电力储能技术进展与挑战

电能存储技术是实现需求侧能量高效管理、有效提高可再生能源入网的关键技术。介绍了面向电力储能应用的抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等物理储能技术的发展现状和亟待解决的问题,重点阐述了具有广阔应用前景的电化学储能技术,包括锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池(ZEBRA电池)和液态金属电池等的工作原理、技术优势及其在电网中的应用和挑战,为电力储能技术的发展提供参考。     

储能技术在电力系统中的应用

储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源利用率等重要作用.对此,介绍了中国电力系统建设对储能技术的迫切要求,并阐述了电池储能、电磁储能和机械储能等储能技术的发展现状.对电池储能、超级电容器与蓄电池混合储能和飞轮储能在电网中的应用分别作了说明,最后展望了储能技术未来的发展方向.     

电池储能技术及其在上海电网中的实践

智能电网建设工作的推进也将促进储能技术的快速发展,只有储能技术朝着高效化、低成本化的方向发展,才能为未来的大规模应用提供条件。电能按储存形式可分为四类:机械储能,如压缩空气储能、飞轮储能和抽水蓄能等;化学储能,如超级电容器和各种蓄电池(钠硫电池、液流电池、铅酸电池和镍镉电池等);电磁储能,如超导电磁储能等;相变蓄能,如冰蓄冷等。     

全钒液流电池储能系统的仿真研究

储能具有调峰幅度大、响应速度快等优点,对未来电网发展具有深远的影响。近年来,储能技术迅猛发展,为充分发挥全钒液流电池储能系统相较于传统电池储能技术的优势,对全钒液流电池储能系统进行了仿真研究。首先,根据全钒液流电池的基本结构分析了其原理及特性,搭建了全钒液流电池的电气模型。然后,对储能逆变器连接储能电池和电网的两种控制策略,定功率(PQ)控制策略和定电压频率(VF)控制策略分别进行了建模和仿真验证。最后,以北海热电厂为实际应用场景,将所搭建的储能电站模型应用于黑启动方案中。启动储能逆变器后,北海热电厂的厂用母线电压可以稳定维持在0.96 p.u,表明了利用储能电站进行黑启动的可行性,验证了储能电站模型的有效性。     

电力储能标准体系深化研究

储能技术和应用的不断发展对标准制定提出了新的需求,亟须建立一套契合新形势下的储能标准体系,以引导储能技术的良性发展。针对该目标,梳理了国内外储能标准制定和标准体系研究概况,结合储能技术发展与标准的关联关系,提出在安全问题突出、梯次利用紧迫、电网侧储能快速应用、新型储能技术快速发展等新形势下,储能标准制定的需求和电力储能标准体系结构图,修订标准明细表,以指导储能标准制定、厘清标准关系、保障电力储能行业健康有序发展。     

长时储能技术及典型案例分析

随着电力系统向低碳化转型，新能源装机容量占比逐年增长。可再生能源发电具有间歇性的特点，主要发电时段和高峰用电时段错位，存在供需不平衡，电力电量平衡对灵活性的要求加剧。长时储能电站成为破解问题的有效有段。针对长时储能技术发展概况，首先分析抽水蓄能、压缩空气、锂离子电池、液流电池、熔盐储热、氢储能的技术特性、优势及目前瓶颈，统计以上储能技术的典型应用工程；然后从电源侧、电网侧和用户侧分析了储能的典型场景应用，阐述了多种储能技术在能量转移、辅助服务、黑启动、平滑新能源出力等多场景下的应用对比；总结分析了化学储能示范工程、储热示范工程、机械储能示范工程的技术参数、系统接线、能量管理等问题；最后对未来储能电站技术进行了展望。     

大规模电化学储能系统发展现状及示范应用综述

随着储能技术的飞速发展,大规模储能系统已经成为保证电力系统可靠供电的一个重要手段,其中电化学储能系统因其独特的性能已成为优先发展方向之一。为推动储能技术的发展,加快大规模储能系统的高效利用,国内外相继开工并已建成了若干大规模电化学储能系统示范电站并应用于电网。介绍了电化学储能技术分类及其各自的工作原理,总结了近年来国内外建设的大规模电化学储能系统示范电站,并指出电化学储能系统的安装地点、储能规模和在电网中所发挥的功能,比较全面地阐述了铅酸电池、液流电池、钠硫电池和锂离子电池等主要电化学储能系统的主要特征。最后,对大规模电化学储能系统存在的问题、技术方向和未来发展趋势进行了探讨和展望。     

大规模电化学储能系统发展现状及示范应用综述

随着储能技术的飞速发展,大规模储能系统已经成为保证电力系统可靠供电的一个重要手段,其中电化学储能系统因其独特的性能已成为优先发展方向之一。为推动储能技术的发展,加快大规模储能系统的高效利用,国内外相继开工并已建成了若干大规模电化学储能系统示范电站并应用于电网。介绍了电化学储能技术分类及其各自的工作原理,总结了近年来国内外建设的大规模电化学储能系统示范电站,并指出电化学储能系统的安装地点、储能规模和在电网中所发挥的功能,比较全面地阐述了铅酸电池、液流电池、钠硫电池和锂离子电池等主要电化学储能系统的主要特征。最后,对大规模电化学储能系统存在的问题、技术方向和未来发展趋势进行了探讨和展望。     

铅炭电池的性能及其在电力储能中的应用

铅炭电池是在铅酸电池的负极以不同方式加入具有双电层电容特性的炭,将铅酸电池的比能量优势和超级电容器大容量充放电的优点融合在一起的新型电池。铅炭电池具有高倍率充放电、浅充放状态下循环寿命长等优势,而这一优势正好与通过储能来平滑可再生能源输出、电网调频的功率需求相吻合。铅炭电池成本为150~200美元/（kW·h）,是目前相对经济可行的电力储能技术路线之一。铅炭电池储能系统在光伏输出功率平滑和削峰填谷、风电输出功率平滑、电网调频示范项目中的成功应用,说明铅炭电池在电力储能方面具有很好的应用前景。     

几类面向电网的储能电池介绍

储能技术在现代电力系统中的作用日益凸显,储能电池则是大规模储能技术的重要发展方向。文中就目前比较成熟的储能电池体系,包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池的发展历史、研发现状,以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了讨论。文中重点介绍了钠离子电池和液态金属电池等2类新兴的电化学储能技术的研究现状、技术优势及现存挑战等。通过比较,认为在进一步提高现有电池性能、降低储能价格的同时,亟需发展下一代能满足大规模储能应用的电化学储能新体系。     

新能源分布式发电系统储能电池综述

风、光等新能源分布式发电受天气和气候的影响出现间隙性和随机性等使得发电的不稳定缺点正成为阻碍其深度发展的重要障碍。储能技术的发展和应用,打破了风电、光伏发电等的接入和消纳瓶颈问题。介绍了应用于储能系统的主要化学储能电池:铅酸电池、液流电池、钠硫电池和锂电池的技术发展、组成结构和储能原理,详细对比了各种电池的性能及特点,特别对能量密度、功率密度和功率等级进行介绍,这是储能系统电池元件选择的关键,最后对储能电池的应用和发展作了展望。     

储能用长寿命LL-S阀控式铅酸蓄电池的开发

新开发的产品,适合于有效利用自然能源和夜间电力的长寿命电力储备用阀控式铅酸蓄电池。(1)正极板采用耐腐蚀的板栅合金,减小了板栅的腐蚀变形,另外,选用高密度的活物质铅膏;(2)为提高负极充电性能,采用石墨添加剂;(3)新开发的产品,电池组在使用时可通过金属柜结构有效地控制电池温度上升及电池间的温差,使循环寿命达4500次(25oC、70%放电量),充放电效率87%,电池性能优于传统同类产品。该产品在相关的电力储备系统经过2年零6个月的实车运行试验被确认为运行良好,实用毫无问题。     

智能电网建设方案初探

在可再生能源发展中,作为电网技术核心的储能技术,是解决可再生能源间歇性供电问题最有效的方法。介绍了超级电容储能技术在分布式发电中应用的优点。通过在PSCAD下建模仿真说明了其在解决分布式发电电能质量等问题方面有很好的效果。     

大规模储能系统辅助常规机组调频技术分析

由于新能源发电具有间歇性、随机性等特点,随着其装机容量的逐渐增大,电网调频备用容量不足的问题日益凸显。传统调频机组因其固有特性难以使实际出力与理论计算值相吻合,并且难以应对电力系统快速发展、新能源发电并网等引起的频率稳定问题。储能作为一种新兴技术,具有响应速度快、短时功率吞吐能力强、调节方向易改变等优点,可与常规调频技术相结合,作为电网调频的有效辅佐手段。该文立足于不同的实际电网情况进行储能容量配置研究,探索储能辅助传统机组调频的控制策略,为今后储能系统参与电网调频的工程应用提供一定的借鉴意义。     

储能技术在电力系统中的应用

基于大规模电力储能技术的研究和应用现状,从需求、技术和经济的角度出发,考虑到我国能源的区域性特征、“西电东送、南北互供、全国联网”格局和国家中长期发展战略,探讨了电力储能技术发展的趋势。“十一五”期间国家电网公司将立足研发100 kW级全钒液流电池、MW级钠流电池和MJ级容量液氮温区运行超导储能系统,加快建设10 GW级抽水蓄能混合式电站,以优化电网配置、加强调节和输变电能力、解决跨区域供需矛盾、确保电网安全可靠运行,并满足人们对电能质量的要求和可再生能源发展的需要。     

Multiple roles coordinated control of battery storage units in a large‐scale island microgrid application

In order to build a large‐scale island microgrid with 100% penetration intermittent photovoltaic power generation as the only power source, a structure with multiple role battery energy storage systems (BESSs) is proposed in this paper based on the analysis of energy storage demand in the island microgrid and performance comparison of two types of batteries. The storage system in the proposed structure is composed of three types of functional BESSs. In detail, the master control units (MCUs) with LiFePO4 batteries are responsible for the voltage and frequency stability and instantaneous power balance, slave storage units (SSUs) with lead‐acid batteries are responsible for daily energy storage, and multi‐function units (MFUs) with LiFePO4 batteries are used for short‐time energy regulation. A hierarchical control structure is adopted in the system. At the local level, the converters of the MCUs are controlled as the voltage sources in paralleled mode as grid‐forming units, and those of SSUs and MFUs are controlled in the current source mode as grid‐feeding units. At the system level, a real‐time power balance coordinated control strategy is proposed, which has the capability of efficient and orderly operation of different types of BESSs. Simulation and practical operation analysis of the Qumalai 7.023 MW microgrid demonstrate the practicality and effectiveness of the research methods of the island microgrid. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

考虑电动汽车移动储能的微电网调度

将电动汽车电池集成到微电网可以为微电网提供额外的电能存储,其收益取决于市场电力价格、电动汽车充电状态和进站/出站率等因素.假设微电网由热力机组、可再生能源和含储能设施的停车场组成.文章提出了一种考虑电动汽车移动储能特性的能源管理优化模型,模型的目标函数是最小化预期的总运营成本,包括前期市场的能源购销成本、热力机组的启停...     

计及风电汇集系统静态电压稳定性的网储联合规划

化石能源急剧消耗和生态环境问题的凸显,使得以风电、光伏为代表的可再生能源迅速发展。然而,网源发展不协调、风电随机性及并网点电压稳定性等一系列问题阻碍了风电大规模并网。综合考虑风电的不确定性、规划方案的经济性和风电场汇集系统静态电压稳定性等3个方面,建立了计及风电场接入的网储联合规划模型。考虑到模型的非线性特征,提出利用改进粒子群算法求解联合规划问题。改进的Garver-6节点系统算例结果表明,联合规划模型可以有效减少弃风率,在考虑经济性的同时兼顾稳定性问题。     

光储直流微网能量协调控制方法

直流微网中分布式电源出力的随机波动性,不仅会引起直流母线电压大范围波动,还会影响系统的稳定运行。对此,提出了一种光储直流微网能量协调控制方法,实现了因系统功率供需不平衡引起的母线电压波动的快速平抑。该方法优先利用新能源为负荷供电,通过设定并网变换器和储能模块的工作阈值以协调管理各模块间的能量流动,避免直流母线电压小范围波动引起电力电子器件频繁动作,实现能量的最优利用。在并网状态下,直流微网通过并网变换器与大电网进行能量交换;在离网状态下,光伏模块与混合储能模块协调配合给本地负载供电。其中,考虑混合储能模块的充放电裕量,结合超级电容功率密度大和锂电池能量密度高的特点,混合储能模块让超级电容先工作来平衡系统瞬时功率,提高系统的动态响应特性,减少锂电池动作次数,延长使用寿命。锂电池工作后,可以配合超级电容调整直流母线电压,防止超级电容达到饱和的速度过快。仿真验证了所提方法的有效性。     

电网侧大规模电化学储能运行效率及寿命衰减建模方法综述

电化学储能在电力系统中扮演着重要的角色,近期对电网侧大规模电化学储能参与电力系统调度运行及控制的研究层出不穷。电化学储能的运行效率和寿命衰减特性受到储能充放电速率、充放电深度和运行温度的非线性影响,这些影响在现有的电网侧电化学储能研究中考虑的并不全面。文中介绍了锂离子电池、超级电容和全钒液流电池3种电化学储能系统的原理与特点,综述并归纳了这3种电化学储能系统运行效率的建模方法和寿命衰减的建模方法。最后,提出了电网侧大规模电化学储能系统运行效率和寿命衰减建模方法有待进一步考虑的问题,并对未来的研究方向进行了展望。