储能技术及其在新型电力系统中的应用研究课件.pptx

1、主要内容主要内容一、大规模风电并网一、大规模风电并网二、多元复合储能技术二、多元复合储能技术三、新型电力系统三、新型电力系统四、四、HUST储能研究进展简介储能研究进展简介主要内容主要内容一、大规模风电并网一、大规模风电并网二、多元复合储能技术二、多元复合储能技术三、新型电力系统三、新型电力系统四、四、HUST储能研究进展简介储能研究进展简介大规模风电并网：大规模风电并网：风电的快速发展风电的快速发展 2008：世界最大风电装机国：世界最大风电装机国25GW 2030年，年，20% 的风电的风电 300GW Increasing Wind Energys Contribution to U.S

2、. Electricity Supply (DoE Report, 2008) 美国：美国：大规模风电并网：大规模风电并网：风电的快速发展风电的快速发展 2009年底年底: 20GW, 其中：其中： 并网：并网：16.13GW (80.07%) 非并网：非并网：3.87GW (19.35%) 2010年底：年底：30GW（预计）（预计） 2020年底：年底：100GW（预计）（预计）中国：中国：可再生能源中长期发展规划可再生能源中长期发展规划：2010年，年，5GW；2020年：年：30GW国家能源局规划：国家能源局规划：2010年：年：2千万千瓦；千万千瓦；2020年：年：1亿千瓦，超过总装

3、亿千瓦，超过总装机的机的8；7个千万千瓦级的个千万千瓦级的“风电三峡风电三峡”大规模风电并网：大规模风电并网：风电的快速发展风电的快速发展欧洲：欧洲：20:20:20 targets by Year 2020 20% 温室气体排放减少温室气体排放减少 20% 可再生能源增加可再生能源增加 20% 能耗减少能耗减少风电为代表的可再生能源规模化利用成为全球趋势！风电为代表的可再生能源规模化利用成为全球趋势！3月月6月月9月月11月月大规模风电并网将使电力系统的特性发生深刻的变化！大规模风电并网将使电力系统的特性发生深刻的变化！大规模风电并网：大规模风电并网：风电的特性：随机、波动风电的特性：随机、

4、波动发电发电（稳定、可控）（稳定、可控） 输配电输配电 用电用电（随机，不可控）（随机，不可控） 发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大：发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大：一组随机变量一组随机变量 电能难以大规模存储电能难以大规模存储：发输用三个环节功率实时平衡：发输用三个环节功率实时平衡 因故障导致系统功率严重失衡时，切机切负荷：因故障导致系统功率严重失衡时，切机切负荷：被动致稳被动致稳火电火电水电水电核电核电大规模风电并网：大规模风电并网：传统电力系统的特点传统电力系统的特点 发电侧输出功率和用电侧负荷都存在随机性：发电侧输出功率和用电侧负荷都存在随机性：两组独立随机变量

5、两组独立随机变量 电能难以大规模存储：电能难以大规模存储：功率失衡可能成为电网的一种常态，严重功率失衡可能成为电网的一种常态，严重威胁电网安全威胁电网安全发电发电（随机）（随机） 用电用电（随机）（随机）火电火电水电水电核电核电风电风电电网对大规模风电的接入持非常谨慎的态度！电网对大规模风电的接入持非常谨慎的态度！大规模风电并网：大规模风电并网：现代电力系统的新特点现代电力系统的新特点 可再生能源法：可再生能源法：全额收购全额收购；可再生能源法修正案：；可再生能源法修正案：全额保全额保障性收购障性收购 能接纳多大比例的风电能接纳多大比例的风电 在高比例风电条件下如何保证电在高比例风电条件下如何

6、保证电力系统的安全运行力系统的安全运行大型风电场并网技术已成为可再生能源规模利用的瓶颈！大型风电场并网技术已成为可再生能源规模利用的瓶颈！？大规模风电并网：大规模风电并网：风电的穿透功率风电的穿透功率 提高提高电网调度电网调度能力和水平：有调节能力的水电、火电能力和水平：有调节能力的水电、火电 提高提高风电预测风电预测精度，为电网调度提供技术支持精度，为电网调度提供技术支持 提高提高风电机组风电机组的技术水平：低电压穿越能力、有功调节、的技术水平：低电压穿越能力、有功调节、无功调节、电压控制无功调节、电压控制 利用储能技术应对风电的随机和波动利用储能技术应对风电的随机和波动 （可再生能源法修正

7、案：发展和应用智能电网、储能等技术，提高吸纳可再生能源电力的能力）大规模风电并网：大规模风电并网：风电并网技术风电并网技术主要内容主要内容一、大规模风电并网一、大规模风电并网二、多元复合储能二、多元复合储能三、新型电力系统三、新型电力系统四、四、HUST储能研究进展简介储能研究进展简介 抽水蓄能抽水蓄能 先进蓄电池储能先进蓄电池储能 飞轮储能飞轮储能 超导磁储能超导磁储能 超级电容器储能超级电容器储能 压缩空气储能压缩空气储能多元复合储能多元复合储能 抽水蓄能抽水蓄能：大容量、大功率：大容量、大功率核电和抽水蓄能将在未来电力系统中发挥重要作用！核电和抽水蓄能将在未来电力系统中发挥重要作用！ 为

8、火电和核电机组提供稳定的负荷为火电和核电机组提供稳定的负荷 2008年发电量：世界：年发电量：世界：17，中国：中国：2 核电装机：核电装机：2020年年，1.15，60GW 抽水蓄能装机：抽水蓄能装机：2020年，年，5 特性：静止特性：静止满载满载 22.5min 空载空载满载满载 3035s 技术较成熟，受地理条件限制技术较成熟，受地理条件限制多元复合储能多元复合储能蓄电池蓄电池：中等规模，易分散安装：中等规模，易分散安装钠硫电池、液流电池、锂电池钠硫电池、液流电池、锂电池提高容量、充放电速度及次数提高容量、充放电速度及次数降低成本，增强环保降低成本，增强环保多元复合储能多元复合储能单个

9、飞轮储能系统单个飞轮储能系统能量存储模块能量存储模块能能量量转转化化模模块块多元复合储能：多元复合储能：飞轮储能飞轮储能212EJ电气电气最大持续输出功率：最大持续输出功率：250kW；最大输出能量：；最大输出能量：25kWh外接电网电压：外接电网电压：DC800V；旋转损耗：；旋转损耗：2%设计年限：设计年限：20年；响应时间：年；响应时间：ms物理物理飞轮：直径飞轮：直径 91cm，高，高 152cm；重；重 1360kg变换器模块：大小变换器模块：大小 91cm61cm46cm；重；重 68kg环境环境工作温度范围：工作温度范围：-40+50；防震标准：；防震标准：4级以下地震级以下地震

10、湿度限制：湿度限制：95%（非冷凝）；安装地点：地面混凝土上或拖车内（非冷凝）；安装地点：地面混凝土上或拖车内多元复合储能：多元复合储能：美国美国Beacon Power公司公司室内固定式室内固定式飞轮储能系统矩阵飞轮储能系统矩阵多元复合储能：多元复合储能：美国美国Beacon Power公司公司车载式车载式飞轮储能系统矩阵飞轮储能系统矩阵多元复合储能：多元复合储能：美国美国Beacon Power公司公司调频电站调频电站：40MW / 10k kWh 40个车载式飞轮矩阵构成，个车载式飞轮矩阵构成，40MW持续持续15min， 预期寿命预期寿命20年；占地面积减少年；占地面积减少 提供有效动

11、态无功补偿，提高电压稳定性提供有效动态无功补偿，提高电压稳定性 提供低成本的频率控制提供低成本的频率控制 增大系统阻尼增大系统阻尼 提供提供15min可靠的后备电源可靠的后备电源 减小传输拥挤减小传输拥挤 不消耗燃料、不产生废气不消耗燃料、不产生废气多元复合储能：多元复合储能：美国美国Beacon Power公司公司多元复合储能：多元复合储能：美国美国Active Power公司公司F-UPS消除了传统消除了传统UPS中的蓄电池部分，可靠性达中的蓄电池部分，可靠性达99.99999（5min/年）；年）；效率效率96（传统（传统UPS最高为最高为93%）；）；维护工作量小、成本低；维护工作量小

12、、成本低；占地面积仅为蓄电池型占地面积仅为蓄电池型UPS的的1/4，能量密度高；，能量密度高；可扩展性强：单系统可扩展性强：单系统120kVA 3.6 MVA；无限次数充放电，充电速度快；无限次数充放电，充电速度快；工作寿命长：工作寿命长： 产品使用寿命超过为产品使用寿命超过为20年；年；对环境温度要求低（启动温度：对环境温度要求低（启动温度：-2040 / 运行温度：运行温度：040）；）；抗过载能力强；抗过载能力强；无污染、绿色环保。无污染、绿色环保。 多元复合储能：多元复合储能：美国美国Active Power公司公司F-UPS100MW/100MJ；正常运行时功率为；正常运行时功率为7

13、00kW多元复合储能：多元复合储能：美国西屋公司的脉冲发电机美国西屋公司的脉冲发电机 高能量密度高能量密度：最大效率地利用装置的空间与重量：最大效率地利用装置的空间与重量 超长寿命超长寿命：数以万次的储能循环周期：数以万次的储能循环周期 快速储能能力快速储能能力：储能与释能速度比接近：储能与释能速度比接近1:1 高储能效率高储能效率：内部真空与磁悬浮技术实现了低损耗：内部真空与磁悬浮技术实现了低损耗 操作可视性强操作可视性强：飞轮转速直接表征存储的能量：飞轮转速直接表征存储的能量 操作可靠性强操作可靠性强：电力电子技术与电机技术均较成熟：电力电子技术与电机技术均较成熟 受温度变化影响小受温度变

14、化影响小：在较宽的设计温度范围内都能正常运行：在较宽的设计温度范围内都能正常运行 维护费用低维护费用低：仅辅助设备需要年度养护：仅辅助设备需要年度养护 绿色科技绿色科技：无危险化学物质排放，不破坏生态平衡：无危险化学物质排放，不破坏生态平衡多元复合储能：多元复合储能：飞轮储能的优势飞轮储能的优势多元复合储能多元复合储能储能技术将在未来电力系统中占有重要地位储能技术将在未来电力系统中占有重要地位电力系统：电力系统：“发输用发输用” “发输用储发输用储”火电火电水电水电核电核电风电风电储能储能储能储能储能储能发电发电 输配电输配电 用电用电对储能系统的要求：对储能系统的要求：大容量、大功率、快响应

15、、长寿命、大容量、大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装低成本、易维护、便安装多元复合储能多元复合储能多元复合储能多元复合储能 单种储能技术还难以满足现代电力系统的需求：单种储能技术还难以满足现代电力系统的需求：大容量、大容量、大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装 多元复合储能：多元复合储能：综合利用各种储能技术的特点，通过在一综合利用各种储能技术的特点，通过在一点或多点并联运行的方式，组成能够满足现代电力系统需点或多点并联运行的方式，组成能够满足现代电力系统需求的综合储能系统。求的综合储能系统。 一种可行的组合方案：一种可行的组

16、合方案：抽水蓄能蓄电池飞轮储能抽水蓄能蓄电池飞轮储能多元复合储能多元复合储能风电随机波动的控制调节：不同时间尺度上的控制风电随机波动的控制调节：不同时间尺度上的控制飞轮蓄电池飞轮蓄电池 蓄电池抽水蓄能蓄电池抽水蓄能 抽水蓄能抽水蓄能电网调度电网调度 多元复合储能多元复合储能主要内容主要内容一、大规模风电并网一、大规模风电并网二、多元复合储能技术二、多元复合储能技术三、新型电力系统三、新型电力系统四、四、HUST储能研究进展简介储能研究进展简介基于多元复合储能的大规模风电并网方法基于多元复合储能的大规模风电并网方法新型电力系统新型电力系统含高比例风电、核电、储能含高比例风电、核电、储能快速响应容

17、量，快速响应容量，主动致稳主动致稳平抑平抑smin级级功率波动功率波动平抑数平抑数min及以及以上功率波动上功率波动区域大电网区域大电网高压远距离输电高压远距离输电多元复合储能多元复合储能新型电力系统新型电力系统主要内容主要内容一、大规模风电并网一、大规模风电并网二、多元复合储能技术二、多元复合储能技术三、新型电力系统三、新型电力系统四、四、HUST储能研究进展简介储能研究进展简介HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：飞轮飞轮FPC转 动 惯 量转 动 惯 量18.7 kg m2 (=0.3+18.4)飞轮飞轮D=0.7m，H=0.1m总重量总重量353.7kg (=53.5+300.2

18、)磁环磁环钕铁硼钕铁硼N45 H=10mmD=300/250 mm上 下 盘 距上 下 盘 距7mm（350kg浮力）浮力）10kW100kJ 基于飞轮储能的柔性功率调节器（基于飞轮储能的柔性功率调节器（FPC）35kJ7.5kW 直接冷却高温超导磁储能系统（直接冷却高温超导磁储能系统（SMES）HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：超导超导SMES35kJ7.5kW 直接冷却高温超导磁储能系统（直接冷却高温超导磁储能系统（SMES）HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：超导超导SMES移动组件式直接冷却高温超导磁储能系统（移动组件式直接冷却高温超导磁储能系统（M-SMES）HUS

19、T储能研究进展简介：储能研究进展简介：M-SMES移动组件式直接冷却高温超导磁储能系统（移动组件式直接冷却高温超导磁储能系统（M-SMES）HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：M-SMES试验地点：湖北省宜昌市秭归县茅坪镇老虎口水电站试验地点：湖北省宜昌市秭归县茅坪镇老虎口水电站M-SMES现场试验：抑制功率振荡现场试验：抑制功率振荡HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：M-SMESM-SMES现场试验：稳定母线电压现场试验：稳定母线电压HUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：M-SMES神光神光III能源系统能源系统 脉冲电源组件脉冲电源组件高储能密度高压脉冲电容器高储能密

20、度高压脉冲电容器储能密度：储能密度：1.7kJ/LHUST储能研究进展简介：储能研究进展简介：高储密电容器高储密电容器总总 结结1、风电的大规模并网使电力系统面临发电侧和用、风电的大规模并网使电力系统面临发电侧和用电侧两组随机变量的平衡问题。电侧两组随机变量的平衡问题。2、多元复合储能技术是一种可行的解决方案，为、多元复合储能技术是一种可行的解决方案，为电力系统提供快速相应容量，实现主动致稳。电力系统提供快速相应容量，实现主动致稳。3、未来电力系统将是含有高比例风电、核电和储、未来电力系统将是含有高比例风电、核电和储能的新型电力系统，将成为能的新型电力系统，将成为“发发-输输-用用-储储”4环节电力系统。环节电力系统。