儲能技術(shù)及其在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究PPT學(xué)習(xí)課件

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng) 二、多元復(fù)合儲能技術(shù)二、多元復(fù)合儲能技術(shù) 三、新型電力系統(tǒng)三、新型電力系統(tǒng) 四、四、HUST儲能研究進(jìn)展簡介儲能研究進(jìn)展簡介 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng) 二、多元復(fù)合儲能技術(shù)二、多元復(fù)合儲能技術(shù) 三、新型電力系統(tǒng)三、新型電力系統(tǒng) 四、四、HUST儲能研究進(jìn)展簡介儲能研究進(jìn)展簡介 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的快速發(fā)展風(fēng)電的快速發(fā)展 2008：世界最大風(fēng)電裝機(jī)國25GW 2030年，20% 的風(fēng)電 300GW Increasing Wind Energys Contribution to U.S. Ele

2、ctricity Supply (DoE Report, 2008) 美國：美國： 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的快速發(fā)展風(fēng)電的快速發(fā)展 2009年底: 20GW, 其中： 并網(wǎng)：16.13GW (80.07%) 非并網(wǎng)：3.87GW (19.35%) 2010年底：30GW（預(yù)計） 2020年底：100GW（預(yù)計） 中國：中國： 可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃：2010年，年，5GW；2020年：年：30GW 國家能源局規(guī)劃：國家能源局規(guī)劃：2010年：年：2千萬千瓦；千萬千瓦；2020年：年：1億千瓦，超過總裝機(jī)的億千瓦，超過總裝機(jī)的8；7個千萬千瓦級個千萬千瓦級

3、 的的“風(fēng)電三峽風(fēng)電三峽” 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的快速發(fā)展風(fēng)電的快速發(fā)展 歐洲：歐洲： 20:20:20 targets by Year 2020 20% 溫室氣體排放減少 20% 可再生能源增加 20% 能耗減少 風(fēng)電為代表的可再生能源規(guī)?；贸蔀槿蜈厔?！風(fēng)電為代表的可再生能源規(guī)?；贸蔀槿蜈厔?！ 3月月6月月 9月月 11月月 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將使電力系統(tǒng)的特性發(fā)生深刻的變化！大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將使電力系統(tǒng)的特性發(fā)生深刻的變化！ 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的特性：隨機(jī)、波動風(fēng)電的特性：隨機(jī)、波動 發(fā)電發(fā)電 （穩(wěn)定、可控）（穩(wěn)定、可控） 輸配電輸配電 用電用電 （

4、隨機(jī)，不可控）（隨機(jī)，不可控） 發(fā)電側(cè)輸出功率穩(wěn)定且可控，用電側(cè)負(fù)荷隨機(jī)性大：發(fā)電側(cè)輸出功率穩(wěn)定且可控，用電側(cè)負(fù)荷隨機(jī)性大：一組隨機(jī)變量一組隨機(jī)變量 電能難以大規(guī)模存儲電能難以大規(guī)模存儲：發(fā)輸用三個環(huán)節(jié)功率實時平衡：發(fā)輸用三個環(huán)節(jié)功率實時平衡 因故障導(dǎo)致系統(tǒng)功率嚴(yán)重失衡時，切機(jī)切負(fù)荷：因故障導(dǎo)致系統(tǒng)功率嚴(yán)重失衡時，切機(jī)切負(fù)荷：被動致穩(wěn)被動致穩(wěn) 火電火電 水電水電 核電核電 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特點傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特點 發(fā)電側(cè)輸出功率和用電側(cè)負(fù)荷都存在隨機(jī)性：發(fā)電側(cè)輸出功率和用電側(cè)負(fù)荷都存在隨機(jī)性：兩組獨立隨機(jī)變量兩組獨立隨機(jī)變量 電能難以大規(guī)模存儲：電能難以大規(guī)模存儲：

5、功率失衡可能成為電網(wǎng)的一種常態(tài)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全功率失衡可能成為電網(wǎng)的一種常態(tài)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全 發(fā)電發(fā)電 （隨機(jī)）（隨機(jī)） 用電用電 （隨機(jī)）（隨機(jī)） 火電火電 水電水電 核電核電 風(fēng)電風(fēng)電 電網(wǎng)對大規(guī)模風(fēng)電的接入持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度！電網(wǎng)對大規(guī)模風(fēng)電的接入持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度！ 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新特點現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新特點 可再生能源法：可再生能源法：全額收購全額收購；可再生能源法修正案：；可再生能源法修正案：全額保障性收購全額保障性收購 能接納多大比例的風(fēng)電能接納多大比例的風(fēng)電 在高比例風(fēng)電條件下如何保證電力系統(tǒng)的安全運行在高比例風(fēng)電條件下如何保證電力系統(tǒng)的安全運行

6、大型風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)已成為可再生能源規(guī)模利用的瓶頸！大型風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)已成為可再生能源規(guī)模利用的瓶頸！ ？ 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的穿透功率風(fēng)電的穿透功率 提高提高電網(wǎng)調(diào)度電網(wǎng)調(diào)度能力和水平：有調(diào)節(jié)能力的水電、火電能力和水平：有調(diào)節(jié)能力的水電、火電 提高提高風(fēng)電預(yù)測風(fēng)電預(yù)測精度，為電網(wǎng)調(diào)度提供技術(shù)支持精度，為電網(wǎng)調(diào)度提供技術(shù)支持 提高提高風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)水平：低電壓穿越能力、有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)、電壓控制的技術(shù)水平：低電壓穿越能力、有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)、電壓控制 利用儲能技術(shù)應(yīng)對風(fēng)電的隨機(jī)和波動利用儲能技術(shù)應(yīng)對風(fēng)電的隨機(jī)和波動 （可再生能源法修正案：發(fā)展和應(yīng)用智能電網(wǎng)、儲能等技術(shù)

7、，提高吸納可再 生能源電力的能力） 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng) 二、多元復(fù)合儲能二、多元復(fù)合儲能 三、新型電力系統(tǒng)三、新型電力系統(tǒng) 四、四、HUST儲能研究進(jìn)展簡介儲能研究進(jìn)展簡介 抽水蓄能抽水蓄能 先進(jìn)蓄電池儲能先進(jìn)蓄電池儲能 飛輪儲能飛輪儲能 超導(dǎo)磁儲能超導(dǎo)磁儲能 超級電容器儲能超級電容器儲能 壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 抽水蓄能抽水蓄能：大容量、大功率：大容量、大功率 核電和抽水蓄能將在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用！核電和抽水蓄能將在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用！ 為火電和核電機(jī)組提

8、供穩(wěn)定的負(fù)荷為火電和核電機(jī)組提供穩(wěn)定的負(fù)荷 2008年發(fā)電量：世界：年發(fā)電量：世界：17，中國：中國：2 核電裝機(jī)：核電裝機(jī)：2020年年，1.15，60GW 抽水蓄能裝機(jī)：抽水蓄能裝機(jī)：2020年，年，5 特性：靜止特性：靜止?jié)M載滿載 22.5min 空載空載滿載滿載 3035s 技術(shù)較成熟，受地理條件限制技術(shù)較成熟，受地理條件限制 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 蓄電池蓄電池：中等規(guī)模，易分散安裝：中等規(guī)模，易分散安裝 鈉硫電池、液流電池、鋰電池鈉硫電池、液流電池、鋰電池 提高容量、充放電速度及次數(shù)提高容量、充放電速度及次數(shù) 降低成本，增強(qiáng)環(huán)保降低成本，增強(qiáng)環(huán)保 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 單個飛

9、輪儲能系統(tǒng)單個飛輪儲能系統(tǒng) 能量存儲模塊 能 量 轉(zhuǎn) 化 模 塊 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：飛輪儲能飛輪儲能 2 1 2 EJ 電氣 最大持續(xù)輸出功率：250kW；最大輸出能量：25kWh 外接電網(wǎng)電壓：DC800V；旋轉(zhuǎn)損耗：2% 設(shè)計年限：20年；響應(yīng)時間：ms 物理 飛輪：直徑 91cm，高 152cm；重 1360kg 變換器模塊：大小 91cm61cm46cm；重 68kg 環(huán)境 工作溫度范圍：-40+50；防震標(biāo)準(zhǔn)：4級以下地震 濕度限制：95%（非冷凝）；安裝地點：地面混凝土上或拖車內(nèi) 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Beacon Power公司公司 室內(nèi)固定式飛輪儲能系統(tǒng)

10、矩陣 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Beacon Power公司公司 車載式飛輪儲能系統(tǒng)矩陣 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Beacon Power公司公司 調(diào)頻電站調(diào)頻電站：40MW / 10k kWh 40個車載式飛輪矩陣構(gòu)成，40MW持續(xù)15min， 預(yù)期壽命20年；占地面積減少 提供有效動態(tài)無功補(bǔ)償，提高電壓穩(wěn)定性 提供低成本的頻率控制 增大系統(tǒng)阻尼 提供15min可靠的后備電源 減小傳輸擁擠 不消耗燃料、不產(chǎn)生廢氣 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Beacon Power公司公司 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Active Power公司公司F-UPS 消除了傳

11、統(tǒng)UPS中的蓄電池部分，可靠性達(dá)99.99999（5min/年）； 效率96（傳統(tǒng)UPS最高為93%）； 維護(hù)工作量小、成本低； 占地面積僅為蓄電池型UPS的1/4，能量密度高； 可擴(kuò)展性強(qiáng)：單系統(tǒng)120kVA 3.6 MVA； 無限次數(shù)充放電，充電速度快； 工作壽命長： 產(chǎn)品使用壽命超過為20年； 對環(huán)境溫度要求低（啟動溫度：-2040 / 運行溫度：040）； 抗過載能力強(qiáng)； 無污染、綠色環(huán)保。 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國美國Active Power公司公司F-UPS 100MW/100MJ；正常運行時功率為700kW 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：美國西屋公司的脈沖發(fā)電機(jī)美國西屋公司

12、的脈沖發(fā)電機(jī) 高能量密度：最大效率地利用裝置的空間與重量 超長壽命：數(shù)以萬次的儲能循環(huán)周期 快速儲能能力：儲能與釋能速度比接近1:1 高儲能效率：內(nèi)部真空與磁懸浮技術(shù)實現(xiàn)了低損耗 操作可視性強(qiáng)：飛輪轉(zhuǎn)速直接表征存儲的能量 操作可靠性強(qiáng)：電力電子技術(shù)與電機(jī)技術(shù)均較成熟 受溫度變化影響?。涸谳^寬的設(shè)計溫度范圍內(nèi)都能正常運行 維護(hù)費用低：僅輔助設(shè)備需要年度養(yǎng)護(hù) 綠色科技：無危險化學(xué)物質(zhì)排放，不破壞生態(tài)平衡 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：飛輪儲能的優(yōu)勢飛輪儲能的優(yōu)勢 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 儲能技術(shù)將在未來電力系統(tǒng)中占有重要地位儲能技術(shù)將在未來電力系統(tǒng)中占有重要地位 電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)：“發(fā)輸用發(fā)輸用

13、” “發(fā)輸用儲發(fā)輸用儲” 火電火電 水電水電 核電核電 風(fēng)電風(fēng)電 儲能儲能儲能儲能儲能儲能 發(fā)電發(fā)電 輸配電輸配電 用電用電 對儲能系統(tǒng)的要求：對儲能系統(tǒng)的要求：大容量、大功率、快響應(yīng)、長壽命、低成本、易維護(hù)、便大容量、大功率、快響應(yīng)、長壽命、低成本、易維護(hù)、便 安裝安裝 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 單種儲能技術(shù)還難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求：單種儲能技術(shù)還難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求：大容量、大功率、快響應(yīng)、長大容量、大功率、快響應(yīng)、長 壽命、低成本、易維護(hù)、便安裝壽命、低成本、易維護(hù)、便安裝 多元復(fù)合儲能：多元復(fù)合儲能：綜合利用各種儲能技術(shù)的特點，通過在一點或多點并聯(lián)運

14、行的綜合利用各種儲能技術(shù)的特點，通過在一點或多點并聯(lián)運行的 方式，組成能夠滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)需求的綜合儲能系統(tǒng)。方式，組成能夠滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)需求的綜合儲能系統(tǒng)。 一種可行的組合方案：一種可行的組合方案：抽水蓄能蓄電池飛輪儲能抽水蓄能蓄電池飛輪儲能 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 風(fēng)電隨機(jī)波動的控制調(diào)節(jié)：不同時間尺度上的控制風(fēng)電隨機(jī)波動的控制調(diào)節(jié)：不同時間尺度上的控制 飛輪蓄電池飛輪蓄電池 蓄電池抽水蓄能蓄電池抽水蓄能 抽水蓄能抽水蓄能電網(wǎng)調(diào)度電網(wǎng)調(diào)度 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng) 二、多元復(fù)合儲能技術(shù)二、多元復(fù)合儲能技術(shù) 三、新型電力系統(tǒng)三、新型電

15、力系統(tǒng) 四、四、HUST儲能研究進(jìn)展簡介儲能研究進(jìn)展簡介 基于多元復(fù)合儲能的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)方法基于多元復(fù)合儲能的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)方法 新型電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng) 含高比例風(fēng)電、核電、儲能含高比例風(fēng)電、核電、儲能 快速響應(yīng)容量，快速響應(yīng)容量，主動致穩(wěn)主動致穩(wěn) 平抑smin級功率 波動 平抑?jǐn)?shù)min及以上功 率波動 區(qū)域大電網(wǎng)區(qū)域大電網(wǎng) 高壓遠(yuǎn)距離輸電高壓遠(yuǎn)距離輸電 多元復(fù)合儲能多元復(fù)合儲能 新型電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng) 二、多元復(fù)合儲能技術(shù)二、多元復(fù)合儲能技術(shù) 三、新型電力系統(tǒng)三、新型電力系統(tǒng) 四、四、HUST儲能研究進(jìn)展簡介儲能研究進(jìn)展簡介 HU

16、ST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：飛輪飛輪FPC 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量18.7 kg m2 (=0.3+18.4) 飛輪飛輪D=0.7m，H=0.1m 總重量總重量353.7kg (=53.5+300.2) 磁環(huán)磁環(huán) 釹鐵硼釹鐵硼N45 H=10mm D=300/250 mm 上下盤距上下盤距7mm（350kg浮力）浮力） 10kW100kJ 基于飛輪儲能的柔性功率調(diào)節(jié)器（基于飛輪儲能的柔性功率調(diào)節(jié)器（FPC） 35kJ7.5kW 直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（SMES） HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：超導(dǎo)超導(dǎo)SMES 35kJ7.5kW 直接冷卻高溫

17、超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（SMES） HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：超導(dǎo)超導(dǎo)SMES 移動組件式直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（移動組件式直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（M-SMES） HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：M-SMES 移動組件式直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（移動組件式直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（M-SMES） HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：M-SMES 試驗地點：湖北省宜昌市秭歸縣茅坪鎮(zhèn)老虎口水電站 M-SMES現(xiàn)場試驗：抑制功率振蕩現(xiàn)場試驗：抑制功率振蕩 HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：M-SMES M-SMES現(xiàn)場試

18、驗：穩(wěn)定母線電壓現(xiàn)場試驗：穩(wěn)定母線電壓 HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：M-SMES 神光神光III能源系統(tǒng)能源系統(tǒng) 脈沖電源組件脈沖電源組件 高儲能密度高壓脈沖電容器高儲能密度高壓脈沖電容器 儲能密度：儲能密度：1.7kJ/L HUST儲能研究進(jìn)展簡介：儲能研究進(jìn)展簡介：高儲密電容器高儲密電容器 總總 結(jié)結(jié) 1、風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)使電力系統(tǒng)面臨發(fā)電側(cè)和用電側(cè)兩組隨機(jī)變量、風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)使電力系統(tǒng)面臨發(fā)電側(cè)和用電側(cè)兩組隨機(jī)變量 的平衡問題。的平衡問題。 2、多元復(fù)合儲能技術(shù)是一種可行的解決方案，為電力系統(tǒng)提供快速、多元復(fù)合儲能技術(shù)是一種可行的解決方案，為電力系統(tǒng)提供快速 相應(yīng)容量，

19、實現(xiàn)主動致穩(wěn)。相應(yīng)容量，實現(xiàn)主動致穩(wěn)。 3、未來電力系統(tǒng)將是含有高比例風(fēng)電、核電和儲能的新型電力系統(tǒng)，、未來電力系統(tǒng)將是含有高比例風(fēng)電、核電和儲能的新型電力系統(tǒng)， 將成為將成為“發(fā)發(fā)-輸輸-用用-儲儲”4環(huán)節(jié)電力系統(tǒng)。環(huán)節(jié)電力系統(tǒng)。 3月月6月月 9月月 11月月 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將使電力系統(tǒng)的特性發(fā)生深刻的變化！大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將使電力系統(tǒng)的特性發(fā)生深刻的變化！ 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：風(fēng)電的特性：隨機(jī)、波動風(fēng)電的特性：隨機(jī)、波動 發(fā)電側(cè)輸出功率和用電側(cè)負(fù)荷都存在隨機(jī)性：發(fā)電側(cè)輸出功率和用電側(cè)負(fù)荷都存在隨機(jī)性：兩組獨立隨機(jī)變量兩組獨立隨機(jī)變量 電能難以大規(guī)模存儲：電能難以大規(guī)模存儲：功率失衡可能成為電網(wǎng)的一種常態(tài)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全功率失衡可能成為電網(wǎng)的一種常態(tài)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全 發(fā)電發(fā)電 （隨機(jī)）（隨機(jī)） 用電用電 （隨機(jī)）（隨機(jī)） 火電火電 水電水電 核電核電 風(fēng)電風(fēng)電 電網(wǎng)對大規(guī)模風(fēng)電的接入持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度！電網(wǎng)對大規(guī)模風(fēng)電的接入持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度！ 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)：現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新特點現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新特點 可再生能