2021年中国储能技术研究进展北大核心CSCD

本文对2021年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结得出了2021年中国储能技术领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。研究结果表明,中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,中国已经成为世界储能技术基础研究最活跃的国家,也已成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。     

压缩空气储能技术经济特点及发展趋势北大核心CSCD

近年来,压缩空气储能作为新型储能的一种重要类型,受到业界越来越多的关注。自2021年以来已有多个10 MW级以上项目陆续并网,压缩空气储能的技术正在逐步成熟,产业化进程开始加速。本文首先简要介绍了压缩空气储能的技术路线和4个关键环节,并将后续研究聚焦于目前技术相对成熟且工程应用最多的绝热压缩空气储能。接着通过梳理分析已建、在建和规划项目的技术经济指标,总结提出技术经济特点及发展趋势。在技术层面,压缩空气储能具有运行寿命长、涉网性能良好、安全风险小等优势,未来将向大规模、高效率、系统化方向发展。在经济层面,压缩空气储能目前造价水平较高,随着产业成熟和技术进步,未来基于盐穴和人工硐室储气的压缩空气储能造价有望低于现有大中型抽水蓄能造价水平,基于管线钢的压缩空气储能造价有望与同等规模中小型抽水蓄能造价水平相当。最后,本文讨论了压缩空气储能的投资成本回收问题,在当前市场环境下压缩空气储能难以获得合理投资回报,需要政策引导支持。建议按照由点及面、示范先行的思路,初期从示范项目入手给予一定电价政策。     

全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望北大核心CSCD

可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源,建立“新能源+储能”为主体的新型电力系统对大功率、大容量、长时储能技术提出了新的要求,全钒液流电池储能技术具有本征安全、充放电循环寿命长、电解液可循环使用、生命周期经济性好及环境友好等特点,近年来受到学术界、产业界的广泛关注。本工作回顾了液流电池的发展历程,介绍了全钒液流电池储能技术的基本原理、性能特点、技术和产业化发展现状,结合多年高功率、大容量全钒液流电池储能系统工程实际设计经验,阐明了大规模储能电站的模块化设计方法,实施的5 MW/10 MWh全钒液流电池储能系统产业化项目已安全稳定运行了9年多,能量转换效率和储能容量无明显衰减。实际应用结果充分验证了全钒液流电池储能系统的安全性和可靠性,已满足产业化应用的要求。根据全球全钒液流电池储能装备领军企业2021年第三季度兆瓦级储能系统实际价格,分析了不同储能时长全钒液流电池储能系统的价格及生命周期的经济性,指出了今后的研究开发重点。     

新型储能技术在弹性电网中的应用与展望北大核心CSCD

3060双碳目标将推进我国能源转型进程,新能源高渗透率为电网带来的不确定性与复杂性使其对日常运行时备用调节电源需求和应对极端自然灾害与人为攻击时的弹性需求增高,因而促使新型储能技术在电网快速规模化应用。本文讨论了在极端事件下,储能在弹性电网中的应用。首先,从新型储能装置的发展动态和对弹性需求的支撑出发,结合弹性电网概念内涵、衡量要素和极端事件特性,探讨了储能在弹性电网中的需求必要性和应用目标,提出了储能在极端事件下弹性承受和恢复两个阶段中的作用过程、作用机制和调节目标。其次,分析了广域布局储能的聚合容量与弹性电网承载能力之间的关系,研究了储能对灾后网架重构的影响,以及弹性指标评价框架等,提出了储能在弹性应用中的规划、调控、量化指标和市场机制制定等关键技术研究点。针对极端事件的应用需求、储能的运行性能与经济特性,提出了未来新型储能系统的适用典型场景。最后,对我国储能在弹性电网中的应用前景进行了展望。     

高端人才资源对储能技术创新的推动力北大核心CSCD

随着科学技术的持续发展,储能技术为顺应时代发展,对相关技术进行了高效调整,在很大程度上保障了储能技术的稳定性和安全性,同时也大幅度提高了储能行业的生产效率。在目前资源紧缺的制约背景下,为充分改变当今资源匮乏的局势与现状,储能行业开展了相应的新型技术研发工作。近年来,新能源储能电站的试验成功,在很大程度上标志着我国储能技术有了重要突破,但目前来说,我国储能技术仍存在着一些不足,并且局限性很大。在可持续发展的背景下,未来要创新出性能高、成本低的储能技术,全面推动与促进储能行业更快更好地发展。     

压缩空气储能技术研究现状与展望

压缩空气储能技术直接应用于电力系统调频调峰、促进可再生能源并网和分布式能源等领域,不仅作为电力存储仓库,还充当着电力系统稳压器的角色.以解决压缩空气储能技术瓶颈的研究为主线,介绍了传统补燃式压缩空气储能系统的工作原理及其技术瓶颈,阐述了几种典型的新型压缩空气储能技术特点与优势,探究压缩空气储能技术未来的发展趋势.     

液流电池模拟仿真研究现状与展望北大核心CSCD

液流电池作为一种典型长时储能电池,是可再生能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。液流电池技术的不断发展对工程化电堆开发和系统设计提出了更高要求,相比于传统实验测试方法周期长成本高的特点,模拟仿真技术高效而便捷,近年来在液流电池高功率电堆和大容量储能系统设计方面起到了重要作用。本文将基于现有研究工作,重点围绕液流电池基础科学问题的模拟仿真、电堆数值模拟与动态仿真、储能系统模拟仿真与设计三个方面,对液流电池模拟仿真研究现状进行综述和分析,最后对未来液流电池模拟仿真技术的进一步发展提出了展望。     

液流电池储能技术研究进展北大核心CSCD

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统,实现双碳目标的关键支撑技术。液流电池储能技术具有安全可靠、寿命长、环境友好等优势,成为规模储能的首选技术之一。本文通过对传统液流电池储能技术包括铁铬液流电池储能技术、全钒液流电池储能技术、锌溴液流电池储能技术和液流电池新体系包括基于溴基氧化还原电对的液流电池新体系、醌基液流电池体系、吩嗪基液流电池体系、TEMPO类液流电池体系、紫精类液流电池体系的研究进展进行探讨,综述了各类液流电池储能技术的发展历程及其技术成熟度,着重介绍了各类液流电池储能技术的特点和进一步发展所面临的关键科学问题,重点分析了不同种类的液流电池储能技术实用化进程中的关键技术瓶颈。通过总结分析国内外液流电池储能技术的发展态势,对液流电池储能技术未来发展方向进行了展望。     

绿色发展视域下电化学储能技术在体育产业中的应用探索北大核心CSCD

从20世纪70年代开始,电化学储能技术(electrochemical energy storage technology)被认为是最有可能替代传统大规模储能技术的储能形式。随着电化学能源技术在各种应用领域中的不断发展,将电化学储能和其他多种技术相结合以解决分布式能源发电的波动性、随机性等问题,成为了储能领域最重要的研究方向之一。在国家大力支持科技创新的背景下,国内电化学储能市场快速发展,市场规模从2014年的2.6亿元增长至2019年的12.7亿元。     

压缩空气储能技术现状与发展趋势

在分析传统压缩空气储能（CAES）技术的工作原理和技术特点的基础上,介绍了压缩空气储能技术的发展,包括非绝热压缩空气储能技术（D-CAES）、绝热压缩空气储能技术（A-CAES）、液化空气储能技术（LAES）和超临界压缩空气储能技术（SC-CAES）等,并给出了评价不同系统性能的技术参数。以国际上第一座压缩空气储能电站——德国Huntorf电站的运行参数和相关情况为例,分析了D-CAES技术的应用情况;对压缩空气储能技术在美国及其他国家和地区的应用和发展现状进行分析。通过对比不同的压缩空气储能技术方案,分析了A-CAES、LAES、SC-CAES及LCES储能系统的先进性、竞争优势与不足,分析了未来CAES技术的发展趋势。     

飞轮储能技术研究五十年评述CSCD

本文回顾了飞轮储能技术研发50年的历程,分析了飞轮储能技术特点、应用领域以及关键技术问题。飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速、能量可观性好以及环境友好的优点。当前,研制的飞轮储能系统单体能量为0.5~130 kW·h,功率为0.3~3000 kW。重点关注了飞轮用低成本高比强度新材料、高温超导磁悬浮技术。飞轮储能在电能质量调控、不间断过渡电源以及电网调频领域实现了商业化应用,在车辆混合动力领域的示范应用中实现节能20%~30%,处于产业应用的临界点。针对电网规模大功率、高能量储能需求,发展趋势是由数十千瓦时以下发展到百千瓦时,并通过阵列化组装成10~100 MW储能系统,放电时间可拓展到1 h。     

基于氧化物固态电解质的储能钠电池的研究进展北大核心CSCD

规模储能是碳中和多能互补生态系统中的关键一环,是连接清洁能源和智能电网的桥梁,是保障国家能源安全的重要举措,其中先进的二次电池是关键的核心技术。由于兼顾高功率密度、资源丰富等优势,基于氧化物固态电解质的钠电池(OSSBs),尤其是以液态金属钠为负极的体系,已成为最有发展潜力和应用价值的规模储能技术之一。但是,目前的OSSBs在长循环稳定性、安全性和成本方面仍存在不足,阻碍其实际广泛应用。重要的是,如何在降低成本的同时,实现OSSBs中表界面电化学行为的有效调控及对储能性能的提升已经成为目前研究的重点。本文重点介绍了近年来OSSBs的研究进展,主要针对钠-硫电池和钠-金属氯化物电池等在内的典型体系,从OSSBs成本控制、运行温度降低以及应用可靠性优化等几个关键方面分析了国内外的发展,进而提出了对储能钠电池的未来展望。     

储能技术在冷热电三联供系统中的研究现状与应用

冷热电三联供（CCHP）系统是利用一次能源或可再生能源发电,并通过多种余热回收设备高效利用余热,建立在能源的综合梯级利用基础上的产能系统。用户负荷动态变化及可再生能源输出不稳定会导致冷热电联供系统供、需侧能量不匹配,储能技术可有效解决该问题。本文总结了CCHP系统中储能技术类型及其研究现状,阐明了CCHP系统中电能储存和热能储存技术的应用方式。指出在传统能源与可再生能源相结合、供能系统越发复杂化的能源发展态势下,系统特性、配置优化和对不同场景制定出运行策略是储能技术与CCHP集成系统未来的研究方向。     

液流电池储能技术研究现状与展望

液流电池技术利用流动的电解液作为电化学储能介质,适合于进行大容量电能与化学能的转化与储存。液流电池通常具有寿命长、效率高等技术特征,在平滑风能、太阳能等可再生能源发电出力以及微型电网、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景。本文论述了液流电池的研究与开发现状,概述了目前逐渐具备工程实施能力的全钒液流电池体系,分析了液流电池新体系的研究开发状况,指明了它们各自需要进行技术突破的重要问题,最后展望了金属/ 空气液流电池的技术优势与未来发展前景。     

大容量压缩空气储能关键技术

目的  压缩空气储能作为一种长时储能方式,在削峰填谷、电网调峰、新能源消纳、辅助服务等方面具有广阔的应用空间,对于推动“碳中和、碳达峰”背景下加快推进构建以新能源为主体的新型电力系统具有重要意义。 方法  文章首先从压缩空气储能技术原理、技术分类对压缩空气储能的技术现状进行分析总结;根据已有技术,创造性地提出了中国能建压缩空气储能系统解决方案,即高压热水储热的“中温绝热压缩”技术路线以及低熔点熔盐+高压热水联合储热的“高温绝热压缩”技术路线,并介绍了系统集成及优化、主设备选型、储热介质、储气库、数字化网储协调等技术关键点。最后,围绕2条技术路线,分别介绍了相应的工程案例。 结果  研究表明,需要综合考虑压缩机系统、膨胀机系统、储热系统、储气系统等各系统的物质流、能量流耦合特点,开发适用于压缩空气储能用的压缩机、膨胀机、换热器等关键设备及地下储气库、网储协调等关键技术,进而提升电站转换效率。 结论  通过研究以期为后续开展压缩空气储能电站工程化提供科学参考。     

新能源侧储能优化配置技术研究进展北大核心CSCD

储能作为提升新能源消纳量的一种重要手段,在“碳达峰、碳中和”要求大力发展风光等新能源背景下,“新能源+储能”模式将成为国家“十四五”期间新能源发展主流趋势。已有的储能相关综述文章主要归纳总结了各种储能本体技术的发展和储能在电力系统中的应用场景,对储能优化配置技术研究综述尚少,特别是新能源侧储能,因此了解储能在新能源侧的优化配置技术十分必要。本文首先介绍和分析了新能源侧配置储能的发展现状,包括“十四五”期间各省份颁布的政策、国内典型示范工程和应用场景;其次探讨了储能优化配置技术中2个关键问题,储能系统选型和储能系统规划模型。在选型方面,对比和分析了各种电池类型的优缺点和适用场景,在构建储能系统规划模型方面,综合考虑风光出力不确定性、经济性、环保性和技术性等不同因素对规划模型的影响,列出了具体的数学表达式和相应的规划方法;最后,针对新能源侧配置储能的政策制定、储能本体技术的发展、系统选型、优化模型的建立和优化配置仿真软件平台的开发等关键性内容提出建设性意见,为未来新能源侧配置储能实际工程项目的建设提供借鉴和参考。     

新型储能技术与产业发展研究

对电化学储能、化学储能、机械储能、电磁储能和热储能等主流新型储能技术进行了简要介绍,并对各种新型储能的能量密度、充放电效率、功率上限、响应速度、续航时间、技术成熟度及应用瓶颈等特点进行了研究总结。对新型储能在发电侧、输配电侧和用户侧等主要应用场景下的主要作用和特征进行了研究总结。对新型储能当前装机情况进行了简介,并对2023—2027年的产业发展趋势进行了研究预测。结合上述内容,从技术、成本和潜在应用规模等角度,对主流新型储能技术进行了应用价值分析,得出了电化学储能技术将在未来一段时间内仍处于主导地位等结论。     

大型储能电池短路故障分析与保护策略北大核心CSCD

由电池构成的大型储能在清洁能源占比高的电力系统里占有重要地位,电池的短路计算和保护配置十分重要。本文首先提出了单体电池短路模型,并用短路实验验证了模型有效性。在此基础上,推导了簇内和簇间短路的短路电流通用计算公式,计算公式可以广泛应用于任意电池数量的大型储能系统之中,全面地覆盖了各种极间及极地短路情况,在算例中验证理论计算公式与仿真误差在4%以内可以满足保护分析需要。分析了影响短路电流的因素和变化规律,发现了簇内短路时短路点内部电池越多则其他簇和短路点电流越大、簇间短路时模组差对短路电流影响等结论。根据理论计算公式,研究了大型储能电站各种保护方案的利弊,提出了基于熔断器的保护配置方案,并分析了最有利的熔断器安装位置,总结出在此方案下各个熔断器最大短路电流的计算方法。本文提出的保护配置方案覆盖了短路电流计算、器件选型等多个方面,可以广泛应用于各种电池储能电站前期方案设计之中。     

固体电热储能装置热工与储能性能测试平台设计北大核心CSCD

该平台以GB/T39288—2020《蓄热型电加热装置》中提出有关固体电热储能装置的热工性能测试方法及流程为蓝本,参考了国内外标准,专门针对固体电热储能装置,进行纯储热工况、纯放热工况、边储边放工况全工况测试,改善并补充了固体电热储能装置热工与储能性能测试。该平台改进了GB/T 39288—2020的试验流程,结合非制热状态下的放热测试和制热状态下的放热测试,能够进行固体电热储能装置热工与储能性能标准测试。为了验证该平台可靠性,对某固体电热储热装置进行一次标准测试,记录其试验时的电量、时间、温度等参数,画出试验时温度曲线、加热丝电流电压曲线、热输出负荷曲线,通过改进、补充的公式计算了固体电热储能的热工与储能性能;利用计算结果画出了在额定热输出功率下的储能性能图。该图清晰展示了固体电热储能装置的有效释放的温度范围,储能能力,以及能量利用情况。本次测试结果与理论值、经验值相近,证明该平台可以作为设备商自检或教学使用的测试平台。该平台还留有自定义热负荷曲线功能,可以帮助教学者和学习者在真实的工况下,对固体电热储能装置进行研究和学习。