總結(jié)：儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用概述2013

#3應(yīng)用情況國(guó)外抽水蓄能電站日、美、西歐等國(guó)家和地區(qū)在20世紀(jì)60~70年代進(jìn)入抽水蓄能電站建設(shè)的高峰期，到目前為止，美國(guó)和西歐經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水儲(chǔ)能機(jī)組容量占世界抽水蓄能電站總裝機(jī)容量55%以上，其中：美國(guó)約占3%，日本超過(guò)10%；中國(guó)、韓國(guó)和泰國(guó)3個(gè)國(guó)家在建抽水蓄能電站17.53GW,加上日本的在建量達(dá)24.65GW。近年國(guó)外投入運(yùn)行的8大抽水蓄能電站：電站國(guó)家裝機(jī)容量/MW投入年份落基山美國(guó)7601995錫亞比舍伊朗10001996奧清津II日本6001996葛野川日本16001999拉姆它昆泰國(guó)10002000金谷德國(guó)10602003神流川日本28202005小丸川日本120020073.1.2壓縮空氣儲(chǔ)能電站世界上第一個(gè)商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)電站為1978年在德國(guó)建造的Huntdorf電站，裝機(jī)容量為290MW，換能效率77%，運(yùn)行至今，累計(jì)啟動(dòng)超過(guò)7000次，主要用于熱備用和平滑負(fù)荷。在美國(guó)，McIntosh電站裝機(jī)容量為100MW，Norton電站裝機(jī)容量為2.76W，用于系統(tǒng)調(diào)峰；2005年由Ridge和EIPaso能源公司在Texas開(kāi)始建造Markham電站，容量為540乂亞。在日本，1998年施工建設(shè)北海道三井砂川礦坑儲(chǔ)氣庫(kù)，2001年CAES運(yùn)行，輸出功率2MW。在瑞士，ABB公司正在開(kāi)發(fā)大容量聯(lián)合循環(huán)CAES電站，輸出功率442MW，運(yùn)行時(shí)間為8h，貯氣空洞采用水封方式。此外，俄羅斯、法國(guó)、意大利、盧森堡、以色列等國(guó)也在長(zhǎng)期致力于CAES的開(kāi)發(fā)。

3.1.3飛輪儲(chǔ)能研發(fā)機(jī)構(gòu)基本參數(shù)技術(shù)特點(diǎn)作用日本四個(gè)綜合研究所8MWh，儲(chǔ)能放電各4h，待機(jī)16h高溫超導(dǎo)磁浮立時(shí)軸承，儲(chǔ)效84%平滑負(fù)荷日本原子力研究所215MW/8GJ輸出電壓18kV,輸出電流6896A，儲(chǔ)效85%UPS美國(guó)Vista公司277kWh引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全程調(diào)峰美國(guó)馬里蘭大學(xué)(1991)24kWh,11610?46345rad/min電磁懸浮軸承，輸出恒壓110V/240V，儲(chǔ)效81%電力調(diào)峰美國(guó)波音公司100kW/5kWh高溫超導(dǎo)磁浮軸承電力調(diào)峰德國(guó)(1996)5MW/100MWh,2250?4500rad/min超導(dǎo)磁浮軸承，儲(chǔ)效96%儲(chǔ)能電站歐洲UrencPower公司(2001)轉(zhuǎn)速42000rad/min高強(qiáng)度碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料UPS巴西(2004)額定轉(zhuǎn)速3000rad/min超導(dǎo)與永磁懸浮軸承電壓補(bǔ)償3.1.4超級(jí)電容儲(chǔ)能研發(fā)機(jī)構(gòu)基本參數(shù)技術(shù)特點(diǎn)作用西門(mén)子公司儲(chǔ)量21MJ/5.7Wh,最大功率1MW4800支2600F/2.5V電容器組成，儲(chǔ)效95%地鐵配電美國(guó)TVA電力公司200kW用于大功率直流電機(jī)啟動(dòng)支撐3.1.5超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能年份應(yīng)用地基本參數(shù)作用1982美國(guó)30MJ/10MW抑制系統(tǒng)低頻振蕩和支撐系統(tǒng)電壓1993美國(guó)阿拉斯加電網(wǎng)1.8GJ提高電網(wǎng)供電可靠性2000美國(guó)威斯康辛某電網(wǎng)6x3MJ/8MVA避免電壓凹陷和短路故障2002美國(guó)田納西某電網(wǎng)8x3MJ/8MW維護(hù)輸電網(wǎng)電壓穩(wěn)定2002日本Chubu公司7.3MJ/5MW提供瞬時(shí)電壓補(bǔ)償2003日本Chubu公司1MJ,Bi-2212提供瞬時(shí)電壓跌落2006日本Hosoo電站10MW補(bǔ)償瞬時(shí)電壓跌落2002德國(guó)ACCEL150KJ,Bi-2223用于20kVAUPS系統(tǒng)，與電網(wǎng)相連以提高電能質(zhì)量，同時(shí)發(fā)揮有源電力濾波器作用2001韓國(guó)電力研究所1MJ/300VA有效維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行2006韓國(guó)電力研究所3MJ/750kVA提高敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量3.1.6鉛酸電池儲(chǔ)能鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電廠(chǎng)、變電站充當(dāng)備用電源已使用多年，并在維持電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行方面發(fā)揮了極其重要的作用：鉛酸電池系統(tǒng)名稱(chēng)和位置額定功率/容量(MW/MWh)功能安裝時(shí)間BEWAG,Berlin（德國(guó)）8.5/8.5熱備用、頻率控制1986Crescent,NorthCarolina0.5/0.5峰值調(diào)節(jié)1987Chino,California美國(guó)）10/40熱備用、平衡負(fù)荷1988PREPA,PuertoRico（波多黎各）20/14熱備用、頻率控制1994Vernon,California（美國(guó)）3/4.5提高電能質(zhì)量1995Metlakatla,Alaska（美國(guó)）1/1.4提高孤立電網(wǎng)穩(wěn)定性1997ESCAR,Madrid（西班牙）1/4平衡負(fù)荷20世紀(jì)90年代后期Herne-Sodingen（德國(guó)）1.2/1.2削峰、提高電能質(zhì)量20世紀(jì)90年代后期3.1.7鈉硫電池系統(tǒng)東京電力公司在鈉硫電池系統(tǒng)研發(fā)方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，擁有較為成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，1999年在大仁變電站設(shè)置6MWX8h系統(tǒng)，2004年7月又在Hitachi自動(dòng)化系統(tǒng)工廠(chǎng)安裝了目前世界上最大的鈉硫電池系統(tǒng)，容量9.6MW/57.6MWh；鈉硫電池系統(tǒng)在電力系統(tǒng)和負(fù)荷側(cè)成功應(yīng)用100余套，總?cè)萘砍^(guò)100MW，其中近2/3用于平滑負(fù)荷。2004年，在美國(guó)哥倫比亞空軍基地安裝了12MW/120MWh鈉硫電池系統(tǒng)，充當(dāng)備用電站。3.1.8液流電池系統(tǒng)20世紀(jì)90年代初，英國(guó)Innogy公司成功開(kāi)發(fā)出5、20和100kW系列多硫化鈉/溴液流儲(chǔ)能電堆，并于2001年和2002年分別在英國(guó)和美國(guó)各建造了120MWh儲(chǔ)能電站，用

于電站調(diào)峰和UPS。2001年，250kW/520kWh全釩液流電池在日本投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。近十多年來(lái)，美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家相繼將與風(fēng)能/光伏發(fā)電相配套的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)用于電站調(diào)峰：地點(diǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模功用研發(fā)單位時(shí)間愛(ài)爾蘭風(fēng)電場(chǎng)2MWx6h風(fēng)/儲(chǔ)發(fā)電并網(wǎng)加拿大VRBPowerSystemsInc.2006年8月美國(guó)猶他州250kWx8h削峰填谷2004年2月澳洲金島風(fēng)場(chǎng)200kWx8h風(fēng)/儲(chǔ)/柴聯(lián)合2003年11月丹麥15kWx8h風(fēng)力/儲(chǔ)能發(fā)電2006年6月南非250kW/520kWh應(yīng)急備用2002年美國(guó)南卡羅來(lái)納州30/60kWx2h備用電源2005年10月美國(guó)佛羅里達(dá)州2x5kWx4h光伏/儲(chǔ)能發(fā)電2007年7月意大利5kWx4h電信備用電源2006年4月丹麥5kWx4h風(fēng)力/光伏發(fā)電2006年4月加拿大10kWh偏遠(yuǎn)地區(qū)供電2006年3月德國(guó)10kWh光/儲(chǔ)并網(wǎng)2005年9月泰國(guó)1kWh/12kWh光伏/儲(chǔ)能應(yīng)用V-FuelPtyLtd1993年日本200kW/800kWh平穩(wěn)負(fù)載波動(dòng)住友電工1997年關(guān)西電力450kW/1MWh電站調(diào)峰1999年日本1.5MW/3MWh電能質(zhì)量2001年北海道170kW/1MWh風(fēng)/儲(chǔ)并用系統(tǒng)2001年3.2國(guó)內(nèi)目前我國(guó)風(fēng)電儲(chǔ)能示范項(xiàng)目達(dá)幾十個(gè)，但真正上規(guī)模、達(dá)兆瓦級(jí)的僅僅有南方電網(wǎng)的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目與國(guó)網(wǎng)的張北項(xiàng)目。其中南方電網(wǎng)的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目規(guī)模為10MW,在廣州建設(shè)了10MW儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，主要是鋰電池技術(shù)。而張北項(xiàng)目規(guī)模達(dá)20MW，是國(guó)內(nèi)最大規(guī)模儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，從目前的運(yùn)行情況看，能夠滿(mǎn)足風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)的功能性要求。但儲(chǔ)能電池的壽命、安全性以及經(jīng)濟(jì)性方面還存在問(wèn)題。尤其是經(jīng)濟(jì)性，這已成為阻礙儲(chǔ)能發(fā)展的重要問(wèn)題。張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目一期工程總投資達(dá)33億元，其中20MW儲(chǔ)能電池的投資約4億元，每MW儲(chǔ)能的總投入為2000萬(wàn)元，實(shí)際儲(chǔ)能工程的投資甚至超過(guò)4億元。據(jù)悉，張北現(xiàn)投運(yùn)的14MW的鋰離子電池，國(guó)際上的項(xiàng)目每MW總成本也約在1130萬(wàn)元-2500萬(wàn)元左右。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，20％的儲(chǔ)能可以解決風(fēng)電并網(wǎng)的大量問(wèn)題。截至2011年年底，我國(guó)有47000MW的風(fēng)電裝機(jī)，如果以20%的比例全部配備儲(chǔ)能則需要安裝9400MW的儲(chǔ)能，即使按照每兆瓦2000萬(wàn)元的工程成本計(jì)算，需要一次性投入1880億元。儲(chǔ)能電池的實(shí)際壽命多為5年左右。也就是說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)不棄風(fēng)，每年儲(chǔ)能的投入將達(dá)近400億元。而能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量47000MW，全年平均利用小時(shí)數(shù)為1903，據(jù)此測(cè)算，2011年累計(jì)風(fēng)電發(fā)電量為890億千瓦時(shí)，若以5毛錢(qián)一度的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，如果棄風(fēng)高達(dá)15%-35%，實(shí)際損失約為78.52億元-239.61億元。不棄風(fēng)顯然沒(méi)有棄風(fēng)劃算。儲(chǔ)能電池技術(shù)種類(lèi)繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)能根據(jù)不同領(lǐng)域需要已有12種不同的技術(shù)路線(xiàn)。降低儲(chǔ)能成本的關(guān)鍵在于破解儲(chǔ)能電池的安全性、循環(huán)壽命等難題。專(zhuān)家指出，這些技術(shù)的突破是儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前提，但電池技術(shù)的成熟恐怕還需要多年，悲觀看可能超過(guò)十年。張北示范項(xiàng)目采用的鋰電池技術(shù)是否能夠代表儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向還存在爭(zhēng)議。中國(guó)工程院院士楊裕生認(rèn)為，鋰離子電池雖有高比能量、高比功率、高能量轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，但該技術(shù)目前價(jià)格較高，更重要的是安全性還較差，而對(duì)于電力系統(tǒng)而言安全最重要。他介紹，南方電網(wǎng)的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的鋰離子電池組曾冒煙22次。據(jù)了解，張北20MW的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中除了采用14兆瓦的鋰離子電池技術(shù)，還有2MW的液流電池系統(tǒng)，而剩余4MW儲(chǔ)能原本留給日本的鈉硫電池技術(shù)，該技術(shù)占全球儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目的65%以上。但據(jù)專(zhuān)家介紹，鈉硫電池雖具有高比能量、轉(zhuǎn)換率高、壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但也不安全，采用鈉硫電池技術(shù)的日本儲(chǔ)能電站2011年曾兩次失火。由于缺乏核心原材料研發(fā)技術(shù)，國(guó)內(nèi)的電池企業(yè)主要處于來(lái)料加工階段。據(jù)從事鋰電的業(yè)內(nèi)人士透露，由于國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能沒(méi)有形成規(guī)模，國(guó)內(nèi)電池企業(yè)在采購(gòu)上游原材料時(shí)無(wú)法形成議價(jià)能力，因而電池核心原材料價(jià)格比國(guó)外同行高出很多，最后只能通過(guò)采購(gòu)國(guó)產(chǎn)化配件來(lái)降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的售價(jià)。4結(jié)論總之，