应用。

图1 储能技术在电力系统中的应用

2.电力储能技术简介

电能储能技术是伴随着电力工业发展一直存在的问题，其实到现在为止也没有一种非常完美的储能技术，但经过几代科学家的努力，一些比较成熟的储能技术在各行各业发挥着重要作用。储能系统一般由两大部分组成：由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的功率转换系统(PCS)。储能装置主要实现能量的储存和释放：PCS 主要实现充放电控制、功率调节和控制等功能。图2即为电力储能系

统示意图。

图2电力储能系统示意图

电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照存储具体方式可分为机械、电化学、电磁、和热力储能四大类型。其中机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能包括铅酸、镍氢、镍隔、锂离子、钠硫和液流等电池储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；热力储能包括熔盐储能和热电储能等。

2.1飞轮储能

飞轮储能的原理为：外部输入的电能通过电力电子装置驱动电动机旋转从而带动飞轮旋转将电能储存为机械能；当需要释放能量时，飞轮带动发电机旋转，将动能变换为电能，电力电子装置将对输出电能的频率和电压进行变换以满足负载的要求。图3即为飞轮储能的内部结构图

图3 飞轮储能内部结构图

飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障，是目前最有发展前途的储能技术之一。缺点是能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，主要应用于为蓄电池系统作补充。在美国，10年前现代飞轮储能电源商业化产品开始推广，风险投资的大量介入，飞轮储能技术获得了成功应用。风电、太阳能发电本身所固有的随机性、间歇性特点，决定了其范围化成长必定会对电网调峰和体系平安运转带来明显影响，必需要有先进的储能手艺作支持。飞轮储能技术发展到一定程度后，能在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题，

可以实现新能源发电的平滑输出，

目前，已经开发出大功率飞轮储能系统，并应用于航空以及UPS 领域以BeaeonPower为领先水平的研究机构正在致力于飞轮储能的优化设计，以便将其用于长过程储能服务(多达几个小时)，同时降低其商用成本。

2.2抽水储能

抽水储能的原理是在电力负荷低谷期将水从下游水库抽到上游水库，将电能转化成水的重力势能存储，在电网负荷高峰期释放上游水库的水来发电。抽水蓄能电站可以在电网负荷出现突然变化时，几分钟内快速响应，这是其他类型发电厂所无法比拟的。水能发电的最大优势，在于要发电就发电，不发电就不发电，启动和关闭闸门都比较容易。

我国抽水蓄能电站面临高速发展契机，目前，我国已建成抽水蓄能电站20余座，占全国总装机容量的1．73％。而一般工业国家抽水蓄能装机占比在5％-10％水平，其中日本2006年抽水蓄能装机占比即已经超过10％。2020年我国抽水蓄能电站总装机容量将达到约6000万kW。典型的抽水储能示范工程有惠州抽水储能电站、十三陵抽水储能电站等，惠州抽水储能电站是目前我国最大的抽水储能示范工程。

2.3 压缩空气储能

压缩空气储能的原理为：压缩空气技术在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或薪建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩的空气推动汽轮机发电。其中，压缩机由电网供电的电动机驱动，因此汽轮机的输出功率全部用于发电，其发电功率是常规燃汽轮机电站的3倍。应用领域包括削峰填谷、调频调相、系统备用、黑启动等。

2009年压缩空气储能被美国列入未来10大技术，德、美等国有示范电站投入运营，总体而言，目前尚处于产业化初期，技术及经济性有待观察。我国的压缩空气储能事业还处于初始状态，目前还没有规模以上的压缩空气储能电站建成。

2.4 钠硫电池储能

钠硫电池的储能原理是：钠和硫分别作为阴极和阳极，陶瓷β- 氧化铝同时起隔膜和电解液的双重作用，正常工作温度范围在300℃-360℃。高温下的电极物质处于熔融状态，使得钠离子流过β- 氧化