储能技术在分布式发电系统中的应用

储能技术在分布式发电系统中的应用
储能技术在分布式发电系统中的应用

Techniques of Energy Storage for Use in Distributed

Generation Systems

Gang Zhang, Jian Xun Jin, Bing Feng Wang, and Yi Bing Shi

Center of Applied Superconductivity and Electrical Engineering

School of Automation Engineering

University of Electronic Science and Technology of China, ChengDu, China

zhanggang@https://www.360docs.net/doc/7015906525.html,

A BSTRACT

Energy storage technology is one of the effective methods to ensure the quality of the electrical power supply and the effective operation of distributed generation. In this paper, several main energy storage technologies are presented with regard to their operation theories, structures, performances and present development. These technologies include battery energy storage, ultra-capacitors energy storage, superconducting magnetic energy storage, and flywheel energy storage.

1. I NTRODUCTION

With economic development, electric load increases rapidly. A multitude of environment concerns are enhanced, therefore various energy sources are gradually utilized, such as wind power, solar energy, tide energy and hydrogen generation. Distributed generation is expected to play an important role in the future with growth in electric load, enhancing the economical efficiency and protection of the environment. The quality and safety of power supply must be guaranteed with the growth in load. The energy storage technology is one of the effective methods to ensure the quality of the power supply. Energy storage makes a distributed generator running more stable, even in the situation of large load fluctuation, and makes distributed generation units more flexible which can be dispatched from electric grid. The present studied storage technologies mainly include battery, ultra-capacitors, flywheel and superconducting magnetic energy storage, which are all paid great attention and developed rapidly.

This paper presents these energy storage systems having different operation theories and structures, and will be concluded with the benefits from their different performance and present development.

2. E NERGY S TORAGE T ECHNIQUES FOR

T RANSMISSION AND D ISTRIBUTION

A PPLICATION

Load shedding or generator dropping when power system disturbances occur can be avoided, if high-speed real or reactive power control is available. High speed reactive power control is usually possible through the use of flexible ac transmission system (FACTS) devices. However, the superior solution is synchronously to rapidly vary real power using energy storage systems without impacting the system. This is where energy storage technology can play a very important role in maintaining system reliability and power quality [1]. The configuration of an integrated energy storage system in

FACTS is shown in Figure 1.

Figure 1: Integration of energy storage system

into FACTS

Electrical energy in an ac system cannot be stored electrically. However, it can be stored by converting the ac electricity and storing it electromagnetically, electrochemically, kinetically, or as potential energy. Each energy storage system usually includes a power conversion unit to convert the energy from one form to another [2].

2.1. B ATTERY E NERGY S TORAGE S YSTEM (BESS) Batteries, having energy stored electrochemically, are one of the most cost-effective energy storage technologies currently available. A battery system is composed of a set of low-voltage/power battery modules connected in series or parallel to achieve a desired electrical characteristic. BESS is especially suitable for use in a power system with fast response dynamic characteristics. This has been one of the most valued technologies in the short term energy storage and widely applied in small distributed generation. Most battery technologies are optimized for either power or energy, but not both. Furthermore, batteries that are designed for high power often cannot provide the repeated charge/discharge cycles that are required in many energy storage applications. There are many types of BESS actively under development.

2.1.1 L EAD-ACID BATTERIES

Although with low energy density and limited cycle life, lead-acid batteries are most widely utilized as a mature technology. Lead-acid batteries possess some typical merits of inexpensive, abundant raw material, and being produced in the large capacities. They especially suit for photovoltaic generation and are favoured in mobile and stand-by applications. High-power lead-acid batteries as automotive ones have reached a point where these products are highly reliable in normal use and lives of 4-

5 years are quite normal. Lead-acid batteries have a fundamental problem that thin plates are required to optimize their high-power capability, but thinner plates have shorter operating lives [3]. And they will pollute environment after scrapped.

2.1.2 N ICKEL-CADMIUM

Nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries can be optimized for both high power and long life, because these batteries do not show any degradation of their internal hardware over time and their operating lives are independent of plate thickness. Ni-Cd batteries provide very long lives, and are typically quite resistant to abuse. Although Ni-Cd batteries are considerably more expensive per watt-hour than lead-acid, for high power applications they are often less expensive on a life cycle costing basis, particularly where long operating life is beneficial [3]. This technology is mainly used in small scale applications such as mobile telephones and portable laptop computers. Ni-Cd batteries prefer fast charge to slow charge and pulse charge to DC charge [4]. They allow recharging at low temperatures. In fact, Ni-Cd batteries are the only battery types that perform well under rigorous working conditions. They have long shelf life of five years storage. Ni-Cd batteries have some limitations: they have a moderate energy density, require periodic full discharges to prevent memory, otherwise, will gradually lose their performance, and contain toxic metals.

2.1.3 N ICKEL M ETAL H YDRIDE

Nickel Metal Hydride (Ni-MH) batteries have higher energy density and less memory compared with Ni-Cd and only mild toxins. High specific capacity of Ni-MH batteries has close relation with their self discharge and cycle life. Along with increase of high specific capacity, high capability of discharge and charge, retaining charge and cycle life all fall [5]. Most of developments are proceeding for telecom and satellite applications. Ni-MH cells connected in series can also provide a high voltage of 150V for hybrid vehicles. Ni-MH is less durable than Ni-Cd, cycling under heavy load and storage at high temperature reduces the service life, and the performance starts to deteriorate after 200-300 cycles if repeatedly deeply cycled [4]. Ni-MH suffers from high self-discharge, which is 50% higher than that of Ni-Cd. It is short storage of three years. Ni-MH is regarded as an interim step to lithium-ion.

2.1.4 L ITHIUM ION BATTERIES

Lithium ion batteries are the newest types which promise very high energy density, high operating voltage,good cycling capability and long life in stationary applications. The positive of lithium ion batteries is LiCoO2, and negative is carbon material. It charges and discharges through lithium ion of positive ingoing and outgoing negative. The self-discharge of lithium ion batteries is less than half that of nickel-based batteries, and no periodic discharge is needed because of no memory.The battery contains no toxic substances, does not cause explosion and is not prone to combustion. Limited discharge current of less than 2C, the need for safety circuits and aging (especially in high ambient temperatures) are negative attributes of this battery. Manufacturers recommend storage temperatures of 5-40°C. In addition, the battery should be partially or fully charged during storage.

L ithium ion batteries are limited in applications of bulk energy storage due to cost. The manufacture cost is about 40 percent higher than nickel-cadmium because that Co resources are scarce then LiCoO2 is expensive. However, it is quite likely that megawatt-level lithium ion batteries will emerge in the applications for high power and short duration discharges in the future. At present, the lithium ion battery of 10,000Ah has been commercialized. For example, Thunder Sky Co. provides the lithium ion battery which nominal capacity is 10,000Ah, nominal voltage 3.6V, and weight 350kg [6]. In addition, lithium ion batteries applied as 100kW uninterrupted power supply (UPS) and 14kW peak backup are in the status of testing.

2.1.5 C OMMERICAL D EMOND I N F UTURE

Figure 2 expresses the demand for various batteries in past and future [7]. Because of low cost and dependable service, lead-acid is the most commonly used secondary battery at all times, and will hold a steady increase through to the year 2012. Improvements in energy density and charging characteristic are still an active research area. Lithium-ion is the fastest growing and most promising battery of today. They may start to take over some lead-acid applications along with the price reduced and the service life prolonged as it is absolutely superior to lead-acid in performances. Ni-Cd will be replaced with Ni-MH. In fact, Ni-Cd is preferred over Ni-MH for its high durability and reliable service, but some countries will ban its use by 2006 for environmental reasons. It is worth for Ni-MH to improve

in capacity and durable grade.

Figure 2: Demand for batteries

2.2 U LTRA-C APACITORS

Ultra-capacitors, also know as super-capacitors, differ from conventional capacitors as well as batteries. Ultra-capacitors, consisting of two symmetric electrodes and an ionic electrolyte, accumulate and deliver energy

through the absorption-desorption of electrolyte ions in the positive and negative plates and electrochemical process with electric charge transfer. For the superior ultra-capacitors performance, the ions sizes and pore sizes where the sorption process takes place, should be matched so that the pores in negative electrode are good recipients for cations and the pores in positive electrode are good recipients for anions [10]. There are three types of electrode materials suitable for ultra-capacitors, which are: high surface area activated carbons, metal oxide and conducting polymers. Figure 3 shows the capacitors

structure.

Figure 3: The ultra-capacitors structure

Ultra-capacitors have high energy storage capability due to increasing the area of the plates, increasing the permittivity, and decreasing the distance between the plates through the use of a porous electrolyte. The energy stored on the capacitor is shown in Equation (1),

21

;2

A

E CV C d

ε=

=

(1) where C is the capacitance, V is the voltage between the plates, ε is the permittivity of the dielectric, A is the area of the plates, and d is the distance between the plates. Large capacitance exhibited was demonstrated to arise from a combination of the double-layer capacitance and pseudo-capacitance associated with surface redox-type reactions. The large capacitance of ultra-capacitors mainly arises from pseudo-capacitance function [8]. Ultra-capacitors exhibit up to 1,000 times greater capacitance than conventional capacitors.

Ultra-capacitors have the advantages of high power density (over 18kW/kg), fast charge and discharge in seconds, long life (over ten years), compact structure, and low maintenance. Unlike batteries, ultra-capacitors can be cycled virtually an unlimited number of times, and without danger of overcharge or memory. Aging does not affect ultra-capacitors much. On the other hand, ultra-capacitors have some limitations. The gravimetric energy density of ultra-capacitors is low, only 1 to 10Wh/kg. This energy density is high in comparison to a regular capacitor but reflects only one-tenth that of Ni-MH batteries. The self-discharge is considerably higher

than that of batteries. Ultra-capacitors are unable to deliver the full electric charge, because that the voltage of ultra-capacitors is linear and drops evenly from full voltage to zero. Using a DC-to-DC converter could make full electric charge being delivered, which would just add costs and introduce a 10 to 15 percent efficient loss [9]. Ultra-capacitors have low voltage, but then higher voltage can be obtained by serial connection of ultra-capacitors. If more than three capacitors are connected in series, voltage balancing is required to prevent any cell from reaching over-voltage.

Rather than operate as a main battery, ultra-capacitors are most applicable for high peak-power and low-energy situations. They perform the tasks such as reactive power compensation, current harmonic reduction, load unbalance compensation, and smoothing of pulsating loads. So ultra-capacitors have high potential to be used in distributed generation. Moreover, a new energy source by combining ultra-capacitors with batteries in parallel is being paid attention to. Because ultra-capacitors can supply a large burst of current, but cannot store much energy, conversely, batteries can store mass amounts of energy without expensive and inefficient units, however, cannot provide the current that the ultra-capacitor can. The storage and peak current characteristics desired can be achieved by the means.

Ultra-capacitors have sufficient potential in improving energy density and reducing cost. High specific capacitance electrode materials, especially low price carbon and metal oxide, are studied further. At present, the ultra-capacitors of 4,500F, made of SkeletonC carbon electrode and AN-electrolyte, have been developed by SkeletonC Nanolabtory, which energy storage is 16.4kJ, specific energy 9.2Wh/kg, rated voltage 2.7V, rated current 800A, series resistance 0.2m ?, power at rated current 3.0kW/L, and power matched impedance 18.4kW/L [10]. High energy ultra-capacitors, which rated power is in kW~MW and discharge duration is several hours as energy management, is under research and development.

2.3

S UPERCONDUCTING M AGNETIC E NERGY

S TORAGE (SMES)

It was not until the 1970s that SMES was first proposed as an energy storage technology for power systems. Most of the conceptual work on SMES up to the late 1980s was for the large-scale energy storage application. SMES stores energy in the form of dc electricity that is the source of a dc magnetic field. SMES devices contain three major components: a superconducting magnet (i.e. a superconducting coil) and its cryogenic enclosure, a refrigeration system to maintain the magnet at a cryogenic temperature, and an interface between the direct current in the magnet and the ac power grid. Figure 4 shows the components of SMES systems. The inductively stored energy (E ) and power (P ) of SMES devices can be expressed as following Equation (2), 21;2

dE dI E LI P LI VI dt dt

=

=

== (2)

where L

is the inductance of the coil, I is the dc current flowing through the coil, and V is the voltage across the coil. Since energy is stored as circulating current, energy can be drawn from a SMES unit with almost instantaneous response with energy stored or delivered over periods ranging from a fraction of a second to several hours. Moreover, due to inductance of superconductor and no resistance loss, the current in a closed inductor does not disappear for a long cycle. SMES systems have some typical characteristics: fast response (milliwatts/millisecond) and high efficiency (charge-discharge efficiency over 95%), long life, high reliability, no limitation of ground, and no environment pollution. SMES systems can be used for large power or efficient energy management due to the capacity of their stored energy and power condition can be independently maintained in a wide range. The disadvantages are high cost, and the need for maintenance of the refrigeration system.

Strong electromagnetic force caused by high magnetic fields and coil current is a serious problem in SMES systems. In facing this problem, the concept of the Force-Balanced Coil (FBC) has been proposed which is a helically wound toroidal coil applied to SMES [11]. The FBS on the Virial limit line can minimize the structure requirement and reduce the mass of the structure to a quarter of that in the toroidal field coil case and 1/4~1/2 of that in the solenoid case. It is the most effective coil configuration for large scale SMES systems. The shapes of these coils are shown in Figure 5. SMES system applications have been considered for 1) load levelling; 2) frequency support (spinning reserve) during loss of generation; 3) enhancing transient and dynamic stability; 4) dynamic voltage support (VAR compensation); 5) improving power quality; and 6) increasing transmission line capacity, thus enhancing overall reliability of power systems [2,12].

Figure 5: The shapes of superconductor coils. a: Force-Balanced Coil, b: toroidal field coil, c: solenoid coil

SMES, made of low temperature superconductors working at liquid helium temperature and used in limited range, is extremely expensive. The advent of high temperature superconductors (HTS) which are superconducting at liquid nitrogen temperature (77K) greatly promotes the various applications of superconductors. HTS winding has been made from BSCCO (Bi-2223) tape and used for electrical applications [13-14]. Although the production of the next generation HTS wire, Ni-based YBCO tape, is not easy manufactured at present, the YBCO tape has high utility and becomes convenient for a batch production. Potential development of practicable SMES will be based on HTS.

In many storage methods, the SMES is fairly suitable for huge energy storage, however the cost of the AC/DC converter is also expensive [11]. Further development continues in power conversion systems and control schemes. Evaluation of design and cost factors is analysed for various SMES system applications. Presently, middle and small size SMES are more prospective in applications than large one.

2.4 F LYWHEEL E NERGY S TORAGE

FES is an electromechanical storage mode using the kinetic energy of a rotating mass. The typical system consists of three parts: a flywheel containing a rotor with a bearing, a motor/generator and a set of power converters. Figure 6 shows the components of FES systems. The motor/generator converts energy between electrical and mechanical forms. Stored energy depends on the moment of inertia of the rotor (I ) and the square of the rotational velocity of the flywheel (ω), and the moment of inertia depends on the radius (r ), mass (m ), and height (h ) of the rotor, as shown in Equation (3).

2

;

2

122

mh r I I E ==ω (3)

During charge, an electric current which is converted by power electronics converters flows through the motor and accelerates flywheel rotating. During discharge, the generator produces current which is converted by power electronics and sent to power grid decelerating the flywheel.

FES has merits in energy storage such as high conversion efficiency, long life, no pollution, short

Figure 4: Components of SMES systems

period of construction, and little maintenance. It is fairly competitive for the application in distribution generation. FES has been considered for several power system applications, including power quality application as well as peak shaving and stability enhancement. There are instances of FES in wind-power generation systems

[3,11].

Figure 6: Components of flywheel energy storage

devices

Before the 1980s, the FES technology developed slowly because of many unsolvable problems such as the driving of high speed flywheel, the high efficient energy converting, the friction of flywheel bearing, and the loss of wind resistance. With the developments of modern power electronics and high temperature superconducting magnetic bearing and the discovery of new high intensity materials (e.g. carbon-fibre and fibreglass), the FES technology is quickly growing and coming into utility.

Developers have explored monolithic metallic rotors for low-speed operation and low density, and high strength resin/carbon-fibre composite rotors that operate at very high speeds [15]. The flywheel and motor/generator operate in vacuum vessels to reduce air resistance and increase efficiency. Using superconducting magnetic bearings (SMBs) greatly reduce friction of the operation and increase life-span. The SMBs are composed of a ring-shaped superconductor and some permanent magnets. The rotor-flywheel is sandwiched between two disc-type stators, and a combination of active and passive magnet bearings allows the rotor-flywheel to spin and remains in magnetic levitation [16]. Thus, the efficiency of FES is up to 95%. Some countries?such as America, Japan, Germany, are developing high temperature superconducting magnetic bearing for high-velocity FES system. At the same time, a high tensile strength and low density material of rotor is further researched for increasing the energy storage capabilities, because the tensile strength and the density of the material are the factor that limits the energy storage capability of a flywheel.

2.5 O THER T ECHNOLOGIES

Some other large-scale energy storage technologies have been considered and applied for a scale for utility applications, including underground thermal, pumped hydro and compress air energy storage. They can be stored energy even to smooth out annual fluctuations with low energy losses. However, they can only be built in suited areas due to depending on geological formations and must be implemented as large systems. 3. C OMPARING

As these energy storage technologies have different performances and applications, none of them are optimal for all purpose. Some of the key properties of the storage technologies are compared in Table 1.

Table 1: Some key properties of different storage

Batteries are low capital cost of manufacture and short lifetime. Ultra-capacitors have high power density and low energy density. On the contrary, flywheel has moderate power density and high energy density. SMES technology possessed high energy density as well as power density. The different properties determine different applications of the energy storage technologies. Ultra-capacitors, SMES and Flywheel are superior to batteries, high efficiency, longer lifetime, unlimited cycle times, low maintenance, and little environment hazard. They are considered as only three energy storage technologies meeting the energy storage criteria in solar space power by Texas Space Grant Consortium. If batteries are stored the order of MWh energy, they are more expensive than other three energy storage technologies. In general, among the factors affecting the future potential of energy systems are the fundamental properties and nature of the storage systems, and also the type of materials used. If an energy storage technology will obtain broad applications, its cost must be reduced along with the improvement of property.

4. C ONCLUSIONS

The combination of distributed generation and energy storage improves the energy efficiency. With wide applications of distributed generation, various energy storage technologies will be more widely applied. Among these storage technologies, ultra-capacitors and SMES can act as reactive power compensation, besides active power compensation. FES is easier realized than SMES, however SMES system is the most potential one in future applications. Although BESS has some disadvantages, it will continue to flourish and improve for good, sound maintenance practices.

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储能和分布式电源在售电中的应用和前景探讨

储能和分布式电源在售电中的应用和前景探讨 北京清能世福科技黄骏 售电市场现状 截止2017年1月,已有21个省(区、市)开展电力体制改革综合试点,9个省(区、市)和新疆生产建设兵团开展了售电侧改革试点。 2016年,全国包括直接交易在内的市场化交易电量突破1万亿千瓦时,约占全社会用电量19%。每度电平均降低电价约7.23分,为用户节约电费超过573亿元。 在2016年国家电网为用户节省的电费约等于国家电网的总利润。售电市场改革,使得大量企业进入市场分蛋糕,导致蛋糕看似变小了,市场容量降低。那么如何将“蛋糕”做大做强,是目前最值得考虑的。 那么如何做大蛋糕? “十三五”期间(即2015-2020年),国家规划的在新能源方面的投资是2万亿,其中光伏、太阳能方面的投资是1万亿。可以看出,国家一直支持分布式光伏的发展。随着新能源汽车的发展,锂电池储能市场也在不断扩大,储能也似乎处于爆发前期。 光伏、分布式发电以及储能市场不断被看好。通过售电市场的改革,不仅能够降低用户的用电费用,使大家能够共享售电市场利润,并改善气候环境。 分布式电源运营模式 “分布式光伏”在高渗透率情况下会产生弃光现象,向上级电网倒送电力,对电网的安全造成影响。 所以“分布式光伏”以“自发自用、余量上网、电网调节”的模式运作,在确保安全的前提下,积极发展融合先进储能技术、信息技术的微电网和智能电网技术,提高系统消纳能力和能源利用效率。 低渗透率运营模式 运营模式:“自发自用、电网调节” 关键:用户电价<电网售电价 实例:光伏分布式发电

分布式光伏发电电价 = 用户电价 + 0.42 + 地方补贴 其中,0.42元/kWh为国家补贴,连续补贴20年。 高渗透率运营模式 运营模式:“自发自用、余量上网、电网调节”,或“弃光”以防分布式电源向上一级电网倒送电力,分布式电源配电网要求典型光伏电站总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内的最大负荷25%。可以增加储能,减少弃光,并防逆流,还可作为备用电源,在电网故障情况下孤网运行。 关键:分布式电源度电成本<余量上网部分电价,电网安全、电能质量 实例:光伏分布式发电 自发自用部分电价 = 用户电价+0.42(国家补贴) +地方补贴 余电上网部分电价 = 当地脱硫煤电价+0.42 (国家补贴)+地方补贴 目前国家每度电补贴0.42,加上部分地方补贴,可以看出分布式光伏的支持力度很大。 电池储能的构成和作用 储能可以说是一个非常大的市场,经过多年酝酿,储能处于爆发前期。 电池储能系统构成:由电池系统(含电池、BMS)、双向变流器(PCS,充电和放点功能)、变压器组成。 储能的作用是:在充电过程中把电网的电能转存储到电池中,在需要时,再将电池的能量转换到电网。电池储能的关键就在于转换效率和度电成本。 电池储能系统效率由各个转换环节组成(如下图)

关于光伏储能系统的四种类型

关于光伏储能系统的四 种类型 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

关于光伏储能系统的四种类型 自从能源局5月31号发布新的政策,分布式光伏只安排10G左右的补贴规模,而在6月1号之前,全国分布式光伏的安装规模已经突破了10GW,因此2018年6月后,分布式光伏可能已没有国家补贴,如果没有补贴,全额上网的项目,自用比例较少的项目,电价较低的地区,收益将大幅下降,没有投资价值。纯光伏项目投资收益下降,于是人们将目光投向光伏加储能,希望在这个领域有报突破,给公司增加新收益。 光伏储能,和并网发电不一样,要增加蓄电池,以及蓄电池充放电装置,虽然前期成本要增加20-40%,但是应用范围要宽广很多。根据不同的应用场合,太阳能光伏储能发电系统分为离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等四种。 一、光伏离网发电系统 光伏离网发电系统,不依赖电网而独立运行,应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统由光伏方阵、太阳能控制器,逆变器、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控制逆变一体机给负载供电,同时给蓄电池组充电;在无光照时,由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。 图1、离网发电系统示意图 光伏离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的,是刚性需求,离网系统不依赖于电网,靠的是“边储边用”或者“先储后用”的工作模式,干的是“雪中送炭”的事情。对于无电网地区或经常停电地区家庭来说,离网系统具有很强的实用性,目前光伏离网度电成本约元,相比并网系统要高很多,但相比燃油发电机的度电成本元,还是更经济环保。 二、并离网储能系统 并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电,或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。 图2、并离网发电系统示意图 系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能并离网一体机、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控

储能在电网发展中的作用

储能在电网发展中的作用 ——Jon Wellinghoff 先生的演讲题目 1.目前世界上有很多种储能技术,可以提供多种服务。 这些技术包括超级电容(Supercapacitors)、超导磁储能(SMES)、铅酸电池(Lead-Acid)、锂电池(Li-Ion)、钠硫电池(NaS)、液流电池(Redox Flow)、飞轮储能(Flywheels)、压缩空气储能(CAES)、抽水蓄能(Pumped Hydro)等。 这些不同技术可以提供多样化供电功率(从kW级到GW级)和供电时长(从秒级到小时级),可以在UPS 系统(不间断电源系统)、削峰填谷电网输配系统及大容量电力管理系统等三个层面加以应用。在提供大容量能源服务方面,储能技术可以大幅度提升电网供电能力并使电力运营商通过峰谷电价差获利。 另外,储能技术还可以为输电基础设施、配电基础设施、用户能源管理等方面提供诸多辅助服务功能,如:给风光系统补充旋转备用能力、黑启动、配合监管等。 2. 储能技术在电力系统各环节都可以发挥作用。 一是在发电端与传统发电技术配合,提升清洁能源的并网率。在发电端,大容量储能系统可以作为发电厂的辅助服务设施,对太阳能、风电等不稳定电源起到稳压、稳流作用。 二是在输配环节,储能技术可以用在变电站上起到削峰填谷的作用。这一环节的应用在美国正变得日益重要。储能技术可以作为配电网中变电站的技术升级,推迟电网的更新换代,降低成本。 三是在消费环节,在“电表前”和“电表后”,都有储能技术的应用。 3. 在联邦层面,监管政策做出了及时的调整来支持储能设施的应用。 在服务计量方面,不光要计算总共接收到的电量,还要根据反应速度、调频准确度来计算报酬。这一规定主要考虑到储能技术的需求响应速度比常规发电技术要快很多这一特点。能源监管委员会的第719号法规要求独立电力系统运营商(ISO)和区域输电组织(RTO)接受来自需求侧所提供的辅助服务,这使商业和工业用户利用储能设施作为需求侧响应手段成为可能。能源监管委员会的第745号法规则要求电力公司和零售商支付大客户利用储能来替代电网调峰的费用。 4. 在州层面,美国也对储能设施的利用有一定的监管政策激励。 加州电网系统运行商(CAISO)制定了采购灵活电源的政策,鼓励装配和使用具有储能功能的灵活电源,以保证大量清洁能源的并网和有效使用(加州通过立法要求清洁能源的装机在2030年必须达到50% 。)。加州公用事业委员会( CPUC)制定了储能法规(AB2514),要求加州境内的三家公共电力公司(PG&E,SCE,SGD&E)必须在2020年前采购至少1.325GW的储能设备。这项法规还设立了评估储能服务、成本效益的框架规则,并且制定了可能的电网储能指标。这个法规直接帮助加州上马了一大批储能项目,很多新的储能技术在这些项目中得到了体现。CPUC制定的“自发电奖励激励计划规定”给予储能$2,000/kW补贴,这项补贴每年递减10%。

储能技术的三类价值体现

储能技术的三类价值体现 在过去相当长一段时间,储能在电网的应用技术主要是抽水蓄能,应用领域主要是移峰填谷、调频及辅助服务等。近年来,随着新能源发电技术的发展,风电、太阳能光伏发电等波动性电源接入电网的规模不断扩大,以及分布式电源在配网应用规模的扩大,储能及其在电网的应用领域和应用技术都发生了很大变化。储能技术类型不断增多,应用范围也在扩大,本文就从储能技术的类型与应用范围谈起。 储能技术即能量存储和再利用的技术,按其基本原理分类,可分为物理储能、化学储能以及一些前沿储能技术,其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能等,化学储能有铅炭电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器等,液态金属电池、铝空气电池、锌空气电池等属于比较前沿的技术。不同的储能技术其特征和应用范围也有所区别。单从储能技术评价指标来看,就包括功率规模、持续时间、能量密度、功率密度、循环效率、寿命、自放电率、能量成本、功率成本、技术成熟度、环境影响等。可以说,没有一种单一储能技术可以适应所有的储能需求,应按需选择合适的储能技术或技术组合。 1、储能技术简介 1.1抽水蓄能电站 抽水蓄能使用两个不同水位的水库。谷负荷时,将下位水库中的水抽入上位水库;峰负荷时,利用反向水流发电。抽水储能电站的最大特点是储存能量大,可按任意容量建造,储存能量的释放时间可以从几小时到几天,其效率在70%——85%。 1.2压缩空气储能 压缩空气储能系统主要由两部分组成:一是充气压缩循环,二是排气膨胀循环。在夜间负荷低谷时段,电动机—发电机组作为电动机工作,驱动压缩机将空气压入空气储存库;白天负荷高峰时段,电动机—发电机组作为发电机工作,储存的压缩空气先经过回热器预热,再与燃料在燃烧室里混合燃烧后,进入膨胀系统中(如驱动燃气轮机)发电。 1.3飞轮储能系统 飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化成机械能储存起来,在需要时飞轮带动发电机发电。近年来,一些新技术和新材料的应用,使飞轮储能技术取得了突破性进展,例如:磁悬浮技术、真空技术、高性能永磁技术和高温超导技术

储能技术及其在现代电力系统中的应用

储能技术及其在现代电力系统中的应用 内容摘要 从电力系统安全高效运行的角度论述了电能存储技术的重要性,介绍了目前常用的几种储能技术的发展现状,指出了该领域当前的热点研究问题。 现代电力系统中的新问题 安全、优质、经济是对电力系统的基本要求。近年来,随着全球经济发展对电力需求的增长和电力企业市场化改革的推行,电力系统的运行和需求正在发生巨大的变化,一些新的矛盾日显突出,主要的问题有:①系统装机容量难以满足峰值负荷的需求。②现有电网在输电能力方面落后于用户的需求。③复杂大电网受到扰动后的安全稳定性问题日益突出。④用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。⑤电力企业市场化促使用户则需要能量管理技术的支持。⑥必须考虑环境保护和政府政策因素对电力系统发展的影响。 2000年到2001年初,美国加州供电系统由于用电需求的增长超过电网的供电能力,出现了电力价格大范围波动以及多次停电事故;我国自2002年以来,已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况;在世界上的其他国家和地区,也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。系统供电能力,尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长,估计这种状况还会在一段时间内长期存在,对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。 加强电网建设(新建输电线路和常规发电厂),努力提高电网输送功率的能力,可以保证在满足系统安全稳定运行的前提下向用户可靠地输送电能。但是,由于经济、环境、技术以及政策等方面因素的制约,电网发展难以快速跟上用户负荷需求增长的步伐,同时电网在其规模化发展过程中不可避免地会在一段时间甚至长期存在结构上的不合理问题;另一方面,随着电力企业的重组,为了获取最大利益,企业通常首先选择的是尽可能提高设备利用率,而不是投资建设新的输电线路和发电厂。因此,单靠上述常规手段难以在短时间内有效地扭转电力供需不平衡的状况。 长期以来,世界各国电力系统一直遵循着一种大电网、大机组的发展方向,按照集中输配电模式运行。在这种运行模式下,输电网相当于一个电能集中容器,系统中所有发电厂向该容器注入电能,用户通过配电网络从该容器中取用电能。对于这种集中式输配电模式,由于互联大系统中的电力负荷与区域交换功率的连续增长,远距离大容量输送电能不可避免,这在很大程度上增加了电力系统运行的复杂程度,降低了系统运行的安全性。 目前,电力系统还缺乏高效的有功功率调节方法和设备,当前采用的主要方法是发电机容量备用(包括旋转备用和冷备用),这使得有功功率调控点很难完全按系统稳定和经济运行的要求布置。某些情况下,即使系统有充足的备用容量,如果电网发生故障导致输电能力下降,而备用机组又远离负荷中心,备用容量的电力就难以及时输送到负荷中心,无法保证系统的稳定性。因此,在传统电力系统中,当系统中出现故障或者大扰动时,同步发电机并不总是能够足够快地响应该扰动以保持系统功率平衡和稳定,这时只能依靠切负荷或者切除发电机来维持系统的稳定。但是,在大电网互联的模式下,局部的扰动可能会造成对整个电网稳定运行的极大冲击,严重时会发生系统连锁性故障甚至系统崩溃。美国和加拿大2003年8月14日发生的大停电事故就是一个惨痛的教训。如果具有有效的有功和无功控制手段,快速地平衡掉系统中由于事故产生的不平衡功率,就有可能减小甚至消除系统受到扰动时对电网的冲击。 在现代电力系统中,用户对于电能质量和供电可靠性的要求越来越高。冲击过电压、电压凹陷、电压闪变与波动以及谐波电压畸变都不同程度地威胁着用户设备特别是敏感性负荷的正常运行。电力市场化的推行也促使电力供应商和用户一起共同寻求新的能量管理技术支

分布式发电与微电网

分布式发电与微电网 一、分布式发电 分布式发电技术就是充分开发与利用可再生能源的理想发生,它具有投资小、清洁环保、供电可靠与发电方式灵活等优点,可以对未来大电网提供有力补充与有效支撑,就是未来电力 系统的重要发展趋势之一。 (一)分布式发电的基本概念 分布式发电目前尚未有统一定义,一般认为,分布式发电(Distributed Generation, DG)指为满 足终端用户的特殊要求、接在用户侧附近大的小型发电系统。分布式电源(Distributed Resource, DG)指分布式发电与储能装置(Energy Storage,ES)的联合系统(DR=DG+ES)。它们规模一般不大,通常为几十千瓦至几十兆瓦,所用的能源包括天然气(含煤气层、沼气)、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源;而储能装置主要为蓄电池,还可能采用超级电容、飞轮储能等。此外,为了提高能源的利用效率,同时降低成本往往采用冷、热、电联供(Combined Cooling、Heat and Power, CCHP)的方式或热电联产(Combined Heat and Power, CHP 或Co-generation)的方式。因此,国内外也常常将冷、热、电等各种能源一起供应的系统称为分布式能源(Distributed Energy Resource, DER)系统,而将包含分布式能源在内就是电力系统称为分布式能源电力系统。由于能够大幅提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁与可再生能源。未来分布式能源系统就是应用将会越来越广泛。 分布式发电直接接入配电系统(380V或10kV配电系统,一般低于66kV电压等级)并网运行较 为多见,但也有直接向负荷供电而不与电力系统相联,形成独立供电系统(Stand-alone System),或形成所谓的孤岛运行方式(Islanding Operation Mode)。采用并网方式运行,一般不需要储能系统,但采取独立(无电网孤岛)运行方式时,为保持小型供电系统的频率与电压稳定,储能系统往往就是必不可少的。 由于这种发电技术正处于发展过程,因此在概念与名称术语就是叙述与采用上尚未完全统一。CIGRE欧洲工作组WG37-33将分布式电源定义为:不受供电调度部门的控制、与77kV以下电压等级电网联网、容量在100MW以下的发电系统。英国则采用“嵌入式发电”(Embedded Generation)的术语,但文献中较少使用。此外,有的国外文献与教科书将容量更小、分布更为分散的(如小型用户屋顶光伏发电及小型户用燃料电池发电等)称为分散发电(Dispersed Generation)。本节所采用的DG与DR的术语,与

超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用

高温超导磁储能系统及在电力系统中的应用 一、超导磁储能基本原理 1、什么是超导磁储能系统? 超导储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)是利用超导线圈将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施,一般由超导线圈、低温容器、制冷装臵、变流装臵和测控系统部件组成。 超导储能系统可用于调节电力系统峰谷(例如在电网运行处于其低谷时把多余的电能储存起来,而在电网运行处于高峰时,将储存的电能送回电网),也可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性,同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。超导储能系统具有一系列其它储能技术无法比拟的优越性: (1)超导储能系统可长期无损耗地储存能量,其转换效率超过90%; (2)超导储能系统可通过采用电力电子器件的变流技术实现与电网的连接,响应速度快(毫秒级); (3)由于其储能量与功率调制系统的容量可独立地在大范围内选取,因此可将超导储能系统建成所需的大功率和大能量系统; (4)超导储能系统除了真空和制冷系统外没有转动部分,使用寿命长; (5)超导储能系统在建造时不受地点限制,维护简单、污染小。 目前,超导储能系统的研究开发已经成为国际上在超导电力技术研究开发方面的一个竞相研究的热点,一些主要发达国家(例如美国、日本、德国等)在超导储能系统的研究开发方面投入了大量的人力和物力,推动着超导储能系统的实用化进程和产业化步伐。 2、储能工作原理 SMES在电力系统中的应用首先是由Ferrier在1969年提出的。最初的设想是将超导储能用于调节电力系统的日负荷曲线。但随着研究的深入,人们逐渐认识到调节现代大型电力系统的日负荷曲线需要庞大的线圈,在技术和经济上存在着困难。现在,SMES在电力系统应用中的研究重点主要着眼于利用SMES四象限的有功、无功功率快速响应能力,提高电力系统稳定性、改善供电品质等。超导磁能储存的概念最开始来自于充放电时间很短的脉冲能量储存,大规模能量储存开始于电器元件,其原理就是电能可以储存在线圈的磁场中。如果线圈是由超导材料制成,即保持在临界温度以下,即使发生变化,电流也不会发生衰减。线圈卸载荷,可以将电流释放回电路中去。 电流I循环储存在线圈中的能量E为

储能在分布式发电及微网中的应用及收益分析

第三章储能在分布式发电及微网中的应用及收益分析分布式发电及微网日益成为能源领域的应用热点之一,按照国家能源规划,到2020年,分布式发电的装机容量将达到2.1亿千瓦,占全国总装机的11%。储能作为分布式发电及微网的关键支撑技术,在该领域具有巨大的应用潜力。 一、储能在分布式发电及微网中的应用现状 1. 储能在分布式发电及微网中的应用现状 分布式发电是指位于用户所在地附近,不以大规模远距离输送电力为目的,所生产的电力除由用户自用和就近利用外,多余电力送入当地配电网的发电设施、发电系统或有电力输出的能源综合梯级利用多联供系统。 微网可分为并网型微电网和离网型微电网两大类,其中并网型微电网既可并入大电网运行,也可以在外部电网故障情况下,转为独立运行模式继续为微网内重要负荷供电;离网型微电网不和常规电网相连,利用自身的分布式电源满足微网内负荷的需求。 CNESA的项目库数据显示,截止到2013年底,分布式发电及微网已经成为储能最热点的应用领域之一,美国、中国及欧洲是发展最快的地区,其中美国在项目数量及装机容量方面都占据世界领先,中国位列第二。 就目前已开展的项目来看,包含储能系统的分布式发电及微网项目主要应用于社区、工业、商业、户用、偏远地区,军方等领域。其中,社区类的项目数量是最多的,占所有项目数量的50%,主要分布在美国和日本。其次是海岛和偏远地区类储能项目,分别占总项目数量的12%和9%,主要在中国和美国。由此可见,储能在解决居民用电安全以及解决无电人口用电问题方面的巨大市场潜力。在应用技术方面,锂离子电池、铅酸电池是在这一领域应用最多的技术。其中,锂离子电池装机容量占总容量的50%,是近年来被认为应用领域最广且非常有发展前景的技术;铅酸电池,由于其便宜的价格,相对成熟的技术,在预算不高或早期建设的微网系统中成为最佳选择,现有市场份额占总容量的27%。钠硫电池、液流电池在这一领域也有一定的应用,装机容量分别占总容量的8%。 2. 储能在分布式发电及微网中的主要应用 储能是分布式发电及微网的关键支撑技术,尤其是在包含可再生能源技术的分布式发电及微网系统中发挥着重要作用。其作用可概括为3个方面。

光伏储能系统的四种类型

关于光伏储能系统的四种类型 自从能源局5月31号发布新的政策,分布式光伏只安排10G左右的补贴规模,而在6月1号之前,全国分布式光伏的安装规模已经突破了10GW,因此2018年6月后,分布式光伏可能已没有国家补贴,如果没有补贴,全额上网的项目,自用比例较少的项目,电价较低的地区,收益将大幅下降,没有投资价值。纯光伏项目投资收益下降,于是人们将目光投向光伏加储能,希望在这个领域有报突破,给公司增加新收益。 光伏储能,和并网发电不一样,要增加蓄电池,以及蓄电池充放电装置,虽然前期成本要增加20-40%,但是应用范围要宽广很多。根据不同的应用场合,太阳能光伏储能发电系统分为离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等四种。 一、光伏离网发电系统 光伏离网发电系统,不依赖电网而独立运行,应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统由光伏方阵、太阳能控制器,逆变器、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控制逆变一体机给负载供电,同时给蓄电池组充电;在无光照时,由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。

图1、离网发电系统示意图 光伏离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的,是刚性需求,离网系统不依赖于电网,靠的是“边储边用”或者“先储后用”的工作模式,干的是“雪中送炭”的事情。对于无电网地区或经常停电地区家庭来说,离网系统具有很强的实用性,目前光伏离网度电成本约元,相比并网系统要高很多,但相比燃油发电机的度电成本元,还是更经济环保。 二、并离网储能系统 并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电,或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。

我国电力系统对大规模储能的需求分析

我国电力系统对大规模储能的需求分析 摘要:电化学储能作为一种调节速度快、布置灵活、建设周期短的调节资源日 益受到人们的关注和重视。推动 GW 级电化学储能建设应用,构建更加灵活高效的电力系统,是保障“十四五”以及未来新能源健康发展和电力系统稳定运行的 必然要求。本文所研究的大规模储能指的是技术上的电化学储能,所提及 的储能电站指的工程上的电化学储能电站。 关键词:电力系统;大规模储能;需求分析 常见储能技术 (1)物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,其中最成熟的也是最普及 的是抽水储能,其主要的应用场景是在电力系统中参与削峰填谷、调频调相等。抽水储能的 时间长短各异,从几个小时一直到几天,其能量转换效率为 70%~85% 之间。但抽水储能电 站也有其不利因素,其建设受到地形的限制因素较多,建设周期也因地形地貌而异,一般周 期都较长。当用电的区域与抽水蓄能电站相距较远时,其效率也得不到保证,过程中的消耗 较大。压缩空气储能早在 1978 年就实现了应用,但由于受地形、地质条件制约,没有大规 模推广。飞轮储能是将电能转化成机械能,以能量转换的方式将能量储存起来,在需要时飞 轮运转使发电机发电产生电能。飞轮储能的有点是寿命较长且无污染,但是其可发出的能量 密度较低,可以考虑作为蓄电池方式的补充方案进行建设。(2)化学储能的方式是现有的 几种储能方式中最多的。在化学储能范围内其技术水平和应用的条件也各有不同。首先,蓄电池储能是最成熟,最被广泛大众所应用的技术,根据其化学组成部分的不同可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等。铅酸电池的技术在现阶段已经成熟, 可以作为大容量大规模储能系统,其单位成本和储能成本都很低,安全性可靠性也十分优秀,已经与小型的风力、光伏发电系统和中小型的分布式发电系统中得到了应用,但是铅酸电池 有一个致命弱点就是铅是重金属,会对环境造成污染,不符合当下绿色能源、清洁能源的发 展趋势,所以其不具备未来的发展空间,仅能在现阶段小范围使用。锂离子、钠硫、镍氢电池等这些蓄电池存在着其制造成本过高的问题,作为大规模的储能电站还不成熟,产品的性 能目前尚无法满足储能的要求,其经济性也无法实现商业化运营。最后超级电容是 1970 年 来开始产生的储能器件,其原理是使用特殊的电极材料和电解质,这种超级电容是普通的 20-1000 倍,其优点是容量巨大,而且还保留了传统的电容器的释放能量快的特点,目前已 经不断应用于高山气象站、边防哨所等电源供应场合。 我国电力系统对大规模储能的需求分析 特高压电网过渡期面临的问题 随着大容量直流、高比例新能源的发展,我国电源、电网格局都发生了重大变化。以低 惯量、弱支撑为特征的新能源机组在电网中的比例不断增加,跨区输送的大容量直流替代了 受端电网的部分常规电源,导致电网中传统的同步发电机组占比逐渐降低,同步电网的惯量支撑和一次调频能力不断下降,频率的支撑和调节能力难以应对大容量直流闭锁造成的功率 不平衡量冲击,造成频率跌落深度增大,频率恢复困难,系统安全稳定受到威胁。在跨大区 交直流混联电网中,跨区直流的闭锁还可能引发大区间交流联络线上的大规模潮流转移,造成跨区同步互联电网之间的失稳和解列事故。2015 年 9 月 19 日锦 苏特高压直流发生双极闭锁,引起华东电网瞬时损失功率 490 万千瓦 ( 设计容量 720 万 千瓦 ),当日负荷水平 1.5 亿千瓦,网内开机容量

电池储能系统在电力系统中的应用

电池储能系统在电力系统中的应用 孔令怡1,廖丽莹1,张海武2,赵家万3 (1.广西大学电气工程学院,南宁530004;2.德清县供电局,德清313200;3.遵义 供电局,遵义市563000) 摘要:电池储能系统(BESS)是一种新兴的FACTS器件。具有控制有功功率流的能力,能够同时对接入点的有功功率和无功功率进行调节,为高压输电系统提供快速的响应容量,有效提高了电力系统的稳定性、可靠性和电能质量。介绍了电池储能系统的基本原理、特点和国外的应用情况,并对它在电力系统中的不同应用进行了综述。 1引言 迄今为止,由于电力系统缺乏有效地大量储存电能的手段,发电、输电、配电与用电必须同时完成,这就要求系统始终处于动态的平衡状态中,瞬间的不平衡就可能导致安全稳定问题。大功率逆变器的出现为储能电源和各种可再生能源与交流电网之间提供了一个理想的接口。从长远的角度看,由各种类型的电源和逆变器组成的储能系统可以直接连接在配电网中用户负荷附近,构成分布式电力系统,通过其快速响应特性,迅速吸收用户负荷的变化,从根本上解决电力系统的控制问题。 可用在电力系统中的储能电源种类繁多,比较常见的有超导储能(SMES)、电池储能(BESS)、飞轮储能、超级电容器储能、抽水储能、压缩空气储能等。在各种类型的储能电源当中,电池储能系统是一种比较适合电力系统使用的储能电源,具有技术相对成熟、容量大、安全可靠、无污染、噪声低、环境适应性强、便于安装等优点。 2电池储能系统的基本原理 电池储能系统主要有电池组和变流器两部分组成,其变流器主要是基于电压源型变流器,其基本结构如图1所示。

电池组部分一般采用技术比较成熟的钠硫电池或铅酸电池,其中钠硫电池在能量密度、使用寿命、运行效率上有较明显优势,所以钠硫电池的应用更广泛。钠硫电池与铅酸电池特性参数比较如表1所示。 变流器的实质是大容量的电压逆变器,它是连接储能电池和接入电网之间的接口电路,实现了电池直流能量和交流电网之间的双向能量传递。电池储能系统的电路原理图如图2所示。 图2中电池储能系统等效为一个理想的电压源,其电压的幅值为U1,电压相角为H;串联的R、L代表总的功率损耗、线路损耗等;电池储能系统注入电力系统的电流的幅值为I L,电流相角为U;电力系统的接入点的电压幅值为U S,电压相角为D。 在电池储能系统中,电压幅值U1和电压相角H都是可以控制的,当我们需要向系统注入有功功率时,便可以控制H>D,这时电池储能系统的电压相角超前于系统接入点的电压相角,所以有功功率由电池储能系统流入系统;反之亦然。当我们需要向系统注入无功功率时,便可以控制U1>U S,这时电池储能系统的电压幅值高于系统接入点的电压幅值,所以无功功率由电池储能系统流入系统;反之亦然。可见,适当的调整换流器来控制电池储能系统的电压幅值U1和相角H,便可以实现电池储能系统与接入的电力系统之间的有功功率和无功功率的交换。 3电池储能系统在电力系统中应用的目的 电池储能系统在电力系统中有着极为广泛的应用,因为它本身可以快速的对接入点的有功功率和无功功率进行调节,所以可以用来提高系统的运行稳定性、提高供电的质量,当其容量足够大时,甚至可以发挥电力调峰的作用。

分布式储能在电力系统中的应用及现状分析

分布式储能在电力系统中的应用及现状分析 摘要近年来,随着储能技术经济性的不断提升,储能在可再生能源发电、智能电网、能源互联网建设中的作用日益凸显,我国也相继出台政策鼓励储能技术的建设与应用。根据接入方式及应用场景的不同,储能系统的应用主要包含集中式与分布式两种形式。集中式应用的储能系统一般在同一并网点集中接入,目前,在大规模可再生能源发电并网、电网辅助服务等方面主要采用此形式,具有功率大(数兆瓦到百兆瓦级)、持续放电时间长(分钟级至小时级)等特点。分布式应用的储能系统接入位置灵活,目前多在中低压电力系统、分布式发电及微电网、用户侧应用。分布式储能的功率、容量的规模相对较小。 关键词分布式储能;电力系统;应用及现状 前言 储能技术是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要,是发展“安全、高效、低碳”的能源技术、占领能源技术制高点的“战略必争领域”,储能在分布式可再生能源应用与智能微网领域具有重大的战略需求、重要的研究价值和巨大的发展潜力[1]。 1 分布式储能类别及其特点 分布式储能的方式多种多样,各种储能方式都有其适宜的应用领域。储能形式主要分为机械储能、电磁储能、电化学储能这三大类。机械储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能;电磁储能包括超导储能、电容储能、超级电容器储能等;电化学储能包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。另外,根据充放电的外部特性,分布式储能又可以分为功率型和能量型两种,前者功率密度大,适合提供快速的功率响应,例如超级电容、超导储能等;后者能量密度大,适合提供长时间的能量支撑,例如压缩空气储能、铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。 目前,各种分布式储能技术的发展水平不同,成本也有明显差异,在能量密度、功率密度、循环寿命、效率及环保性等方面都有各自的特点。铅酸电池凭借其技术成熟、价格低廉等优势在电力系统中得到了广泛的应用,但是由于其功率密度小,充电时间长,循环寿命短,對环境也有一定的影响,尽管成本低廉,也不能成为今后电池发展的方向。相比之下,锂电池、钠硫电池等能量、功率密度大,使用寿命长,目前已经获得了不错的发展,虽然价格相对高昂,但随着技术的不断进步,不久将得以广泛应用。对于功率型储能,超级电容储能相比其他储能技术更为成熟,成本也相对低廉,应用更为广泛。 2 分布式储能在电力系统的应用及现状分析 2.1 削峰填谷

详解智能电网中的6种储能技术

详解智能电网中的6种储能技术 储能技术在包括电力系统在内的多个领域中具有广泛的用途,近年来世界范围内的电力工业重组给各种各样的储能技术带来了新的发展机遇,采用这些技术可以更好地实现电力系统的能量管理,尤其是在可再生能源和分布式发电领域,这种作用尤为明显,在传统的发电和输配电网络中,这些新技术同样可以得到应用。以下简要介绍各种储能技术的基本原理及其发展现状。 1 抽水储能 抽水蓄能电站在应用时必须配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段,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。在负荷高峰时,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。一些高坝水电站具有储水容量,可以将其用作抽水蓄能电站进行电力调度。利用矿井或者其他洞穴实现地下抽水储能在技术上也是可行的,海洋有时也可以当作下游水库用,1999年日本建成了第一座利用海水的抽水蓄能电站。 抽水储能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用,1933年出现了可逆机组(包括泵水轮机和电动与发电机),现在出现了转速可调机组以提高能量的效率。抽水蓄能电站可以按照任意容量建造,储存能量的释放时间可以从几小时到几天,其效率在70%至85%之间。 抽水储能是在电力系统中得到最为广泛应用的一种储能技术,其主要应用领域包括能量管理、频率控制以及提供系统的备用容量。目前,全世界共有超过90GW的抽水储能机组投入运行,约占全球总装机容量的3%。限制抽水蓄能电站更广泛应用的一个重要制约因素是建设工期长,工程投资较大。 2 先进蓄电池储能 据估计,全球每年对蓄电池的市场需求大约为150亿美元,在工业用蓄电池方面,如:用于UPS、电能质量调节、备用电池等,其市场总量可达50亿美元。在美国、欧洲以及亚洲,

储能技术在电网中的应用发展

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。储能技术在电力系统中的应用,主要集中在可再生能源发电移峰、分布式能源及微电网、电力辅助服务、电力质量调频、电动汽车充换电等方面,是解决新能源电力储存的关键技术。 电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态进行存储,按照具体的技术类型可分为物理储能、电化学储能、电磁储能和相变储能等。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。 物理储能是当前并网型储能的主导技术 抽水蓄能是当前最主要的电力储能技术。抽水储能电站配备上、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处于发电机的状态,利用储存在上游水库中的水发电。 目前,世界范围内抽水蓄能电站主要集中分布在美国、日本和西欧等国家和地区,并网总装机容量超过7000 万千瓦,约占全球发电装机容量的1.2%。而美国、日本和西欧等经济发达国家抽水蓄能机组容量占到了世界抽水蓄能电站总装机容量的70%以上。近年来,世界大型抽水蓄能电站的应用案例主要有日本神流川电站(装机282 万千瓦),美国落基山电站(装机76 万千瓦),德国金谷电站(装机106 万千瓦)。 压缩空气储能也是一种物理储能形式。储能时,压缩机将空气压缩并存于储气室中,储存室一般由钢瓶、岩洞、废弃矿洞充当。释能时,高压空气从储气室释放,做功发电。目前全球压缩空气储能装机约40 万千瓦。压缩空气储能技术研究始于20世纪40 年代,70 年代后,德、美等国相继投运压缩空气储能系统,将几十至一百多个大气压的空气储存于矿洞或地下洞穴,释能时采用天然气补燃的方式通过燃气轮机发电,效率为42%~54%。压缩空气储能技术术比较成熟,但大规模的应用需要洞穴储气,选址有一定困难,2000 年后全球无新增商业化运营的案例。 电化学储能发展快速 锂离子电池储能是应用最广泛的并网型电化学储能。近几年来,大规模锂离子储能技术也已进入示范应用阶段,特别是动力型锂离子电池已在电动工具、电动自行车、混合电动车等领域进入商业化应用。此外,美国、中国等国近年还在开展大功率锂电池在储能电站中的应用研究和实践。目前,世界上运行的最大锂离子储能系统是A123 公司投资建设的装机容量为 2 兆瓦的储能电站。截至2014 年年底,全球并网型锂离子储能装机容量约为29.3 万千瓦,其中美国锂离子电池装机规模最大,达11 万千瓦。 液流氧化还原电池,简称液流蓄电站或液流电池,被视为新兴、高效,并具有广阔发展前景的大规模电力储能电池。经过30 多年相关技术和材料的研究与发展,液流氧化还原电池商业示范项目最多的国家是日本,主要应用在可再生能源发电、电网调峰、平衡负载和小型备用电站中,功率从20 千万至6 兆瓦,能量效率超过70%。截至2014 年年底,我国液流电池装机容量超过1 万千瓦。

“光伏+储能”-—分布式光伏未来的发展趋势

“光伏+储能”—分布式光伏未来的发展趋势 近日,古瑞瓦特与泰国EA及泰国电网公司签署了关于部署分布式储能充电网络的合作备忘录,古瑞瓦特作为中国最大的户用储能系统解决方案供应商,将为这一次合作提供非常可靠的产品和技术支撑,此次在储能领域具有国际影响力的三强合作,充分说明了古瑞瓦特在储能领域的技术实力。 中国储能市场的现状 储能技术是构建能源互联网,促进能源新业态发展的核心基础,未来三大新兴产业——新能源并网、智能电网、电动汽车的发展瓶颈都指向储能技术,市场潜力巨大。 储能目前正在走向商业应用的初期过渡阶段。储能产业将直接改善能源供给在时间与空间上的布均,亦能改善能源结构,与政府的电力体制改革脚步密不可分,作为国家鼓励发展的产业,今年三月,中国国家能源局下发了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见(征求意见稿)》公文,给储能行业的发展指明了方向;同年四月,在苏州举行的第七届中国国际储能大会上获悉,储能扶持政策细则将陆续出台,产业发展有望进入快车道。 “光伏+储能” 光伏平价时代必将到来,光伏储能势不可挡 一直以来,国家高度鼓励并支持分布式光伏的发展,分布式光伏按照2013年发布的《国家发展改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》,电价补贴标准为每千瓦时0.42元(含税)执行。分布式光伏补贴标准维持近4年不变,且不纳入配额制范围,企业及个人能及时获得补贴。 这期间,一至三类资源区新建光伏电站的标杆上网电价分别由2013年政策规定的每千瓦时0.90元、0.95元、0.90元,调整至2016年执行的每千瓦0.80元、0.88元、0.98元,最终下调至现在的每千瓦时0.65元、0.75元、0.85元。 随着标杆上网电价的连续下调,分布式却连续4年保持补贴电价不变,可以预料,分布式光伏并网的补贴下调,是一种趋势和必然,最终目的是实现光伏的平价上网,而补贴的下调最直接影响的就是度电成本加大,收益下降,光伏储能的出现就是要最大化光伏系统的收益。 “光伏+储能”的优势在哪里呢?

储能技术在电力系统中的应用现状与前景 李姚江

储能技术在电力系统中的应用现状与前景李姚江 发表时间:2019-05-07T10:59:08.173Z 来源:《防护工程》2019年第2期作者:李姚江 [导读] 在电力系统中发挥出调峰、电压补偿、频率调节、电能质量管理等重要作用,确保了系统安全、稳定、可靠的运行。 江苏金易电力工程设计有限公司南京分公司江苏南京 210016 摘要:在电力系统中储能技术发挥着越来越重要的作用,而当前储能技术的应用状态以及未来的发展前景也是电力行业关注的热点话题。尤其是如今新能源发电得到了广泛的关注与支持,储能技术的作用也更加凸显出来,应用范围也在不断扩大,在不同的系统和环节中,应用的方式也不同,要想将储能技术的价值的作用发挥到最大,就要了解储能技术的应用现状,并结合电力行业发展的实际情况研究其发展前景。 关键词:储能技术;电力系统;应用 随着新能源(风能、太阳能、燃料电池等)的日益普及, 以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求, 电力储能系统的重要性日益凸显。近年来随着国家节能减排政策的实施,储能已经逐渐成为电力生产的第六环节。电力系统引入储能环节后,可以有效地实现需求侧管理,消除昼夜间峰谷差,平滑负荷,不仅可以更有效地利用电力设备,降低供电成本,还可以促进可再生能源的应用,也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。 1常用的储能技术 1.1抽水蓄能 抽水蓄能在应用时配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段,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。在负荷高峰时,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。 1.2飞轮储能 飞轮储能(Flywheel Energy Storage)是将能量以动能的形式储存在高速旋转的飞轮中,其原理是由电能驱动飞轮到高速旋转,电能转变为飞轮动能而储存,当需要电能时,飞轮减速,电动机作发电机运行,将飞轮动能转换成电能,飞轮的加速和减速实现了充电和放电。 1.3 压缩空气储能 压缩空气储能系统主要由两部分组成。一是充气压缩循环,二是排气膨胀循环。压缩时,电动机/发电机作为电动机工作,利用夜间低谷负荷时多余的电力驱动压缩机,将高压空气压入地下储气洞里;白天峰荷时,电动机/发电机作为发电机工作,储存的压缩空气先经过回热器预热,再使燃料在燃烧室里燃烧后,进入膨胀系统中做工发电。 1.4电池储能 (1)钠硫电池 钠硫电池(NAS)是一种新型的蓄电池,它采用的是熔融液态电极和固体电解质,其中,负极的活性物质是熔融金属钠,正极活性物质是硫和多硫化钠熔盐,而固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子的Al2O3陶瓷材料。钠硫电池的储能密度高达140kWh/m3,系统效率可达80%,单电池的寿命已能达15 年,充放电循环寿命也可达6000 次。 (2)钒液流电池 钒液流电池(Vanadium Redox-Flow Battery)简称VRB。可将化学能和电能相互转换的储能系。化学能存储于不同阶态的钒离子中,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和传导电流。 1.5 超导磁储能 线圈放在接近零下273℃的低温环境,它的电阻会降到接近0的水平,成为超导体。如果线圈由超导线绕成并维持在超导态,则线圈中所储存的能量可以几乎是无损耗地永久储存下去直到需要时。闭合超导线圈一旦加入电流这个电流会在线圈电路内循环流动,由于电阻极小所以没有损耗。在电源撤去后此电流不会消失,可以长时间流动。如果将此电流逆变成交流送入电网,就是超导磁储能。 2储能技术在现代电力系统中的应用 2.1削峰填谷 削峰填谷作用的发挥,成功地改善了电力系统的日负荷率,大幅度提升了发电设备的使用效率,促使电力系统的运行效率显著提升。在电力的生产过程当中,无论是发电、输电、还是变、配电,都需要在极短的时间内完成,所以,就需要实现发电、供电以及用电的平衡一致。而电力的需求的稳定性较差,昼夜之间、四季之间都是存在重大差异的,而要想完全满足不同时段的需求,在储能技术没有合理应用的时期,是很难做到的。储能技术的广泛应用,有效地利用了大量的可再生能源以及分布式资源,电力系统只需要根据市场的平均需求,进行发电,在使用低谷时,将电能储存起来,以备高峰时段转换电能,满足用户需求。这样既可以提供充足的电力,满足人们日益增长的电力需求,还能够有效地降低成本,提高企业的经营效益。从而更好地实现电力系统的安全性、稳定性以及可靠性。 2.2供给应急能源,确保系统的可靠性,提升供电质量 当出现突发事件,例如:大面积暴雪以及暴雨等。导致电网发生崩溃时,为了保证医院、通信以及消防等重要场所的电力稳定,供电企业会利用储能设备充当临时电源为其供电,并为电网的修复工作争取更多的时间。同时,在电力电子交流技术的应用下,可以实现高质量的有功功率调节以及无功控制,从而将系统中因各种因素影响而导致的功率不平衡问题有效解决,用户的用电质量明显提升。 2.3分布式的储能系统选择 关于储能的分布式应用,可以有多种技术选择。就目前的储能技术发展水平看,单一的储能技术很难同时满足能量密度、功率密度、储能效率、使用寿命、环境特性以及成本等性能指标,如果将两种或以上互补性强的储能技术相结合,组成复合储能,则可以取得良好的技术经济性能。在电力系统应用中,要实现系统的稳定控制,电能质量改善和削峰填谷等多时间尺度上的功率控制,可以将超导储能、飞轮储能或超级电容器等功率密度高、储能效率高以及循环寿命长的储能技术与铅酸电池、液流电池或钠硫电池等能量密度高但受制于电化学反应过程的储能技术相结合,以最大程度地发挥各种储能技术的优势,降低全寿命周期费用,提高系统经济性。 在电力系统短时间出现电力不足时,备用电源应立即启动,超级电容器和飞轮储能技术响应快速,能大电流放电,可以作为短时间供

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