智能电网之储能 PPT课件
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应用
超级电容器价格较为昂贵，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水平
发展
超级电容器已经历了三代发展，形成电容量 0.5 ~ 1000F、工作电压 12~400V、最大放电流 400 ~ 2000A 系列产品，储能系统最大储能量达到 30MJ。 基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代 产品正在开发中
各电池储能系统的基本特性
1
电力 储能 系统 可利 用的 主要 电池
电池 种类 铅酸
镍镉
镍氢 锂 离子 钠硫
全钒 液流
单体标称 电压/V 2.0 1.0~1.3 1.0~1.3 3.7 2.08
1.4
Page ▪ 8
反应式
研发机构
主要电池厂家
主要电池厂家
主要电池厂家
主要电池厂家 东京电力公司、NGK、 上海电力公司 VRB、V-Fuel Pty、 住友电工、关西电力、 中国电力科学研究院
钠硫和液流电池被视为新兴的、高效的且 具广阔发展前景的大容量电力储能电池。
环境温度差异等因素的影响，系统 指标往往达不到单体水平，使用寿 命较单体缩短数倍甚至十几倍。
Page ▪ 9
抽水蓄能电站与压缩空气储能电站
2
抽水蓄能电站
压缩空气储能电站
✓ 日、美、西欧等国家和地区在20世纪60~70年 代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为 止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容 量占世界抽水蓄能电站总装机容量55%以上， 其中：美国约占3%，日本超过10%；中国、 韩国和泰国3个国家在建抽水蓄能电站 17.53GW，加上日本的在建量达24.65GW。
Page ▪ 10
✓ 世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德 国建造的 Huntdorf 电站，装机容量为 290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动 超过 7000次，主要用于热备用和平滑负荷。
命长，但随着充放电次数的
比功率，但价格便宜，构造成本低，
增加容量会减少，荷电保持
可靠性好，技术成熟，已广泛用于
能力有待提高，W。
金属污染已被欧盟组织限用。
但其循环寿命短，且在制造过程中
存在一定环境污染。
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
超级电容储能
高能密度电容 储能
电化学储能
铅酸、镍氢、 镍镉、锂离 子、钠硫和 液流等电池 储能
相变储能
冰蓄冷储能
Page ▪ 3
抽水蓄能电站
1
应用： 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
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压缩空气蓄能电站
1
Page ▪ 5
各电池储能系统比较
1
部分 电池 储能 系统 性能 比较
电池 种类 铅酸
镍镉 锂离子
钠硫 全钒液流
功率 上限 数十 MW
几十 MW 几十 kW
十几 MW 数百 kW
比容量/ (Wh/kg) 35~50
75 150~200
150~240 80~130
比功率/ (W/kg)
75~300
循环 寿命/次
500~1 500
超级电容器储能
原理
超导磁储能系统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(ms级)，转换效率高(≥96%)，比容量(1~10 Wh/kg)/比功率(10⁴~10⁵ kW/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
应用
SMES技术相对简单，没有旋转机械部件和动密封 问题。SMES 可以充分满足输配电网电压支撑、功 率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能 力的要求
发展
目前 1~5 MJ/MW 低温SMES装置已形成产品， 100MJ 装置已投入高压输电网运行， 5GWh 装置 已通过可行性分析和技术论证。SMES的发展重点 在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等
Page ▪ 7
原理
根据电化学双电层理论，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。由于电荷层间距极小并采用特殊电极结 构，电极表面积成万倍增加，产生极大的电容量
✓ 近年国外投入运行的8大抽水蓄能电站：
电站
落基山 锡亚比舍 奥清津 Ⅱ
葛野川 拉姆它昆
金谷 神流川 小丸川
国家
美国 伊朗 日本 日本 泰国 德国 日本 日本
装机容量 / MW 760 1 000 600 1 600 1 000 1 060 2 820 1 200
投入年份
1995 1996 1996 1999 2000 2003 2005 2007
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。
飞轮储能
1
原理
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。
智能电网之储能
---杨凤惠
1
目录
1 储能技术的分类 2 储能技术的应用 3 风光储示范工程
Page ▪ 2
储能技术的分类
1
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
超导储能
150~300 200~315
90~230 50~140
2 500 1 000~10
000 2 500 13 000
充放电 效率/% 0~80
0~70 0~95
0~90 0~80
自放电/ (%/月)
2~5
5~20 0~1
-
铅酸电池在高温下寿命缩短，与镍
镍镉等电池效率高、循环寿
镉电池类似，具有较低的比能量和
应用
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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-40~50℃，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。
超导磁储能系统与超级电容器储能
1
超导磁储能系统(SMES)
超级电容器价格较为昂贵，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水平
发展
超级电容器已经历了三代发展，形成电容量 0.5 ~ 1000F、工作电压 12~400V、最大放电流 400 ~ 2000A 系列产品，储能系统最大储能量达到 30MJ。 基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代 产品正在开发中
各电池储能系统的基本特性
1
电力 储能 系统 可利 用的 主要 电池
电池 种类 铅酸
镍镉
镍氢 锂 离子 钠硫
全钒 液流
单体标称 电压/V 2.0 1.0~1.3 1.0~1.3 3.7 2.08
1.4
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反应式
研发机构
主要电池厂家
主要电池厂家
主要电池厂家
主要电池厂家 东京电力公司、NGK、 上海电力公司 VRB、V-Fuel Pty、 住友电工、关西电力、 中国电力科学研究院
钠硫和液流电池被视为新兴的、高效的且 具广阔发展前景的大容量电力储能电池。
环境温度差异等因素的影响，系统 指标往往达不到单体水平，使用寿 命较单体缩短数倍甚至十几倍。
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抽水蓄能电站与压缩空气储能电站
2
抽水蓄能电站
压缩空气储能电站
✓ 日、美、西欧等国家和地区在20世纪60~70年 代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为 止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容 量占世界抽水蓄能电站总装机容量55%以上， 其中：美国约占3%，日本超过10%；中国、 韩国和泰国3个国家在建抽水蓄能电站 17.53GW，加上日本的在建量达24.65GW。
Page ▪ 10
✓ 世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德 国建造的 Huntdorf 电站，装机容量为 290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动 超过 7000次，主要用于热备用和平滑负荷。
命长，但随着充放电次数的
比功率，但价格便宜，构造成本低，
增加容量会减少，荷电保持
可靠性好，技术成熟，已广泛用于
能力有待提高，W。
金属污染已被欧盟组织限用。
但其循环寿命短，且在制造过程中
存在一定环境污染。
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
超级电容储能
高能密度电容 储能
电化学储能
铅酸、镍氢、 镍镉、锂离 子、钠硫和 液流等电池 储能
相变储能
冰蓄冷储能
Page ▪ 3
抽水蓄能电站
1
应用： 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
Page ▪ 4
压缩空气蓄能电站
1
Page ▪ 5
各电池储能系统比较
1
部分 电池 储能 系统 性能 比较
电池 种类 铅酸
镍镉 锂离子
钠硫 全钒液流
功率 上限 数十 MW
几十 MW 几十 kW
十几 MW 数百 kW
比容量/ (Wh/kg) 35~50
75 150~200
150~240 80~130
比功率/ (W/kg)
75~300
循环 寿命/次
500~1 500
超级电容器储能
原理
超导磁储能系统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(ms级)，转换效率高(≥96%)，比容量(1~10 Wh/kg)/比功率(10⁴~10⁵ kW/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
应用
SMES技术相对简单，没有旋转机械部件和动密封 问题。SMES 可以充分满足输配电网电压支撑、功 率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能 力的要求
发展
目前 1~5 MJ/MW 低温SMES装置已形成产品， 100MJ 装置已投入高压输电网运行， 5GWh 装置 已通过可行性分析和技术论证。SMES的发展重点 在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等
Page ▪ 7
原理
根据电化学双电层理论，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。由于电荷层间距极小并采用特殊电极结 构，电极表面积成万倍增加，产生极大的电容量
✓ 近年国外投入运行的8大抽水蓄能电站：
电站
落基山 锡亚比舍 奥清津 Ⅱ
葛野川 拉姆它昆
金谷 神流川 小丸川
国家
美国 伊朗 日本 日本 泰国 德国 日本 日本
装机容量 / MW 760 1 000 600 1 600 1 000 1 060 2 820 1 200
投入年份
1995 1996 1996 1999 2000 2003 2005 2007
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。
飞轮储能
1
原理
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。
智能电网之储能
---杨凤惠
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目录
1 储能技术的分类 2 储能技术的应用 3 风光储示范工程
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储能技术的分类
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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
超导储能
150~300 200~315
90~230 50~140
2 500 1 000~10
000 2 500 13 000
充放电 效率/% 0~80
0~70 0~95
0~90 0~80
自放电/ (%/月)
2~5
5~20 0~1
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铅酸电池在高温下寿命缩短，与镍
镍镉等电池效率高、循环寿
镉电池类似，具有较低的比能量和
应用
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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-40~50℃，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。
超导磁储能系统与超级电容器储能
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超导磁储能系统(SMES)