新能源-电力储能专题剖析知识讲解
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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
随着对飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转化系 统的深入研究，高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、 大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承 技术极大地促进了储能飞轮的发展。磁浮轴承的应 用、飞轮的大型化以及高速旋转化合轴承载荷密度 的进一步提高，将使飞轮储能的应用更加广泛。
超导磁储能系统与超级电容器储能
✓ 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。
✓ 在美国，McIntosh 电站装机容量为 100 MW， Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调 峰；2005年由 Ridge 和 EI Paso 能源公司在 Texas 开始建造 Markham 电站，容量为 540 MW。
展
降低成本。随着分布式能量系统的发展
方
以及减小储气库容积和提高储气压力至
向
10~14 MPa 的需要，8~12 MW 微型 压缩空气蓄能系统（micro-CAES）已成
为人们关注的热点。
抽水蓄能与压缩空气储能电站的应用
抽水蓄能电站wenku.baidu.com
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。
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
上水库有无天然径流汇入
机组向高水头、高转速、大容量方向发
纯抽水 蓄能电站
混合抽水 蓄能电站
调水式抽水 蓄能电站
按一定容量建设，储存能量的释放时间可以
超导磁储能系统(SMES)
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
✓ 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
发
展，今后的重点将立足于对振动、空蚀、
展
变形、止水和磁特性的研究，着眼于运 行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大
方
和供电质量要求较高的情况下使用连续
向
调速机组，实现自动频率控制。
从几小时到几天，综合效率在70%~85%之间
压缩空气蓄能电站
原理 应用
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。
✓ 在日本，1998年施工建设北海道三井砂川矿 坑储气库，2001年 CAES 运行，输出功率 2MW。
✓ 在瑞士，ABB 公司正在开发大容量联合循环 CAES 电站，输出功率 442MW，运行时间为 8h，贮气空洞采用水封方式。
✓ 此外，俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色 列等国也在长期致力于 CAES 的开发。
✓ 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。
100 MW 级燃气轮机技术成熟，利用渠
氏超导热管技术可使系统换能效率达到
发
90%。大容量化和复合发电化将进一步
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。
✓ 在燃气轮机发电过程中，燃料的 2/3 用于空气压缩，其燃料消耗可以减少 1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机 少 40%，同时可以降低投资费用、减 少排放。
飞轮储能
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。
应用
发展 方向
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。
新能源-电力储能专题剖析
大规模储能蓄电的作用
用于调节可再生能源发电系统供电的连续性和稳定性 用于电网的“削峰填谷” 用于用电大户的“谷电”蓄电 用于重要部门和重要设施的应急电源及备用电源 用于“非并网”风电直接利用中的调节电源
→『电力储能系统应用举例』
抽水蓄能电站
原理
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
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
随着对飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转化系 统的深入研究，高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、 大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承 技术极大地促进了储能飞轮的发展。磁浮轴承的应 用、飞轮的大型化以及高速旋转化合轴承载荷密度 的进一步提高，将使飞轮储能的应用更加广泛。
超导磁储能系统与超级电容器储能
✓ 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。
✓ 在美国，McIntosh 电站装机容量为 100 MW， Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调 峰；2005年由 Ridge 和 EI Paso 能源公司在 Texas 开始建造 Markham 电站，容量为 540 MW。
展
降低成本。随着分布式能量系统的发展
方
以及减小储气库容积和提高储气压力至
向
10~14 MPa 的需要，8~12 MW 微型 压缩空气蓄能系统（micro-CAES）已成
为人们关注的热点。
抽水蓄能与压缩空气储能电站的应用
抽水蓄能电站wenku.baidu.com
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。
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
上水库有无天然径流汇入
机组向高水头、高转速、大容量方向发
纯抽水 蓄能电站
混合抽水 蓄能电站
调水式抽水 蓄能电站
按一定容量建设，储存能量的释放时间可以
超导磁储能系统(SMES)
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
✓ 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
发
展，今后的重点将立足于对振动、空蚀、
展
变形、止水和磁特性的研究，着眼于运 行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大
方
和供电质量要求较高的情况下使用连续
向
调速机组，实现自动频率控制。
从几小时到几天，综合效率在70%~85%之间
压缩空气蓄能电站
原理 应用
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。
✓ 在日本，1998年施工建设北海道三井砂川矿 坑储气库，2001年 CAES 运行，输出功率 2MW。
✓ 在瑞士，ABB 公司正在开发大容量联合循环 CAES 电站，输出功率 442MW，运行时间为 8h，贮气空洞采用水封方式。
✓ 此外，俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色 列等国也在长期致力于 CAES 的开发。
✓ 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。
100 MW 级燃气轮机技术成熟，利用渠
氏超导热管技术可使系统换能效率达到
发
90%。大容量化和复合发电化将进一步
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。
✓ 在燃气轮机发电过程中，燃料的 2/3 用于空气压缩，其燃料消耗可以减少 1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机 少 40%，同时可以降低投资费用、减 少排放。
飞轮储能
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。
应用
发展 方向
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。
新能源-电力储能专题剖析
大规模储能蓄电的作用
用于调节可再生能源发电系统供电的连续性和稳定性 用于电网的“削峰填谷” 用于用电大户的“谷电”蓄电 用于重要部门和重要设施的应急电源及备用电源 用于“非并网”风电直接利用中的调节电源
→『电力储能系统应用举例』
抽水蓄能电站
原理
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