太阳能光伏发电系统中储能技术研究与应用.pptx

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1、 太阳能光伏发电系统中储能技术研究与应用目录 储能概述1 234 各种储能技术5 储能案例储能技术综合比较化学储能系统结构储能概述什么是电能的存储什么是电能的存储机械储能化学储能电磁储能为什么要进行电能储存为什么要进行电能储存用电峰谷差逐渐增大电网稳定性要求越来越高电能质量要求越来越高可再生能源大规模并网未来智能电网的建设提高设备利用率增加电网稳定性改善电能质量可再生能源功率平滑储能电能储存的作用电能储存的作用1.削峰填谷2.备用电源3.电网调频4.无功补偿5.可再生能源的功率平滑输出6.改善电能质量储能系统的应用储能系统的应用各种储能技术 机械储能：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能 化学储能

2、：铅酸电池、液流电池、钠流电池、锂离子电池 电磁储能：超导储能、超级电容器储能储能方式储能方式机械储能抽水蓄能机械储能抽水蓄能 广泛采用的大规模、集中式储能手段。利用自然界里数量最大的液体水的势能进行储能。需要配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段 负荷低谷时段，抽水蓄能设备工作在电动机状态 电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存；在负荷高峰时段 负荷高峰时段，工作在发电机状态 发电机状态，利用储存在上游水库中的发电。机械储能抽水蓄能机械储能抽水蓄能优点：优点：技术上成熟可靠，容量可以做的很大。缺点：缺点：建造受地理条件限制，需合适落差的高低水库，远离负荷中心；抽水和发电中有相当数量的能量被

3、损失，储能密度较差；建设周期长，投资大。机械储能抽水蓄能机械储能抽水蓄能机械储能压缩空气储能机械储能压缩空气储能 两 两个循环构成其储能过程：一是 个循环构成其储能过程：一是充气压缩循环 充气压缩循环；二是；二是排气膨胀 排气膨胀循环 循环。压缩时，双馈电机做 压缩时，双馈电机做电动机 电动机工作，工作，利用负荷低谷时 利用负荷低谷时的多余电力 的多余电力驱动压缩机，将高压空气压入地下储气洞 驱动压缩机，将高压空气压入地下储气洞；在负荷高峰时；在负荷高峰时，双馈电，双馈电机做 机做发电机 发电机工作，储存压缩空气先经过回热器预热，再使用燃料在 工作，储存压缩空气先经过回热器预热，再使用燃料在燃

4、烧室内燃烧，进入膨胀系统中做工（如驱动燃汽轮机）发电 燃烧室内燃烧，进入膨胀系统中做工（如驱动燃汽轮机）发电。世界上第一个商业化电站为1978年在德国建造，装机容量为 290 MW，换能效率77%。机械储能压缩空气储能机械储能压缩空气储能机械储能飞轮储能机械储能飞轮储能 将 将能量以动能形式储存在高速旋转的飞轮中。由高强度 能量以动能形式储存在高速旋转的飞轮中。由高强度合金和复合材料的转子、高速轴承、双馈电机，电力转换器和 合金和复合材料的转子、高速轴承、双馈电机，电力转换器和真空安全罩组成。真空安全罩组成。电能驱动飞轮高速旋转，电能变飞轮动能储存，需要时，电能驱动飞轮高速旋转，电能变飞轮动能

5、储存，需要时，飞轮减速，电动机做发电机运行，飞轮的加速和减速实现了充 飞轮减速，电动机做发电机运行，飞轮的加速和减速实现了充电和放电。电和放电。1999 年欧洲Urenc Power公司利用高强度碳纤维和玻璃纤维复合材料制作飞轮，转速为42000 rad/min，2001年1月系统投入运行，充当UPS，储能量达到18 MJ。机械储能飞轮储能机械储能飞轮储能特点：特点：储能密度高、充放电速度快、效率高、寿命长、无污染、应 储能密度高、充放电速度快、效率高、寿命长、无污染、应用范围广、适应性强等特点。用范围广、适应性强等特点。国内相关单位：清华大学工程物理系飞轮储能实验室、华科 国内相关单位：清华

6、大学工程物理系飞轮储能实验室、华科大 大、华北电大、中科院电工所。、华北电大、中科院电工所。2009 2009年 年8 8月 月5 5日，国内最先进和可 日，国内最先进和可靠的两台 靠的两台250kVA 250kVA移动式飞轮发电车落户北京电力公司，执行供电 移动式飞轮发电车落户北京电力公司，执行供电保障和应急供电任务 保障和应急供电任务。机械储能飞轮储能机械储能飞轮储能化学储能铅酸电池化学储能铅酸电池 它是以 它是以二氧化铅和 二氧化铅和海绵状金属铅分别为正、负极活性物质，硫 海绵状金属铅分别为正、负极活性物质，硫酸溶液为电解质的一种 酸溶液为电解质的一种蓄电池。蓄电池。化学储能铅酸电池化学

7、储能铅酸电池构成铅蓄电池之主要成份如下：l 阳极板(二氧化铅.PbO2)-活性物质 l 阴极板(海绵状铅.Pb)-活性物质l 电解液(稀硫酸)-硫酸(H2SO4)+水(H2O)l 电池外壳 l 隔离板 l 其它(液口栓.盖子等)化学储能铅酸电池化学储能铅酸电池铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生 2V 的电力。放电的状态，阴阳极及电解液即会发生如下变化：(阳极)(电解液)(阴极)PbO2+2H2SO4+Pb-PbSO4+2H2O+PbSO4(二氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物

8、硫酸铅。充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：(阳极)(电解液)(阴极)PbSO4+2H2O+PbSO4-PbO2+2H2SO4+Pb(硫酸铅)(水)(硫酸铅)化学储能铅酸电池化学储能铅酸电池优点：优点：自放电小，自放电小，25 25下自放电率小于 下自放电率小于2%/2%/月；结构紧凑，密封好，月；结构紧凑，密封好，抗振动，大电流性能好；工作温度范围宽，抗振动，大电流性能好；工作温度范围宽，-40-40 50 50；价格低；价格低廉；制造维护成本低；无记忆效应。廉；制造维护成本低；无记忆效应。目前广泛应用于 目前广泛应用于UPS UPS后备电源，独立光伏发电系统等。后备电源，独立光伏发电

9、系统等。化学化学储能储能钠硫电池钠硫电池 钠硫电池是美国福特（Ford）公司于1967年首先发明公布的。钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作温度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。基本的电池反应是：2N a+xS=Na2Sx 优点：优点：钠硫电池的理论比能量高达 钠硫电池的理论比能量高达760Wh 760Wh kg kg，且没有自放电现象。放，且没有自放电现象。放电效率几乎可达 电效率几乎可达100 100。单体电池最大容量达到 单体电池最大容量达到650Ah 650Ah，将多个单体电池组合后形成模块，将多个单体

10、电池组合后形成模块，模块的功率通常为数十 模块的功率通常为数十kW kW，可直接用于储能。，可直接用于储能。钠硫电池在国外已是发展相对成熟的储能电池。其寿命可以达 钠硫电池在国外已是发展相对成熟的储能电池。其寿命可以达到使用 到使用10 10 15 15年。年。缺点：工作高温300-350C。化学化学储能储能钠硫电池钠硫电池 全钒氧化还原液流电池（全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Battery Vanadium Redox Battery，VRB VRB）的原）的原理最早在 理最早在1984 1984年，由新南威尔士大学的 年，由新南威尔士大学的Maria Skyllas-

11、Kazacos Maria Skyllas-Kazacos等研 等研究人员提出，之后经技术转让和发展，在澳大利亚、日本和加拿大得 究人员提出，之后经技术转让和发展，在澳大利亚、日本和加拿大得到深入研究。加拿大的 到深入研究。加拿大的VRB Power Systems VRB Power Systems公司和日本住友电工研发 公司和日本住友电工研发的全钒液流电池技术进入实用化阶段。的全钒液流电池技术进入实用化阶段。2009 2009年 年1 1月，普能公司实现对 月，普能公司实现对加拿大 加拿大VRB Power Systems VRB Power Systems公司的资产收购。公司的资产收购。

12、化学化学储能储能全钒液流全钒液流电池电池 钒电池的电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液 钒电池的电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在 中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电 不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双 池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

13、电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。化学化学储能储能全钒液流全钒液流电池电池化学化学储能储能全钒液流全钒液流电池电池特点：特点：适合于固定式大规模储能，相比于目前常用的铅酸蓄电池、镍 适合于固定式大规模储能，相比于目前常用的铅酸蓄电池、镍镉电池等二次蓄电池，具有功率和储能容量可独立设计（储能介质 镉电池等二次蓄电池，具有功率和储能容量可独立设计（储能介质存储在外部容器）、效率高、寿命长、可深度放电、环境友好等优 存储在外部容器）、效率高、寿命长、可深度放电、环境友好等优点，是规模储能技术的首选技术之一。点，是规模储能技术的首选技术之一。化学化学储能储能全钒液流全钒液流

14、电池电池化学化学储能储能锂离子电池锂离子电池 锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。化学化学储能储能锂离子电池锂离子电池优点：优点：具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污 具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染等优点 染等优点，循环寿命长，循环寿命长,单体电池循环次数达到 单体电池循环次数达到2000 2000次以上；次以上；缺点：缺点：锂离子电池主要的

15、问题是在过充电和过放电状态电池会发生 锂离子电池主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发生爆炸，手机电池都是使用的单体电池，再经过良好的保护电路来配 爆炸，手机电池都是使用的单体电池，再经过良好的保护电路来配合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。电磁储能超导储能电磁储能超导储能 超导 超导磁 磁储能 储能(superconducting magnetic energy storage(superconducting magnetic energy storage，SMES)SMES)是利用超导线圈将电能以电磁能的形式储存起来，在需要是，是利用超导线圈将电能以电

16、磁能的形式储存起来，在需要是，又将电能返还给电网或者负载的储能装置，一般由超导线圈、低温 又将电能返还给电网或者负载的储能装置，一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统部件组成。容器、制冷装置、变流装置和测控系统部件组成。特点：特点：响应速度快 响应速度快 转换效率高 转换效率高 功率密度高 功率密度高 系统可以做到很大功率 系统可以做到很大功率电磁储能超导储能电磁储能超导储能电磁储能电磁储能超级超级电容电容 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样

17、具 电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力，单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超 有较大电荷储存能力，单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。容量配置灵活、环境友好免维护等优点。储能技术综合比较各种储能技术特点总结各种储能技术特点总结储能类型 典型额定功率 额定容量 特点 应用场合机械储能抽水储能1002000MW 410 小时适用于大规模，技术成熟。响应慢，需要地理资源调峰，频率控制和系统备

18、用压缩空气10300MW 120 小时适用于大规模。响应慢，需要地理资源。调峰、调频、系统备用、风电储备飞轮储能5Kw10MW 1秒30 分钟比功率较大。成本高，噪音大。调峰、频率控制、UPS 和电能质量电磁储能超导储能10Kw50MW 2秒5 分响应快，比功率高。成本高，维护困难。输配电稳定、抑制振荡超级电容10kW1MW 130 秒响应快，比功率高。成本高、比能量低。电能质量调节、输电系统稳定各种储能技术特点总结各种储能技术特点总结储能类型 典型额定功率 额定容量 特点 应用场合电化学储能铅酸电池kW50MW 分钟 小时技术成熟，成本低。寿命短，环保问题。电能质量、电站备用、黑启动、UPS

19、液流电池5kW100MW 120 小时寿命长，可深放，效率高，环保性好。但能量密度稍低电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能钠硫电池100kW100MW数小时 比能量和比功率较高。高温条件、运行安全问题有待改进。电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能锂离子电池kWMW 分钟 小时比能量高。成组寿命、安全问题有待改进。电能质量、备用电源、电动汽车、可再生储能各种储能技术特点总结各种储能技术特点总结 根据各种储能技术的特点，抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储 根据各种储能技术的特点，抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源接入等大规模

20、、大容量 能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源接入等大规模、大容量的应用场合，而超导、飞轮及超级电容器储能适合于需要提供短时较大 的应用场合，而超导、飞轮及超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等 抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等。化学储能将是未来光伏电站储能应用的重要方向化学储能将是未来光伏电站储能应用的重要方向！化学储能系统结构光伏发电结合储能技术光伏发电结合储能技术光伏发电 输配电用电储能电池堆高压开关柜电网电池堆电池堆

21、电池堆变流器变流器变流器变流器低压开关柜升压变化学储能系统结构化学储能系统结构BMS BMSBMSBMS储能案例国家风光储输示范工程国家风光储输示范工程（一期一期）n 规模：风力发电500MW，光伏发电100MW，储能系统70 110MW。一期工程拟建设风力发电100MW、光伏发电40MW 和储能系统20MW。n 功能：平滑风光功率输出、跟踪计划发电、削峰填谷、参与系统调频n 建设时间：2011 年系统拓扑:国家风光储输示范工程国家风光储输示范工程（一期一期）n 规模：设计规模为10MW 4hn 功能：配电网测的削峰填谷n 建设时间：2010 年南网深圳宝清储能电站南网深圳宝清储能电站系统拓扑：南网深圳宝清储能电站南网深圳宝清储能电站Thank you!