南京工程学院电气工程新技术课设论文

1、南京工程学院 本科生课程论文（设计） 课程名称 电气工程新技术 教师姓名 业建筑电气与智能化 建筑电气111 日期：2014 年 12 月 30 日 对课程论文的评语: 平时成绩： 课程论文成绩： 总成绩： 评阅人签名： 注：1、无评阅人签名成绩无效； 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效； 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。 储能技术现状及其前瞻性分析 （南京工程学院，江苏省南京市211167） Energy Storage Technologies and Pros pective Analysis (Nanj ing In stitute of Tech n

2、o logy , Nanjing of Jia ngshu Provi nee 21167) 摘要：近几十年来，储能技术蓬勃发展，为世界各国积极研究与发展。本文 着重介绍电力储能技术的研发状况和应用实例， 从技术层面加以分析， 技术的未来发展方向和应用前景。 探讨储能 关键词：储能技术；电力系统；研发现状；应用前景 Abstract : In rece nt decades, en ergy storage tech no logy to flourish, for the world to actively research and development. This article foc

3、uses on the devel opment status of the po wer storage tech no logies and app licati on exa mp les, an alyzed from a tech ni cal level, to discuss the futuredirect ionof devel opment of en ergy storage tech no logies and app licati ons. Key words: En ergy storage tech no logy; Po wer systems; R Prosp

4、 ects 5 0弓 近几十年来，储能技术的研究和 i=r 家庭 5 kWh 小型工 1 kW 25 kWh 业和商 10100 kW MWh 业设施 MW 10 MWh 配电网 10 MW 10100 输电网 10100 MW MWh 发电站 静止 设备 发展一直受到各国能源、交通、电力、 电讯等部门的重视。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物理、 电磁、电化学和相变储能四大类型。 其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空 3 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；

5、相 变储能包括冰蓄冷储能等。各种储能 技术在能量和功率密度等方面有着明 显区别，表A显示了不同应用场合对能 量和功率密度的要求。本文着重介绍 1技术原理与特点 储能系统一般由两大部分组成： 由储能元件(部件)组成的储能装置； 由电力电子器件组成的电网接入系统 (或称能量转换系统：Power Conversion system,简称 PCS)。储能 装置主要实现能量的储存、释放或快 速功率交换。由电力电子器件组成的 电力储能技术的研发状况和应用实 例，从技术层面加以分析，探讨储能 技术的未来发展方向和应用前景。 表A储能技术应用场合和技术要求 设备 类型 用户类 型 功率等级 能量等级 便携 式

6、设 一 1100W Wh 备 运输 工具 汽车 火车、 轻轨列 车 潜艇 25100 kW 100500 kW 120 MW 100 kWh 500 kWh 10 MWh 电网接入系统主要实现以下功能：(1) 充放电控制；(2)交流一直流双向变 换、直流一直流变换；(3)功率调节和 控制；(4)运行参数检测和监控；(5) 安全防护等。储能系统的容量范围宽， 从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨 度大，从毫秒级到小时级；应用范围 广，贯穿发输变配用电系统。 储能系统的主要作用如下：(1)用 于电力调峰解决用电矛盾；(2)用于用 户侧提高供电可靠性；(3)用于可再生 能源优化推动可再生能源开发应 用；

7、(4)用于电力系统稳定控制提咼电 网安全性。现阶段储能技术的发展必 须满足这些要求：储能密度大，变换损耗小，运行费用低，维护较容易， 不污染环境。大规模储能技术是对传 统“即发即用”的电力模式的革命性 突破，它可以减少用于发电设备的投 资，提高电力设备的利用率，安装在 用电设备附近可以降低线损，安装在 大城市附近可以提高供电可靠性等 等。 将储存的能量送回电网或作它用。其 原理是通过对超导储能系统的预充 电，控制变换装置的触发脉冲实现 SME装置与系统间的有功功率和无功 功率的交换。具有响应速度快（mSS）， 转换效率高，比容量大等优点，可以 实现与电力系统的实时大容量能量交 换和功率补偿。S

8、MES在技术方面相对 2目前电能储能形式 简单，没有旋转机械部件和动密封问 题。 2.1机械储能 2.3 电化学储能 机械储能是指将电能转换为机械 能存储，在需要使用时再重新转换为 电能，主要包括：抽水储能、压缩空 气储能和飞轮储能。抽水蓄能是电力 系统中唯一大规模采用的电力储能形 式，抽水储能是投入运行时必须配备 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状 态，利用储存在上游水库中的水发电。 其最大特点是储存能量大，同时抽水 储能也是在电力系统中应用最为广泛 超级电容器根据电化学双电层理 论研制而成，

9、可提供强大的脉冲功率, 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 荷层间距非常小（一般0.5 mm），加 之采用特殊电极结构，电极表面积成 万倍增加，从而产生极大的电容量。 但由于电介质耐压低，存在漏电流， 储能量和保持时间受到限制，必须串 联使用，以增加充放电控制回路和系 统体积。 的一种储能技术，非常适合于电力系 统调峰和用作长时间备用电源的场 2.4 相变储能 相变储能是利用某些物质在其物 合。 2.2 电磁储能 超导储能系统（SMES利用由超 导线制成的线圈，将电网供电励磁产 生的磁场能量储存起

10、来，在需要时再 相变化过程中，可以与外界进行能量 交换，能达到能量交换与能量控制的 目的。根据相变的形式、相变储能材 料的不同可基本上分为四大类：固一 固相变、固一液相变、液一气相变和 固一气相变等，从材料的化学组成来 看，又可分为无机材料相变、有机相 键因素。 3.2光伏发电 8 变材料和混合相变材料等。 3储能技术的现实需求 储能本身不是新兴的技术，但从 产业角度来说却是刚刚出现，正处在 起步阶段。我国现有系统中储能主要 分布在西北，能源分布可见。近 20年 来，我国由于系统失稳造成的大停电。 迫切需要建立起以多点储能装置支撑 光伏发电是显著受天气影响的， 对于目前大型光伏发电场主要是并网

11、 发电，但总的说来装机容量在电网中 所占比例非常小，其波动可以忽略不 计。但随着时间推移，其所占比例越 来越大之后，不得不考虑储能技术以 平滑其输出，减小对电网的影响。 目前来说，光伏发电对储能电池 的需求更多体现在离网型光储或风光 东西部资源发展不均，有效地支持电 网的系统电压和频率，稳定我国特有 的电力系统结构。 储项目上。 3,3 电网调峰调频 由于我国电力系统煤电比例较 当前我国储能技术的现实需求有 如下几方面： 3.1 风力发电 风力发电自身所固有的随机性、 间歇性特征，决定了其规模化发展必 然会对电网安全运行带来显著影响， 另外风力发电往往在后半夜进入发电 高，核电不参与调峰，水电

12、、燃气发 电等调峰较好的电源所占比例较低， 造成电力系统安全运行和调控管理困 难。系统的调峰调频也成为限制电网 接受清洁能源的一个主要因素。 电网调峰的主要手段一直是抽水 蓄能电站。由于抽水蓄能电站需建上、 高峰，而此时正是用电低谷，所以弃 风现象严重。因此必须要有先进的大 下两个水库，受地理条件限制较大， 在平原地区不合适。采用大容量储能 容量储能技术做支撑，以稳定风机输 出，且能错时发电，提高风力发电机 组的利用率，降低损耗。 风电产业的快速发展，特别是我 国的多数风电场属于“大规模集中开 发、远距离输送”，对电网的运行和 控制提出了严峻挑战。大容量储能产 品成为解决电网与风电之间矛盾的关

13、 电池的小型调峰系统从微观角度多点 调峰，不受地理条件限制，可大可小 设计灵活，是抽水蓄能电站的有益补 充。 3.4 通讯基站 通信基站和通信机房需要蓄电池 作为后备电源，且时间通常不能少于 10小时。对通讯运营商来讲，安全稳定可靠和使用寿命是最重要的，在这 一领域，流体钒电池有着铅酸电池无 储能技术为实现电网可持续发展目 标、解决电量供需不平衡矛盾以及提 法比拟的先天优势：寿命长，维护简 单，能量存储稳定、控制精确、自放 电少，可便捷调整能量的存储量，总 体使用成本低。 高供电可靠性问题提供了一揽子解决 方案。大容量储能系统可广泛应用于 城市电网、发电厂、居住小区、医院、 大型企业、可再生能

14、源优化等等。 通信网络中的基站动力系统中通 常使用柴油发电机，在停电时提供长 时间动力。流体钒电池完全可以替代 4.1有效提高既有发输配用电设备 利用率，改进电力建设增长模式 以上海为例，目前上海发电系统 动力系统中的铅酸电池和柴油机的动 和输配电系统同时按照每年最高用电 力组合，提供高可靠性的直流电源的 负荷对发电容量和输配电容量进行规 能量存储解决方案。 3.5 分布式电站 大型电网自身的缺陷，难以保障 电力供应的质量、效率、安全可靠性 划和建设。同时，其负荷特性呈现明显 大都市特性，目前日负荷率约五到六 成。储能系统一旦形成规模，可以通过 储能系统提高发电和输配电环节设备 要求，对于重要

15、单位和企业，往往需 利用率，减少相应电源、电网建设费 要双电源甚至多电源作为备份和保 用。这将彻底改变现有电力系统建设 障。分布式电站可以减少或避免由于 电网故障或各种意外事件造成的断 模式，促进其从外延扩张型向内涵增 效型转变。 储能系统在科研初期虽然单位成 本较高,可一旦形成规模化、特别是完 电。对于目前很多远离主电网的场合, 如海岛、哨所、采矿采油井、移动牧 场、野外施工地等，对风光储一体化 电站解决方案也提出了真实的需求。 成国产化，突破国外的技术壁垒后，成 本将大幅下降，远景可节约几百亿的 电源、电网建设费用。如果能早日推 4应用前景分析 随着新能源（风能、太阳能、燃料 电池等）日益

16、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。所以，电力 储能技术的应用前景非常广阔。电力 进国产化和规模化，建设成本大幅下 降，在“十二五”期间就可节约发输变 配电各环节的大量建设费用。此外，由 于土地及相关资源有限，储能系统可 以结合用户需要和电业变电站的建设 分散安装、紧凑布置，相应地减少电力 系统各个环节基础建设所需的土地和 空间资源,具有良好的社会效益。 4.2 降低发电企业及电网企业运行 成本,减少用户端用电费用 储能系统的运行维护相对简单 投入后可大量地节约电厂和电网的运 障和检修的部分情况下，用户可以通 过储能系统保证供电，用户

17、用电的安 全可靠性将大大地提高，停电次数、时 间和停电损失将大幅减少，经济效应 和社会效应相当明显。 行维护费用，无论是电厂还是电网，运 目前，电力储能系统推广应用的 行维护都相对复杂，而储能系统可大 量节省运行维护费用。 最大障碍在于国外少数企业的技术垄 断,由此造成其价格甚高。要推动电力 对于电厂而言，为保证低谷负荷 储能系统在电网中规模化应用，一靠 时候电力平衡，大型火电机组大多要 减至最低出力，小型机组更是需要日 开夜停的“两班制”运行，这对机组运 行的安全性、经济性都相当不利。以 上海的300MWb例,机组出力300MV时, 掌握自主知识产权,使其价格大幅度 下降；二靠政府政策激励和

18、资金支持。 如果能实现电力储能系统国产化，使 其成本达到或接近应用水平，那么随 着峰谷电价差逐步加大和对电能质量 发电煤耗可控制在320g/(kW/h)左右, 而出力降低到120M时，贝U煤耗率高达 400g/(kW/ h)左右,经济性大大下降。 而储能系统大规模应用之后，低谷负 荷情况下，可以启动储能装置进行储 能,机组可以运行在比较经济的出力 区间,从而获得较高经济效益。一旦储 能系统形成规模后，提高了低谷负荷 时的机组效率，即使考虑储能系统的 存储效率，每吨标准煤也可多发电到 50150kW/h 要求日益提升，被压抑的电网对电力 储能系统的需求将迅速得到强劲的释 放。 5结束语 新能源不仅是资源丰富的可再生 能源，而且几乎不产生污染物，既是 近期重要的补充型能源，又是未来能 源结构之基础，对能源可持续发展起 着重要的作用。从长远来看，人类必 将逐步过渡到以可再生能源为主的可 对于电网企业和终端用电用户 储能系统可以通过夜间储电、日间放 电，从峰谷电价差中优化资源配置，获 得大量的经济效益。 4.3减少停电损失 实现分布式储能后，电网发生故 持续能源系统。从我国国情来看，通 过大力开发新能源，更有利于我国农 村地区等的发展，提高人民生活质量, 改善生态环境，为我国经济可持续发 展提供保障，