储能技术及其在新型电力系统中的应用研究

储能技术及其在新型电力系统中的应用研究第1页/共41页主要内容一、大规模风电并网二、多元复合储能技术三、新型电力系统四、HUST储能研究进展简介第2页/共41页大规模风电并网：风电的快速发展2008：世界最大风电装机国25GW2030年，20%的风电300GW

IncreasingWindEnergy'sContributiontoU.S.ElectricitySupply(DoEReport,2008)美国：第3页/共41页大规模风电并网：风电的快速发展2009年底:20GW,其中：并网：16.13GW(80.07%)非并网：3.87GW(19.35%)2010年底：30GW（预计）2020年底：100GW（预计）中国：《可再生能源中长期发展规划》：2010年，5GW；2020年：30GW国家能源局规划：2010年：2千万千瓦；2020年：1亿千瓦，超过总装机的8％；7个千万千瓦级的“风电三峡”第4页/共41页大规模风电并网：风电的快速发展欧洲：20:20:20targetsbyYear202020%温室气体排放减少20%可再生能源增加20%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！第5页/共41页3月6月9月11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：风电的特性：随机、波动第6页/共41页发电（稳定、可控）输配电用电（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：一组随机变量电能难以大规模存储：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：被动致稳火电水电核电大规模风电并网：传统电力系统的特点第7页/共41页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，严重威胁电网安全发电（随机）用电（随机）火电水电核电风电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：现代电力系统的新特点第8页/共41页可再生能源法：全额收购；可再生能源法修正案：全额保障性收购能接纳多大比例的风电→在高比例风电条件下如何保证电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！？大规模风电并网：风电的穿透功率第9页/共41页提高电网调度能力和水平：有调节能力的水电、火电提高风电预测精度，为电网调度提供技术支持提高风电机组的技术水平：低电压穿越能力、有功调节、无功调节、电压控制利用储能技术应对风电的随机和波动

（可再生能源法修正案：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：风电并网技术第10页/共41页主要内容一、大规模风电并网二、多元复合储能三、新型电力系统四、HUST储能研究进展简介第11页/共41页抽水蓄能先进蓄电池储能飞轮储能超导磁储能超级电容器储能压缩空气储能多元复合储能第12页/共41页抽水蓄能：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！为火电和核电机组提供稳定的负荷2008年发电量：世界：17％，中国：2％核电装机：2020年，1.1％↑5％，60GW抽水蓄能装机：2020年，5％特性：静止→满载2～2.5min空载→满载30～35s技术较成熟，受地理条件限制多元复合储能第13页/共41页蓄电池：中等规模，易分散安装钠硫电池、液流电池、锂电池提高容量、充放电速度及次数降低成本，增强环保多元复合储能第14页/共41页单个飞轮储能系统能量存储模块能量转化模块多元复合储能：飞轮储能第15页/共41页电气最大持续输出功率：250kW；最大输出能量：25kWh外接电网电压：DC800V；旋转损耗：＜2%设计年限：20年；响应时间：ms物理飞轮：直径91cm，高152cm；重1360kg变换器模块：大小91cm×61cm×46cm；重68kg环境工作温度范围：-40~+50℃；防震标准：4级以下地震湿度限制：95%（非冷凝）；安装地点：地面混凝土上或拖车内多元复合储能：美国BeaconPower公司第16页/共41页室内固定式飞轮储能系统矩阵多元复合储能：美国BeaconPower公司第17页/共41页车载式飞轮储能系统矩阵多元复合储能：美国BeaconPower公司第18页/共41页调频电站：40MW/10kkWh40个车载式飞轮矩阵构成，40MW持续15min，预期寿命20年；占地面积减少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增大系统阻尼提供15min可靠的后备电源减小传输拥挤不消耗燃料、不产生废气多元复合储能：美国BeaconPower公司第19页/共41页多元复合储能：美国ActivePower公司F-UPS第20页/共41页消除了传统UPS中的蓄电池部分，可靠性达99.99999％（5min/年）；效率96％（传统UPS最高为93%）；维护工作量小、成本低；占地面积仅为蓄电池型UPS的1/4，能量密度高；可扩展性强：单系统120kVA－3.6MVA；无限次数充放电，充电速度快；工作寿命长：产品使用寿命超过为20年；对环境温度要求低（启动温度：-20℃－40℃/运行温度：0℃－40℃）；抗过载能力强；无污染、绿色环保。

多元复合储能：美国ActivePower公司F-UPS第21页/共41页100MW/100MJ；正常运行时功率为700kW多元复合储能：美国西屋公司的脉冲发电机第22页/共41页高能量密度：最大效率地利用装置的空间与重量超长寿命：数以万次的储能循环周期快速储能能力：储能与释能速度比接近1:1高储能效率：内部真空与磁悬浮技术实现了低损耗操作可视性强：飞轮转速直接表征存储的能量操作可靠性强：电力电子技术与电机技术均较成熟受温度变化影响小：在较宽的设计温度范围内都能正常运行维护费用低：仅辅助设备需要年度养护绿色科技：无危险化学物质排放，不破坏生态平衡多元复合储能：飞轮储能的优势第23页/共41页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电力系统：“发－输－用”→“发－输－用－储”火电水电核电风电储能储能储能发电输配电用电对储能系统的要求：大容量、大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装第24页/共41页多元复合储能第25页/共41页多元复合储能第26页/共41页单种储能技术还难以满足现代电力系统的需求：大容量、大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装多元复合储能：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求的综合储能系统。一种可行的组合方案：抽水蓄能＋蓄电池＋飞轮储能多元复合储能第27页/共41页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

蓄电池／抽水蓄能

抽水蓄能／电网调度多元复合储能第28页/共41页主要内容一、大规模风电并网二、多元复合储能技术三、新型电力系统四、HUST储能研究进展简介第29页/共41页基于多元复合储能的大规模风电并网方法新型电力系统含高比例风电、核电、储能快速响应容量，主动致稳平抑s~min级功率波动平抑数min及以上功率波动区域大电网高压远距离输电多元复合储能新型电力系统第30页/共41页主要内容一、大规模风电并网二、多元复合储能技术三、新型电力系统四、HUST储能研究进展简介第31页/共41页HUST储能研究进展简介：飞轮FPC转动惯量18.7kgm2(=0.3+18.4)飞轮D=0.7m，H=0.1m总重量353.7kg(=53.5+300.2)磁环钕铁硼N45H=10mmD=300/250mm上下盘距7mm（350kg浮力）10kW／100kJ基于飞轮储能的柔性功率调节器（FPC）第32页/共41页35kJ／7.5kW直接冷却高温超导磁储能系统（SMES）HUST储能研究进展简介：超导SMES第33页/共41页35kJ／7.5kW直接冷却高温超导磁储能系统（SMES）HUST储能研究进展简介：超导SMES第34页/共41页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：M-SMES第35页/共41页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：M-SMES试验地点：湖北省宜昌市秭归县茅坪镇老虎口水电站第36页/共41页M-SMES现场试验：抑制功率振荡HUST储能研究进展简介：M-SMES第37页/共41页M-SMES现场试验：稳定母线电压HUST储能研究进展简介：M-SMES第38页/共41页神光III能源系统—脉冲电源组件高储能密度高压脉冲电容器储能密度：1.7