新能源发电技术

1、新能源发电技术新能源发电技术第1页新能源发电技术第2页太阳能发电技术新能源发电技术第3页主要内容一、开发利用太阳能战略意义二、太阳能光伏发电太阳能电池离网光伏系统并网光伏系统三、太阳能热力发电槽式热力发电装置塔式热力发电装置碟式热力发电装置新能源发电技术第4页一、开发利用太阳能战略意义化石燃料储量有限，全球石油还可开采约45年，天然气大约61年，煤炭可开采约230年，铀大约71年。假如再考虑到现在世界石油消费量大约每年增加2%，这么每隔35年，消费量将增加一倍。当前主要依靠化石燃料提供能量。化石燃料储量与日递减，面临化石能源枯竭危机。新能源发电技术第5页优点: 太阳能取之不尽，用之不竭，照射到

2、地球上太阳能要比人类消耗能量大6000倍。只要在美国阳光丰富西南部沙漠地域，建立一个面积为100哩100哩巨型光伏电站，所发电力能够满足全美国用电需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定冲击。新能源发电技术第6页太阳能随地可得，可就近供电，无须长距离输送，防止了输电线路等损失。太阳能不用燃料，运行成本很低。太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，尤其适合于无人值守情况下使用。新能源发电技术第7页太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害，对环境无不良影响，是理想清洁能源。 太阳能发电系统建设周期短，方便灵活。而且能够依据负荷增减，任意添加或降低太阳电池容量，防止了

3、浪费。新能源发电技术第8页二、太阳能光伏发电太阳能电池组太阳能控制器蓄电池逆变器光伏发电系统组成：图1 光伏发电系统示意图新能源发电技术第9页2.1 太阳能电池过去30多年（1980年开始）一直是晶体硅光伏技术为主单晶硅硅电池多晶硅硅电池非晶硅硅电池新能源发电技术第10页太阳能电池类型1.单晶硅电池单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在试验室里最高转换效率为24.7%，规模生产时效率为16-18%（当前20%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但因为单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节约硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池替换产品。新能源发电技

4、术第11页单晶硅电池图4 单晶硅太阳电池代表性生产厂家：荷兰Shell Solar、西班牙Iso- foton，印度Microsol等厂家。新能源发电技术第12页太阳能电池类型2.多晶硅电池多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池。其试验室最高转换效率为18%，工业规模生产转换效率为15-16%（当前，为18%）多晶硅薄膜电池已经在太阳能电池市场上占据主导地位.新能源发电技术第13页多晶硅太阳能电池板新能源发电技术第14页太阳能电池类型3.非晶硅电池非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大潜力。但受制于其材料引发光电效率衰退效应，稳定性

5、不高，直接影响了它实际应用。假如能深入处理稳定性问题及提升转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池主要发展产品之一。新能源发电技术第15页非晶硅太阳能电池板新能源发电技术第16页光伏电池等效电路新能源发电技术第17页 当负载RL从0改变到无穷大时，即可得到如图所表示太阳能电池输出特征曲线。调整负载电阻RL到某一值Rm时，在曲线上得到一点M，其对应工作电压和工作电流之积最大，即Pm=Im*Vm，将此M点定义为最大功率输出点（MPP）。光伏电池输出特征图 新能源发电技术第18页光伏组件发电功率受环境影响光照强度：电压基本不变电流线性影响温度：电流影响较小（正温度系数）电压影响较大（负温度

6、系数）新能源发电技术第19页 在光伏系统中，通常要求光伏电池输出功率保持在最大，也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提升光伏电池转换效率。MPPT就是一个不停测量和不停调整以到达最优过程，它不需要知道光伏阵列准确数学模型，而是在运行过程中不停改变可控参数整定值，使得当前工作点逐步向峰值功率点靠近，使光伏系统运作在峰值功率点附近。新能源发电技术第20页惯用MPPT控制算法1、定电压跟踪法： 先求得或设置某一中心电压，经过控制使光伏阵列输出电压一直保持该电压，从而使光伏系统输出功率到达或靠近最大功率输出值。2 、扰动观察法：3、增量电导法 依据光伏阵列P/U曲线，当输出功率为P最大时，即Pmax

7、处斜率为零。新能源发电技术第21页2.2 离网光伏系统太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立为负载供电，不联接公网。广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村庄、海岛。 新能源发电技术第22页太阳能供电系统特点 无须拉设电线，无须挖开马路，安装使用方便；一次性投资，可确保二十年不间断供电（蓄电池普通为5年需更换）；免维护，无污染。系统可分为：直流供电系统和交直流供电系统两种。新能源发电技术第23页直流供电系统控制器作用：控制蓄电池组放电、充电过程，预防过冲和过放；最优化能量管理（最正确工作点跟踪、温度赔偿等）；光伏系统工作状态显示；光伏系统信息存放等。图5

8、 直流供电系统新能源发电技术第24页交直流供电系统 图6 交直流供电系统新能源发电技术第25页太阳能广告牌太阳能交通灯太阳能车站新能源发电技术第26页新能源发电技术第27页太阳能飞机新能源发电技术第28页2.3 并网光伏系统并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂控制和配电设备，占用大片土地，当前其发电成本远高于当前市场电价。住宅并网光伏系统，尤其是与建筑结合住宅屋顶并网光伏系统，投资小，有很多优越性，在发达国家备受青睐，发展快速。住宅并网光伏系统主要特点，是所发电能可直接分配到负载上，多出或不足电力经过联接电网来调整。依据系统是否允许向电网馈电，可分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统新能源发

9、电技术第29页依据是否有储能装置，分为有储能系统和无储能系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电情况下可正常供电。图8（b） 无储能系统图8（a） 有储能（带蓄电池）系统新能源发电技术第30页徐州光伏电站新能源发电技术第31页三、太阳能热力发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并经过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用主要方面。当前主要热力发电装置：槽式塔式碟（盘）式新能源发电技术第32页3.1 槽式太阳能热电系统抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状接收器上，将管内传热工质加热，产生高温水蒸气，推进汽轮发电机发电。图9 槽式太阳能热电系统原理图新能源发电技术第33页槽式太阳能热电厂

10、 产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够电能。 由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。 图10 “内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。新能源发电技术第34页槽式太阳能热电厂图11 加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目 新能源发电技术第35页3.2 塔式太阳能热电系统 塔式太阳能热发电系统基本型式是利用一组独立跟踪太阳定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部接收器上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，推进汽轮发电机发电。图12 塔式太阳能热电系统原理新能源发电技术第36页塔式太阳能热电厂新能源发电

11、技术第37页塔式太阳能热电厂 4月，西班牙在安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建成当初全球最大太阳能电站。新能源发电技术第38页3.3 碟（盘）式太阳能热电系统碟式系统由许多镜子组成抛物面反射镜组成，接收器在抛物面焦点上，经过加热接收器内传热工质，驱动电机发电。图14 碟式太阳能热电系统原理新能源发电技术第39页碟式太阳能热电装置新能源发电技术第40页碟式太阳能热电装置新能源发电技术第41页三种发电装置比较表1 塔式、槽式、盘式发电装置比较新能源发电技术第42页风力发电与并网技术 新能源发电技术第43页伴随全球化石能源枯竭、供给担心、气候改变形势严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源主要

12、性，并对风电发展高度重视，世界风电产业得到快速发展。自1996年以后，全球风电装机年均增加率保持在25%以上，风能成为世界上增加最快清洁能源。绪论新能源发电技术第44页目录新能源发电技术第45页1.世界风电发展自1990 年以来, 风力发电一直是世界上增加最快可再生新能源。从1996 年起，全球累计风电装机连续增速超出20，平均增速到达28.35。即使经历了历史罕见金融危机，但风电依然成为最具吸引力发电投资，已经成为各个国家替换能源首选。一 国内外风力发电发展现实状况新能源发电技术第46页20底，全球风电总装机容量达199,520兆瓦，发电量超出4099亿千瓦时，占世界电力总发电量1.92%。

13、和年全球年装机容量分别增加42%和35%，而度装机增加率仅为3%。受金融危机影响，度装机增加率仅为3%。20美国风电装机新增下滑最厉害，欧洲保持平稳增加。中国、印度等新兴市场显示出强大生命力。新能源发电技术第47页 经过转折，最大风电国家市场排名发生了改变：中国以18,928兆瓦新增装机容量稳居第一位，而且创造了单个国家年度新增装机容量世界纪录；美国以5,115兆瓦新增装机容量位列第二；第三名是印度，新增装机容量2,139兆瓦。在欧洲，德国、英国和西班牙成为排名前三欧洲国家，每个国家新增装机容量大约是1,500兆瓦。新能源发电技术第48页新能源发电技术第49页年全球风电新增装机前十大国家年中国

14、风电新增机容量为16.1GW,占全球新增装机总量45.4%；德国风电新增装机容量为3238MW，占比为9.1%；英国风电新增装机容量为1883MW，占比为5.3%；新能源发电技术第50页2.我国风电发展 我国风电自进入高速发展时期。 从年开始，中国风电总装机连续5年实现翻倍。20，中国以2580万千瓦总累计装机容量超出德国，成为世界第二，但与排名第一美国仍有近1000万千瓦差距。 截至20底，中国整年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量到达4182.7万千瓦，首次超出美国，跃居世界第一。 中国风电发展汇报2010预测：20，中国风电累计装机能够到达2.3亿千瓦，相当于13个三峡电站；

15、总发电量能够到达4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。一 国内外风力发电发展现实状况新能源发电技术第51页我国风能资源分布中国陆地上10m高度层上可开发风能储量为2.52亿千瓦近海可开发风能资源是陆地3倍多新能源发电技术第52页新能源发电技术第53页风电总装机容量快速增加，风电比重不停加大；单个风电场装机容量不停增加，已经有多个10万千瓦级风电场投运，正建千万千瓦级大型风电基地；风电场接入系统电压等级由低到高(110kV)；风电机组种类不停增多，从早期定速风电机组（1MW以下），到双馈感应风力发电和直驱同时风力发电（1MW以上）我国风电发展特点新能源发电技术第54页2. 风力发电基本原理

16、及结构2.1 风力发电机组基本原理及结构 工作原理 风以一定速度和攻角流过桨叶，使风轮取得旋转力矩而转动，风轮经过主轴联接齿轮箱，经齿轮箱增速后带动发电机发电新能源发电技术第55页2. 风力发电基本原理及结构2.2 风力机类型 新能源发电技术第56页2. 风力发电基本原理及结构2.2 风力机类型 新能源发电技术第57页2. 风力发电基本原理及结构风力机基础理论贝茨（Betz）理论假定风轮是理想，没有轮毂，叶片无穷多，而且对经过风轮气流没有阻力。纯粹能量转换器。 依据该理论能够计算风轮获取风能和功率。叶素理论把叶片分割成无限多个微元，每个微元都是叶片一部分，每个微元长度无限小。用于分析微元空气动

17、力学特征。 动量理论应用该理论去研究风力发电机组各部件运动规律及运动状态理论。 新能源发电技术第58页2. 风力发电基本原理及结构新能源发电技术第59页2. 风力发电基本原理及结构新能源发电技术第60页2.3分类恒速恒桨变速变桨新能源发电技术第61页2.3.1.恒速恒桨技术 原理：恒速恒桨普通采取鼠笼式异步发电机，风力机桨距固定，其运行完全靠叶片气动特征控制，当风机带动发电机到达或靠近同时速时并入电网，今后电机转速基本保持恒定，系统送入电网电压频率恒定。新能源发电技术第62页恒速恒桨风力发电技术特点电气系统简单，可适合于在野外缺乏维护环境下工作。转速不变，无法依据风速改变调整转速追踪最大风能利

18、用系数，效率较低；强阵风来时，转速不变，机械承受应力大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。 适合用于中小功率风电系统，通常小于1000kW新能源发电技术第63页2.3.2.变速变桨技术分类采取DFIG（双馈感应发电机）新能源发电技术第64页采取普通同时发电机（全功率变换型）新能源发电技术第65页采取多极永磁同时发电机（全功率变换直驱型）新能源发电技术第66页 按照风轮结构及其在气流中位置： 水平轴风力机:叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平按风轮结构划分 按功率调整方式划分 定桨距风力机变桨距风力机主动失速型风力机面与风向垂直。 垂直轴风力机:风轮围绕一个垂直轴进行旋转。 当风速超出额定风速时，为

19、了确保发电机输出功率维持在额定功率附 近，需要对风轮叶片吸收气动功率进行控制。对于确定叶片翼型，在风作 用下产生升力和阻力主要取决于风速和攻角，在风速发生改变时，经过调整攻角，能够改变叶片升力和阻力百分比，实现功率控制。 2.其它分类新能源发电技术第67页 定桨距风力机:叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机功率调整完全依靠叶片失速性能。当风速超出额定风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率深入增加。 优点:结构简单。 缺点:不能确保超出额定风速区段输出功率恒定，而且因为轴向压力增大,造成叶片和塔架等部件承受载荷对应增大。另外，因为桨距角不能调整，没有

20、气动制动功效，所以定桨距叶片在叶尖部位需要设计专门制动机构。 新能源发电技术第68页 变桨距风力机：叶片和轮毂不是固定连接，叶片桨距角可调。在超出额定风速范围时，经过增大叶片桨距角，使攻角减小，以改变叶片升力与阻力百分比，到达限制风轮功率目标，使机组能够在额定功率附近输出电能。 优点：高于额定风速区域能够取得稳定功率输出。 缺点：需要变桨距调整机构，设备结构复杂，可靠性降低。 当前大型兆瓦级风电机组普遍采取变桨距控制技术。 主动失速型风力机：工作原理相当于以上两种形式组合。利用叶片失速特征实现功率调整，叶片与轮毂不是固定连接，叶片能够相对轮毂转动，实现桨距角调整。当机组到达额定功率后，使叶片向

21、桨距角向减小方向转过一个角度，增大来风攻角，使叶片主动进入失速状态，从而限制功率。 优点：改进了被动失速机组功率调整不稳定性。 缺点：增加了桨距调整机构，使设备变得复杂。 新能源发电技术第69页3.大规模风电并网对调峰调频能力影响对无功功率平衡与电压水平影响风电对电网影响对电能质量影响对稳定性影响新能源发电技术第70页同时发电机组并网技术同时发电机在运行中,既能输出有功功率,又能提供无功功率,且周波稳定,电能质量高,已被电力系统广泛采取.然而,将其移植到风力发电机组上使用时却不很理想.这是因为风速时大时小,随机改变,作用在转子上转矩极不稳定,并网时其调速性能极难到达同时发电机所要求精度.并网后

22、若不进行有效控制,常会发生无功振荡与失步问题,在重载下尤为严重.新能源发电技术第71页异步风力发电机组并网技术异步风力发电机投入运行时,因为靠转差率来调整负荷,所以对机组调速精度要求不高,不需要同时设备和整步操作,只要转速靠近同时转速时,就可并网.显然,风力发电机组配用异步发电机不但控制装置简单,而且并网后也不会产生振荡和失步,运行非常稳定.新能源发电技术第72页异步风力发电机并网也存在一些特殊问题,如直接并网时产生过大冲击电流会造成电压大幅度下降,对系统安全运行组成威胁;本身不发无功功率,需要无功赔偿;过高系统电压会使其磁路饱和,无功激磁电流大量增加,定子电流过载,功率因数大大下降;不稳定系

23、统频率过于上升,会因同时转速上升而引发异步发电机从发电状态变成电动状态,不稳定系统频率过大下降,又会使异步发电机电流剧增而过载等.新能源发电技术第73页风电并网存在相关问题1、并网运行问题 （1）调峰问题 风电出力含有随机性、间歇性，反调整特征显著，增加系统调峰难度。负荷曲线风电出力曲线新能源发电技术第74页我国调峰性能好油、气电源比重较小，水电中径流式电站占较大百分比，核电基本不参加调峰，电力系统调峰主要依靠煤电。因为受煤电启停不灵活和最小技术出力限制，系统调峰伎俩十分有限。我国风电集中“三北”地域以煤电为主，大规模风电接入后，调峰能力严重不足。当风电出力较大，火电机组到达最小技术出力后，就

24、会出现弃风现象。波动性风电与调整欠灵活火电增加了电力系统平衡难度，怎样协调风电消纳与电网安全运行是风电优化调度难点问题。新能源发电技术第75页新能源发电技术第76页欧美风电大国灵活调整电源容量均大于风电容量，如西班牙电源结构中燃油燃气及抽水蓄能等灵活调整电源所占百分比为 34.3%，约为风电 1.7倍。 年 11 月 9 日 3:35，西班牙主网风电出力占负荷百分比瞬时值到达 54%，当初系统负荷为23.08 GW，风电装机 19.81 GW，出力 12.34 GW，其它新能源（含太阳能、地热、生物质能等）装机13.8 GW，出力 4.09 GW。为满足新能源发电消纳需求，其它常规电源最大程度

25、停运或降出力运行，灵活电源发挥了尤其主要作用。新能源发电技术第77页 （2）电压控制问题 我国风电接入地域大多处于电网末端，风电功率大幅度改变，造成电网运行电压调整十分困难，影响系统电压稳定。 因为风电出力快速增加，造成白城电网同发风电场母线电压最低下降到213kV，并大幅波动。新能源发电技术第78页 （3）安全稳定问题 风电大规模并网后，电网稳定运行风险增加。系统时尚多变，断面运行控制困难；系统惯量下降，动态稳定水平降低；故障后风电无法重新建立机端电压，造成电压失稳；风电机组没有低电压穿越能力，在系统扰动造成电压瞬间跌落时，风机自行脱网对系统造成冲击。新能源发电技术第79页2月24日，甘肃酒

26、泉某风电场因为场内35kv电缆单相短路故障引发该地域598台风电机组脱网，损失风电出力840MW，系统频率从故障前50.03Hz降低至49.85Hz。新能源发电技术第80页 （4）电能质量问题 风电出力随机波动会引发电压波动和闪变，风机中电力电子设备会给电网带来一定谐波污染，造成电能质量下降。 风电场屡次发生电压波动和电压闪变超标现象。 风电场出力大幅波动，引发附近35千伏母线电压越限。新能源发电技术第81页1.大功率中压变流器。为了能更加好地提升风能转换效率并降低成本，需要研发大功率中压变流器以提升风力发电机标称容量。2.用于风电场储能技术。风电场储能技术能够在经济和技术两方面显著增加风力发

27、电吸引力，储能系统在维持电压、频率稳定方面作用十分显著。 蓄电池储能系统应用最为广泛，尤其是锂电池、镍电池和铅酸蓄电池三种储能系统。4.风力发电技术发展方向新能源发电技术第82页3.海上风力发电。 离岸安装海上风力发电设备将是风力发电机技术主要发展趋势。海上具备足够风能资源，能够在海水较浅区域安装风力发电机，离岸风力发电机与安装在附近岸上风力发电机相比，前者所产生电能会多出近 1倍。新能源发电技术第83页英国海上风场瑞典海上风场新能源发电技术第84页海上风电场新能源发电技术第85页优势：风能资源稳定丰富不占用土地空间技术难题：海上风资源评定，气象参数难测定海上风电机组设计重视可靠性海上风电送出

28、问题海上风电面临台风危害新能源发电技术第86页在风电并网技术方面，未来电力系统技术水平和资源配置能力将需要从管理模式、技术伎俩等方面做出调整才能够适应大规模新能源集中接入、远距离输送、大范围消纳，分布式接入就地消纳需要，实现新能源综合高效利用以及大规模新能源接入后电力系统安全经济运行。4.风电并网技术发展趋势新能源发电技术第87页大规模新能源发电及并网技术大规模储能技术新能源发电技术第88页智能电网技术和储能技术是太阳能、风能发电成为主力能源需要处理关键技术。新能源发电技术第89页美国储能电池发展趋势 在美国“电网2030”计划中，把用于调峰储能、用于暂态限制储能列为年发展目标区域互联电网发展

29、目标，把高压直流储能列为20区域互联电网发展目标，大容量储能技术列为优先级最高目标技术。在地域配电网发展规划中也把开发大规模储能列为优先级最高技术，包含储能电池、超级电容器、功率变换器、控制器、储能与电能质量相结合设备开发等。新能源发电技术第90页欧洲储能电池发展趋势 欧洲电网技术发展趋势主要是面向可再生能源系统和未来电力系统，在电网近期、中期及长久研究计划中，将能量储存和电能质量确保放在主要研究地位。如在英国科学基金和国家项目中，相关英国电网大部分支撑技术都是储能技术。欧共体一样关注储能技术发展，它是解决可再生能源有效利用问题关键。新能源发电技术第91页日本能量储存系统市场机遇上世纪80年代

30、：采取飞轮、超级电容器和可充电电池作为电站调峰目标储能系统曾经得到发展，但没有取得实用价值二十一世纪始：伴随风力发电与光伏发电规模增大，蓄电池作为储能系统被考虑用于稳定它们输出，因为它们受到气候影响光伏储能系统风力发电及大型太阳电站储能装置（ESS)新能源发电技术第92页我国已将储能电池技术列为关键技术 “电能利用和电能储存技术”已被列为我国电网前瞻性关键技术之一，以确保互联大电网安全，提升系统动态稳定性，改进区域供电品质和绿色能源电力输出特征。新能源发电技术第93页大规模储能蓄电作用用于调整可再生能源发电系统供电连续性和稳定性用于电网“削峰填谷”用于用电大户“谷电”蓄电 用于主要部门和主要设

31、施应急电源及备用电源用于“非并网”风电光伏直接利用中调整电源 新能源发电技术第94页电能能够转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存放，按照其详细方式可分为物理、电磁、电化学等类型物理储能抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能电磁储能电化学储能超导储能超级电容储能铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能新能源发电技术第95页1. 机械储能)抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能新能源发电技术第96页配置上、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，将下游水库水抽到上游水库保留，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水发电原理抽水蓄能新能源发电技术第97页上水库有没有天然径

32、流汇入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，储存能量释放时间能够从几小时到几天，综合效率在70%85%之间抽水蓄能分类新能源发电技术第98页 抽水储能能够实现从几小时到几天储能，储能效率在70%85%之间。 储能量仅与水库容量和落差相关，可提供最大能量和最长时间储能。 抽水储能电站技术成熟，已经得到广泛应用，普通工业国家抽水储能电站可达总装机容量10%左右。 主要用于移峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、备用容量和黑开启等。抽水蓄能特点功率、容量大 响应快速新能源发电技术第99页抽水储能缺点是：只能建在符合条件山区，距主要用电高峰人口稠密平原地域和城区距离远，输变电成本

33、高。新能源发电技术第100页日、美、西欧等国家和地域在20世纪6070年代进入抽水蓄能电站建设高峰期，到当前为止，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%，日本超出10%；中国、韩国和泰国3个国家在建抽水蓄能电站17.53GW，加上日本在建量达24.65GW。近年国外投入运行8大抽水蓄能电站：电站国家装机容量 / MW投入年份落基山美国7601995锡亚比舍伊朗1 0001996奥清津 日本6001996葛野川日本1 6001999拉姆它昆泰国1 000金谷德国1 060神流川日本2 820小丸川日本1 200抽水蓄能应用新能源发电技术第

34、101页压缩空气储能电站（compressed air energy storage, CAES）是一个调峰用燃气轮机发电厂，主要利用电网负荷低谷时剩下电力压缩空气，并将其储备在经典压力 7.5 MPa 高压密封设施内，在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。压缩空气蓄能新能源发电技术第102页在燃气轮机发电过程中，燃料 2/3 用于空气压缩，其燃料消耗能够降低 2/3，所消耗燃气要比常规燃气轮机少 70%，同时能够降低投资费用、降低排放。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限制。地下储气站有各种模式，其中最理想是水封恒压储气站，能保持输出恒压气体，保

35、障燃气轮机稳定运行。压缩空气蓄能特点新能源发电技术第103页CAES 储气库漏气开裂可能性极小，安全系数高，寿命长，能够冷开启、黑开启，响应速度快，主要用于峰谷电能回收调整、平衡负荷、频率调整、分布式储能和发电系统备用。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到达 90%。大容量化和复合发电化将深入降低成本。伴随分布式能量系统发展以及减小储气库容积和提升储气压力至 1014 MPa 需要，812 MW 微型压缩空气蓄能系统（micro-CAES）已成为人们关注热点。应用发 展 方 向压缩空气蓄能新能源发电技术第104页飞轮储能装置主要包含3个关键部分：飞轮、电机和

36、电力电子装置。他将外界输入电能经过电动机转化为飞轮转动动能储存起来，当外界需要电能时候，又经过发电机将飞轮动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。飞轮储能新能源发电技术第105页飞轮储能特点 优势效率：70%-90%；能量密度：最高130Wh/kg；输出功率：kW-MW，由电动/发电机和电力变换装置决定；响应速度：5-25ms，5-15s到达额定输出；寿命：大于；工作温度：-40 50低维护、环境友好 限制 系统复杂； 有高速转动部件； 轴承待机损耗问题新能源发电技术第106页无噪音、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。应

37、用发展方向飞轮储能飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术飞速发展:一是高能永磁及高温超导技术出现；二是高强纤维复合材料问世；三是电力电子技术飞速发展。新能源发电技术第107页年份研发机构基本参数技术特点作用不详日本四国综合研究所8MWh，储能放电各4h，待机16h高温超导磁浮立式轴承，储能效率84%平滑负荷不详日本原子力研究所215MW/8GJ输出电压18kV，输出电流6896A，储能效率85%UPS不详美国Vista企业277kWh引入风力发电系统全程调峰1991美国马里兰大学24kWh，转速1161046345rad/min电磁悬浮轴承,输出恒压110V/240V，全程效率81%电力

38、调峰1996德国5MW/100MWh，转速22504500rad/min超导磁浮轴承,储能效率96%储能电站巴西额定转速30000rad/min超导与永磁悬浮轴承电压赔偿世界范围内飞轮储能经典应用案例新能源发电技术第108页2 电磁储能超导储能（SMES）超级电容储能新能源发电技术第109页超导储能（SMES）超导储能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。SMES普通由超导线圈及低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统组成。SMES能够分为低温超导储能与高温超导储能两种。新能源发电技术第110页超导线圈在经过直流电流时没有焦耳损耗。所以，超导储能适合用于直流系统

39、。它可传输平均电流密度比普通常规线圈要高个数量级；能够到达很高能量密度，约为108Jm3。它与其它储能方式如蓄电池储能、压缩空气蓄能、抽水储能及飞轮储能相比，含有转换效率高（可达），响应速度快(毫秒级)，功率密度和能量密度大，寿命长、污染小等优点。缺点是成本高，包含装置成本和运行成本。超导磁储能装置不但可用于调整电力系统峰谷，而且可用于降低甚至消除电网低频功率振荡从而改进电网电压和频率特征。另外，它还可用于无功和功率因数调整以改进系统稳定性。新能源发电技术第111页超级电容储能（SCES）超级电容器是一个含有超级储电能力，可提供强大脉冲功率物理二次电源。它是依据电化学双电层理论研制而成，所以又

40、称双电层电容器。超级电容器问世实现了电容量由微法级向法拉级飞跃，彻底改变了人们对电容器传统印象。当前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量 0.5-1000F ，工作电压 12-400V ，最大放电电流 400-A 。优点：循环寿命若干万次，比功率高； 缺点：比容量小；单位能量投资高； 关键：开拓毫秒-秒级应用、降低成本新能源发电技术第112页超级电容工作原理：性能特点：1. 含有法拉级超大电容量；2. 比脉冲功率比蓄电池高近十倍；3. 充放电循环寿命在十万次以上；4. 能在 -40oC-60oC 环境温度中正常使用；5. 有超强荷电保持能力，漏电源非常小；6. 充电快速，使用便捷，充电电路简

41、单， 无记忆效应；7. 无污染，真正免维护。多孔化电极采取活性炭粉、活性碳和活性炭纤维，电解液采取有机电解质。多孔性活性碳有极大表面积，在电解液中吸附着电荷，因而将含有极大电容量，并能够存放很大静电能量。 双电层超级电容器充放电过程一直是物理过程，没有化学反应。所以性能是稳定，与利用化学反应蓄电池是不一样。新能源发电技术第113页超级电容应用：1. 配合蓄电池应用于各种内燃发动机电开启系统，如：汽车、坦克、铁路内燃机车等，能有效保护蓄电池，延长其寿命，减小其配置容量，尤其是在低温和蓄电池亏电情况下，确保可靠开启。2. 用作高压开关设备直流操作电源。3. 用作电动车辆起步，加速及制动能量回收，提

42、升加速度，有效保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命，节能。4. 代替蓄电池用于短距离移开工具（车辆），其优势是充电时间非常短。5. 用于主要用户不间断供电系统。6. 用于风力及太阳能发电系统。7. 应用电脉冲技术设备，如：点焊机、轨道电路光焊机、充磁机、 X 光机等。新能源发电技术第114页3.电化学储能铅酸蓄电池钠硫电池液流电池锂离子电池新能源发电技术第115页电能化学能电池种类铅酸镍镉镍氢锂离子钠硫全钒液流单体标称电压/V2.01.01.31.01.33.72.081.4研发机构主要电池厂家主要电池厂家主要电池厂家主要电池厂家东京电力企业、NGK、上海电力公司VRB、V-FuelPty、住友电工

43、、关西电力企业、中国电力科学研究院电力储能系统可利用主要电池3.电化学储能新能源发电技术第116页磷酸铁锂电池(LiFePO4)年出现，因为它性能尤其适于作动力方面应用，也称磷酸铁锂动力电池。新能源发电技术第117页锂离子电池优点：高比能量；高比功率；高能量转换效率；长循环寿命不足： 有体系安全性较差； 价格还不够低锂离子动力电池，是电动汽车产业兴起关键磷酸亚铁锂、钛酸锂等新材料开发和应用，大大改进了锂离子电池安全性能和循环寿命，从而可能将锂离子电池用于更大规模储能新能源发电技术第118页LiFePO4电池特点：1. 高效率输出：标准放电为25C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10s）可达20C；2. 高温时性能良好：外部温度65时内部温度则高达95，电池放电结束时温度可达160，电池结构安全、完好；3. 即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；4. 极好循环寿命，经500次循环，其放电容量仍