2019儲(chǔ)能儲(chǔ)存與傳輸技術(shù)概述

PAGEPAGE179PAGEPAGE182能量存儲(chǔ)與傳輸技術(shù)概述儲(chǔ)能技術(shù)是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必不可少的支撐技術(shù)之一。儲(chǔ)能技術(shù)不但可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理、消除峰谷差、平滑負(fù)荷、提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本，還可以作為促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段，此外，儲(chǔ)能技術(shù)能夠協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)變事故后重新啟動(dòng)與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。在能源互聯(lián)網(wǎng)的電力儲(chǔ)能技術(shù)中，電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等儲(chǔ)能技術(shù)圍繞電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)、交通網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)和供熱供冷網(wǎng)的“互聯(lián)”。通過新能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、潮汐、地?zé)岬戎饕淮文茉聪螂娔艿霓D(zhuǎn)換。在電網(wǎng)傳輸和消納能力的限制下，部分新能源發(fā)電將通過制氫、制熱等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，部分新能源發(fā)電以電化學(xué)儲(chǔ)能等雙向電力儲(chǔ)能設(shè)備存儲(chǔ)并適時(shí)返回電網(wǎng)。在各電力儲(chǔ)能技術(shù)的支撐下，新能源發(fā)電與熱電聯(lián)供機(jī)組、燃料電池和熱泵等轉(zhuǎn)換設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了新能源高效利用的目標(biāo)，以電能為核心的多能源生產(chǎn)和消費(fèi)的匹配。在能源互聯(lián)網(wǎng)能量傳輸技術(shù)中，可通過加強(qiáng)能量傳輸來提升綜合效能，不同的能源門類，如風(fēng)電、太陽能等資源，均可在能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)資源供求平衡，實(shí)現(xiàn)信息流、資金流及能源（量）流的有效配置、協(xié)同和協(xié)調(diào)。1.1 能量存儲(chǔ)技術(shù)傳統(tǒng)意義的電力儲(chǔ)能可定義為實(shí)現(xiàn)電力存儲(chǔ)和雙向轉(zhuǎn)換的技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能等，利用這些儲(chǔ)能技術(shù)，電能以機(jī)械能、電磁場和化學(xué)能等形式存儲(chǔ)下來，并適時(shí)反饋回電力網(wǎng)絡(luò)。能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能不僅包含實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的設(shè)備，還應(yīng)包含電能與其他能量形式的單向存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換設(shè)備。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，廣義的電力儲(chǔ)能技術(shù)可定義為實(shí)現(xiàn)電力與熱能、化學(xué)能、機(jī)械能等能量之間的單向或雙向存儲(chǔ)設(shè)備。能源互聯(lián)網(wǎng)中的電能存儲(chǔ)技術(shù)如圖1.1所示。能源互聯(lián)網(wǎng)中的基本儲(chǔ)能類型以及功率等級(jí)等重要指標(biāo)見表1.1。表1.1儲(chǔ)能技術(shù)特性比較儲(chǔ)能類型 功率等級(jí) 能量密度 持續(xù)發(fā)電 成本／（元／W·h） 壽命／年 效率（％）抽水儲(chǔ)能 100～5000MW 0.5～1.5 1～24h 30～600 40～60 71～80壓縮空氣 100～300MW 3～60 1～24h 20～50 40～50 42～75液化空氣 10～100MW 100～200 1～24h 300～400 20～40 40～90鉛酸電池 0～20MW 30～50 1s～1h 1200～2000 3～8 75～90液流電池 30kW～3MW 10～30 1s～10h 5000～6000 5～10 75～85鋰電池 100kW～5MW 75～200 1s～8h 6000～10000 8～10 90～95氫儲(chǔ)能 1kW～1GW 500 1～24h 30000 20 40～50儲(chǔ)熱 10kW～11GW 50～130 1～24h 5～5000 20 30～701.1.1 蓄電池儲(chǔ)能

圖1.1能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由蓄電池和電力電子變換器組成。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過電能與存儲(chǔ)于電池中的化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)／釋放，是一種效率較高的儲(chǔ)能方式。其中，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由三相PWM變換器、蓄電池、變壓器和控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.2所示。由于蓄電池的電壓較低，與電網(wǎng)連接時(shí)，使用變壓器完成升壓。圖1.2蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)中的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)不僅可以有效實(shí)現(xiàn)需求管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負(fù)荷，而且可以有效地利用電力設(shè)備，降低供電成本，也可作為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段。所以能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于儲(chǔ)能電池的發(fā)展提出了4個(gè)方面的要求：壽命長。作為儲(chǔ)能電池，必須具有較長的使用壽命（3～5年）才具有實(shí)用價(jià)值。能量密度高。雖然能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)不需要具有機(jī)動(dòng)性，但要求電源的體積和質(zhì)量越小越好。功率密度高。儲(chǔ)能電池需要具有較高的功率密度，以保證系統(tǒng)能夠應(yīng)付突發(fā)狀況。成本低。成本是能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能電池必須考慮的重要因素，關(guān)系到其應(yīng)用的推廣。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，目前適合規(guī)模化應(yīng)用的電池技術(shù)主要有鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池和液流電池。鉛酸電池鉛酸電池是最古老，也是最成熟的化學(xué)儲(chǔ)能方式。鉛酸電池其具有儲(chǔ)能容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在發(fā)電廠、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。但鉛酸電池較其他二次電池，存在如下缺點(diǎn)：能量密度低。鉛酸電池的能量密度僅為40～50W·h／kg。循環(huán)壽命較短。普通鉛酸電池循環(huán)壽命僅有1000次左右，這相當(dāng)于提高了電池單周儲(chǔ)能成本，從而導(dǎo)致成本升高。工作溫度較窄。超過一定的溫度極易引起電池性能下降，甚至起火爆裂。環(huán)境污染重。鉛材料為重金屬，極易對(duì)環(huán)境造成污染但儲(chǔ)能密度低、自放電率高、循環(huán)壽命較短、重金屬污染且深度放電對(duì)電池壽命影響很大。由于存在以上的缺點(diǎn)，使得鉛酸電池在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用受到制約。為配合能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，鉛酸電池應(yīng)向著密閉化、輕量化、長壽命的方向發(fā)展。如在鉛酸電池中加入碳添加劑并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的鉛碳超級(jí)電池，提高了電池充電接受性和高循環(huán)穩(wěn)定性，延長了使用壽命，提高了倍率性能。鋰離子電池鋰離子電池是一種具有高能源效率、高能量密度的儲(chǔ)能電池，具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量密度高。鋰離子電池的質(zhì)量比能量和體積比能量分別可達(dá)200W·h／kg和300W·h／L以上。放電電壓高。放電電壓平臺(tái)一般為3.2～4.2V。電池自放電率低。在正常存放情況下年自放電率低于10。循環(huán)壽命長。鋰離子電池100％放電深度（D）下充放電在1000次以上，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命超過4000次，以鈦酸鋰為負(fù)極的電池則可達(dá)5000次以上。充放電效率高。充放電能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95。工作溫度范圍寬。一般的工作范圍為30～70。由于以上優(yōu)點(diǎn)，在能源互聯(lián)網(wǎng)中鋰離子電池一般用于配電網(wǎng)側(cè)削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)壓、孤島運(yùn)行等多種電網(wǎng)應(yīng)用功能，同時(shí)也可以通過串聯(lián)或并聯(lián)來獲得高電壓或高容量。雖然鋰離子電池是目前最有希望應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的二次電池體系，但仍需要解決以下幾個(gè)問題：安全性。由于采用液體有機(jī)電解質(zhì)，鋰離子電池易在過充電等濫用條件或因內(nèi)部缺陷而引起內(nèi)部短路、著火甚至爆炸。循環(huán)穩(wěn)定性。鋰電池的正負(fù)極、特別是石墨負(fù)極在嵌脫出鋰離子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定程度的體積膨脹或收縮。可能導(dǎo)致電池內(nèi)部的界面膜破裂，引起容量衰減，影響電池壽命。一致性問題。鋰離子電池的單體容量小，規(guī)模化儲(chǔ)能需要若干只電池的串、并聯(lián)。因此單體電池的一致性非常重要。成本。目前從原材料成本到加工生產(chǎn)成本還比較高，需進(jìn)一步降低電池成本。鈉硫電池鈉硫電池是目前唯一的一種同時(shí)完全適用于功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能的儲(chǔ)能電池。鈉硫電池具有以下的優(yōu)點(diǎn)：原料資源分布很廣。原材料成本低。充放電效率高。其直流充放電效率可達(dá)90，自放電率很低，存儲(chǔ)壽命很長。倍率性能好。可支持短時(shí)間大電流或脈沖大電流放電。原材料環(huán)境友好。不會(huì)使用和產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)。由于鈉硫電池具有高能電池的一系列特點(diǎn)，使它在能源互聯(lián)網(wǎng)中受到了極大的重視。目前，鈉硫電池在能源互聯(lián)網(wǎng)中已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面，在負(fù)荷調(diào)控、備用電源等方面更是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)作。雖然鈉硫電池具有能量和功率密度高、運(yùn)行費(fèi)用低、循環(huán)性能好等特點(diǎn)，使其有廣泛應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的潛力，但鈉硫電池仍存在如下的缺點(diǎn)：工作溫度較高（300℃左右）。需要提供加熱和保溫設(shè)施。電池過充時(shí)存在安全隱患。過充時(shí)易導(dǎo)致電池起火或爆裂，過放時(shí)將導(dǎo)致電池正極局部過負(fù)荷工作，影響電池壽命。正、負(fù)極材料活性很高。在密封失效等失控情況下，直接接觸或與空氣接觸時(shí)，電池將著火甚至爆炸，存在安全隱患。1.1.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能超級(jí)電容器利用雙電層原理直接存儲(chǔ)電能，其容量可達(dá)數(shù)萬法，是介于蓄電池和傳統(tǒng)電容器之間的一種新型儲(chǔ)能裝置。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，主要由儲(chǔ)能用的超級(jí)電容器組、雙向變換器、整流器、逆變器和控制單元構(gòu)成。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本原理是三相交流電能經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟娔?，通過逆變器將直流逆變成可控的三相交流。正常工作時(shí)，超級(jí)電容器將整流器直接提供的直流能量存儲(chǔ)起來。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者負(fù)荷功率波動(dòng)較大時(shí)，通過逆變器將電能釋放出來，準(zhǔn)確快速補(bǔ)償系統(tǒng)所需的有功和無功功率，從而實(shí)現(xiàn)電能的平衡與穩(wěn)定控制。如果所逆變的電壓高于系統(tǒng)電壓，那么逆變器就向系統(tǒng)提供功率。如果低于系統(tǒng)電壓，它將吸收功率。雙向DC－DC變換器實(shí)現(xiàn)直流低壓側(cè)超級(jí)電容器組與直流高壓側(cè)之間的能量轉(zhuǎn)換。

圖1.3超級(jí)電容器儲(chǔ)能超級(jí)電容器作為一種無源的電力儲(chǔ)能器件，其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的巨大的優(yōu)越性表現(xiàn)為：1）功率密度高。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小，而且在電極／溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)電荷的快速存儲(chǔ)和釋放。充放電循環(huán)壽命長。超級(jí)電容器在充放電過程中沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上。充電時(shí)間短。完全充電只需數(shù)分鐘。實(shí)現(xiàn)高比功率和高比能量輸出。存儲(chǔ)壽命長。可靠性高。超級(jí)電容器工作中沒有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作極少。環(huán)境溫度對(duì)正常使用影響不大。超級(jí)電容器正常工作溫度范圍為35～75。可以任意并聯(lián)使用，增加電容量。若采取均壓后，還可串聯(lián)使用。由于以上的優(yōu)點(diǎn)，超級(jí)電容器儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的用途十分廣泛。其中，最為典型的有電車電源、電力系統(tǒng)應(yīng)用等。在電車電源中，由于超級(jí)電容器具有非常高的功率密度，因此可以很好地滿足電車在起動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對(duì)功率的需求，可以作為混合型電動(dòng)車的加速或起動(dòng)電源。超級(jí)電容在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛。超級(jí)電容器替代電解電容器，應(yīng)用在高壓變電站及開關(guān)站的電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置中。作為儲(chǔ)能裝置，可以解決電解電容器由于儲(chǔ)能低及漏電流大造成的分合閘裝置可靠性差等缺點(diǎn)，防止產(chǎn)生嚴(yán)重事故。超級(jí)電容器代替電解電容器能保持原裝置簡單的結(jié)構(gòu)，還能降低成本，減少維護(hù)量。超級(jí)電容器也可以用于分布式電網(wǎng)的儲(chǔ)能。該系統(tǒng)利用多組超級(jí)電容器將能量以電場能的形式存儲(chǔ)起來，當(dāng)能量緊急缺乏或需要時(shí)，再將存儲(chǔ)的能量通過控制單元釋放出來，準(zhǔn)確快速地補(bǔ)償系統(tǒng)所需的能量，從而實(shí)現(xiàn)電能的平衡、穩(wěn)定控制。1.1.3 壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，壓縮空氣儲(chǔ)能一般是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在特定的空間存儲(chǔ)，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量和長時(shí)間存儲(chǔ)電能的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。壓縮空氣儲(chǔ)能的原理圖如圖9.4所示。圖9.4壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖由于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)氣庫漏氣開裂的可能性極小，安全系數(shù)高，壽命長，可以冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，所以在能源互聯(lián)網(wǎng)中壓縮空氣儲(chǔ)能主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用，具體包括：PAGEPAGE185PAGEPAGE184削峰填谷發(fā)電企業(yè)可利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)低谷電能，并在用電高峰時(shí)釋放使用，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷。平衡電力負(fù)荷壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)從啟動(dòng)達(dá)到全負(fù)荷工作狀態(tài)，遠(yuǎn)低于普通的燃煤／油電站的啟動(dòng)時(shí)間，因此更適合作為電力負(fù)荷平衡裝置。需求側(cè)電力管理在實(shí)行峰谷差別電價(jià)的地區(qū)，需求側(cè)用戶可以利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)低谷低價(jià)電能。然后在高峰高價(jià)時(shí)段使用，從而節(jié)約電力成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用于可再生能源利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將間歇的可再生能源拼接起來，以形成穩(wěn)定的電力供應(yīng)。備用電源壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以建在電站或者用戶附近，作為線路檢修、故障或緊急情況下的備用電源。目前，10MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)成熟，利用渠氏超導(dǎo)熱管技術(shù)可使系統(tǒng)換能效率達(dá)到90％，大容量化和復(fù)合發(fā)電化將進(jìn)一步降低成本。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展以及減小儲(chǔ)氣庫容積和提高儲(chǔ)氣壓力至10～14MPa的需要，8～12MW微型壓縮空氣蓄能系統(tǒng)已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。總體來說，壓縮空氣儲(chǔ)能的建設(shè)成本和發(fā)電成本相對(duì)較低，可以節(jié)省燃料、降低投資費(fèi)用、減少排放，安全系數(shù)高，壽命長，響應(yīng)速度快。這些特點(diǎn)使得壓縮空氣儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。但是由于壓縮空氣儲(chǔ)能能量密度低，并受巖層等地形條件的限制，使其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的推廣范圍有限。1.1.4 飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能是利用在飛輪上存儲(chǔ)的動(dòng)能與電力系統(tǒng)間進(jìn)行能量交換，電網(wǎng)中多余的電能通過變頻器使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪升速并靠飛輪的大慣量存儲(chǔ)動(dòng)能，當(dāng)需要電能時(shí)，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能變換成電能，再經(jīng)變頻器返回到電網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)電能的輸入、存儲(chǔ)和輸出。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖9.5所示。圖9.5飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在能源互聯(lián)網(wǎng)中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在低谷負(fù)荷時(shí)，由工頻電網(wǎng)提供電能，通過雙向變流器驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式將能量存儲(chǔ)起來；而在峰荷時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，完成機(jī)械能－電能轉(zhuǎn)換的釋放能量過程。飛輪儲(chǔ)能功率密度和能量密度大，效率在90％以上，循環(huán)使用壽命長達(dá)20年，無噪聲，無污染，維護(hù)簡單，可連續(xù)工作，可以實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)輸出，持續(xù)時(shí)間為數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)。與其他儲(chǔ)能方式相比，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有以下幾方面突出的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能密度高，瞬時(shí)功率大。無過充電、過放電問題。飛輪不會(huì)因過放或過沖，而受到損害。容易測量放電深度和剩余電量”，充電時(shí)間較短，一般在幾分鐘內(nèi)就可將電池充滿。使用壽命主要取決于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中電子元器件的壽命，一般可達(dá)20年左右。能量轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)85％～95。對(duì)溫度不敏感。對(duì)環(huán)境無污染。由于以上的優(yōu)點(diǎn)，使得飛輪儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中主要用于不間斷電源（S）、應(yīng)急電源（ES）、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。而在孤島型隨機(jī)出力的可再生能源系統(tǒng)中，飛輪儲(chǔ)能還可以充當(dāng)電能的存儲(chǔ)器和調(diào)節(jié)器，可提高輸出功率的穩(wěn)定性，平抑輸出功率波動(dòng)，有效地改善電能質(zhì)量。1.1.5 抽水蓄能抽水蓄能電站在能源互聯(lián)網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)壓、旋轉(zhuǎn)備用、事故備用和黑啟動(dòng)的重要技術(shù)手段。抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由上水庫、引水系統(tǒng)、廠房和下水庫組成。在水電廠的上游建有蓄水庫，下游也建有蓄水庫，在電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)期，利用上庫的水通過引水系統(tǒng)閘門、管道和調(diào)壓井等設(shè)施，將上庫水的位能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與水輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電（稱為發(fā)電工況）；在低谷負(fù)荷時(shí)期，將下庫的水再通過引水系統(tǒng)閘門、管道和調(diào)壓井等設(shè)施抽回上庫蓄積起來（稱為水泵工況），此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)變成水泵。抽水蓄能的作用明顯，可利用低谷電能抽水，以供電峰荷時(shí)再發(fā)電或需要時(shí)供水。發(fā)展抽水蓄能對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)中各種能源的可持續(xù)發(fā)展是十分有利的，它有以下優(yōu)點(diǎn)：抽水蓄能雖不能生產(chǎn)電能，但可利用低谷電能抽水，在峰荷時(shí)發(fā)電即可調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用和應(yīng)急事故備用，在實(shí)質(zhì)上起到了一種能量存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換和改善優(yōu)化等功能。當(dāng)前一些電網(wǎng)總?cè)萘咳找嬖黾樱姳壤齾s日益下降，低谷剩余電能將與日俱增，為抽水蓄能的發(fā)展提供了必要的動(dòng)力。抽水蓄能與煤電、油電、氣電相比，跟蹤負(fù)荷和調(diào)峰性能好、開停機(jī)靈活并節(jié)煤節(jié)油，與常規(guī)水電相比，還具有填谷功能，使節(jié)能減排功效倍增。抽水蓄能電站的工程量和投資等指標(biāo)比火電優(yōu)越很多并優(yōu)于常規(guī)水電。如擬建一座百萬千瓦時(shí)級(jí)常規(guī)水電，常有大壩和大型泄洪、輸泄水和導(dǎo)流建筑物，淹沒移民數(shù)常以數(shù)萬和數(shù)十萬人計(jì)，而抽水蓄能往往僅以百人或千人計(jì)。1.1.6 熱能存儲(chǔ)熱能存儲(chǔ)是提高能源利用率的重要手段之一。它利用物理熱的形式將暫時(shí)不用的余熱或多余的熱量存儲(chǔ)于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，在需要使用時(shí)，再通過一定的方法將其釋放出來。從而解決了由于時(shí)間或地點(diǎn)上供熱與用熱的不匹配和不均勻所導(dǎo)致的能源利用率低的問題，最大限度地利用加熱過程中的熱能或余熱，提高整個(gè)加熱系統(tǒng)的熱效率。儲(chǔ)熱技術(shù)大體可分為顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)熱三類。顯熱儲(chǔ)能通過提高介質(zhì)的溫度實(shí)現(xiàn)熱存儲(chǔ)。潛熱儲(chǔ)能即相變儲(chǔ)能，利用材料相變時(shí)吸收或放出熱量，目前以固－液相變?yōu)橹?。與顯熱儲(chǔ)能相比，相變儲(chǔ)能具有較穩(wěn)定的溫度以及較大的能量密度?；瘜W(xué)儲(chǔ)熱利用可逆化學(xué)反應(yīng)存儲(chǔ)熱能，可實(shí)現(xiàn)寬溫域梯級(jí)儲(chǔ)熱，能量密度可達(dá)顯熱和潛熱儲(chǔ)能的10倍以上。化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)要求儲(chǔ)熱介質(zhì)具備可逆的化學(xué)反應(yīng)，儲(chǔ)熱材料選擇難度大。目前儲(chǔ)熱技術(shù)仍以顯熱和潛熱儲(chǔ)能為主。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，各種儲(chǔ)熱技術(shù)相互配合以及不同的儲(chǔ)熱技術(shù)與其他儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合的新型儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮。可以預(yù)見，儲(chǔ)熱技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的發(fā)展是迅速且意義重大的。在太陽能熱發(fā)電中，儲(chǔ)熱技術(shù)用于解決太陽能發(fā)電的間歇性，使太陽能發(fā)電在24h具有較穩(wěn)定的輸出。2008年，西班牙Andasol槽式太陽能熱發(fā)電站投運(yùn)，其首次采用熔融鹽進(jìn)行蓄熱，在太陽輻照度較低時(shí)，熔融鹽釋放的熱量可支持渦輪機(jī)滿功率運(yùn)行7h。目前，美國、西班牙、意大利等國家已經(jīng)有多個(gè)熔融鹽蓄熱的光熱發(fā)電站投入商業(yè)化運(yùn)行。熔融鹽蓄熱屬于顯熱儲(chǔ)能，用于太陽能熱發(fā)電的相變儲(chǔ)能材料處于研發(fā)和試驗(yàn)階段。大規(guī)模儲(chǔ)熱技術(shù)在應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的消納問題中可起到重要的作用。冬季供熱期間，為滿足供熱負(fù)荷，熱電機(jī)組的調(diào)峰深度受限，在新能源比例較高的地區(qū)，產(chǎn)生嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。為熱電機(jī)組配置儲(chǔ)熱裝置（一般為儲(chǔ)熱水罐），一定程度上可解耦機(jī)組的熱功率和電功率，提高熱電機(jī)組運(yùn)行靈活性和調(diào)峰能力。如丹麥Avedre電站安裝有兩臺(tái)儲(chǔ)熱水罐，容積達(dá)44000m3，放熱能力達(dá)330MJ／s。在風(fēng)電出力較大的時(shí)段，降低電站發(fā)電功率，并利用儲(chǔ)熱罐維持熱力供應(yīng)。通過電鍋爐進(jìn)行供熱也是促進(jìn)風(fēng)電消納的手段之一。大功率蓄熱式電鍋爐可采用水、蒸汽、固體或者相變材料進(jìn)行儲(chǔ)熱，單臺(tái)蓄熱容量可達(dá)數(shù)十兆瓦時(shí)。2011年投運(yùn)的吉林大唐洮南風(fēng)電供熱項(xiàng)目是中國首個(gè)風(fēng)電供熱項(xiàng)目。2015年6月，國家能源局發(fā)布了《關(guān)于開展風(fēng)電清潔供暖工作的通知》，大力推廣風(fēng)電供熱技術(shù)。在用戶側(cè)，利用低谷電力蓄冷降低生產(chǎn)和生活中的冷量供應(yīng)成本已成為需求響應(yīng)的一項(xiàng)重要體現(xiàn)。其中蓄冷技術(shù)采用的介質(zhì)包括水、冰、優(yōu)態(tài)鹽等。冰蓄冷利用水－冰相變來存儲(chǔ)釋放冷量，能量密度達(dá)335kJ／kg，為水蓄冷的7～8倍。冰蓄冷技術(shù)已十分成熟，得到了廣泛的應(yīng)用。建設(shè)大型的制冷站及冷媒傳輸網(wǎng)向一定區(qū)域提供冷源是該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。區(qū)域供冷技術(shù)的推廣對(duì)電網(wǎng)峰谷負(fù)荷調(diào)節(jié)有著重要的意義。相較于儲(chǔ)熱，在相同溫度變化下，儲(chǔ)冷可更有效地存儲(chǔ)高品位能量。當(dāng)前，深冷儲(chǔ)電技術(shù)逐漸得到關(guān)注，該技術(shù)利用常壓低溫液態(tài)空氣進(jìn)行儲(chǔ)能。2011年，世界首套深冷液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范工程投運(yùn)，驗(yàn)證了深冷儲(chǔ)電技術(shù)的可行性，考慮余熱吸收后效率達(dá)50％。不同于深冷儲(chǔ)電，熱泵儲(chǔ)電具有較高的理論效率，其通過近似絕熱的過程壓縮和膨脹氣體，同時(shí)產(chǎn)生高溫?zé)崮芎偷蜏乩淠埽源诉_(dá)到高效存儲(chǔ)電能的目的，反向時(shí)用壓縮的高溫氣體驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電。熱泵儲(chǔ)電技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備要求高，僅處于小規(guī)模示范階段。1.1.7 氫儲(chǔ)能氫儲(chǔ)能可看作是一種化學(xué)儲(chǔ)能的延伸，它的基本原理就是將水電解得到氫氣和氧氣。以風(fēng)電制氫儲(chǔ)能技術(shù)為例，其核心思想是當(dāng)風(fēng)電充足但無法上網(wǎng)、需要棄風(fēng)時(shí)，利用風(fēng)電將水電解制成氫氣（和氧氣），將氫氣存儲(chǔ)起來；當(dāng)需要電能時(shí)，將存儲(chǔ)的氫氣通過不同方式（內(nèi)燃機(jī)、燃料電池或其他方式）轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)。通常所指的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)是電－氫－電的循環(huán)，且不同于常規(guī)的鋰電池、鉛酸電池。其前PAGEPAGE193端的電解水環(huán)節(jié)，多以功率（單位為kW）計(jì)算容量，代表著氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的“充電”功率；后端的燃料電池環(huán)節(jié)，也以功率（單位為kW）計(jì)算容量，代表著氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的“放電”功率；中間的儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，多以氫氣的體積（單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米Nm3）計(jì)算容量，如換算成電能容量，1Nm3氫氣大約可產(chǎn)生1.25kW電能，儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)的容量大小決定了氫儲(chǔ)能系統(tǒng)可持續(xù)“充電”或“放電”的時(shí)長，所以如果想增加電能的存儲(chǔ)容量，加大儲(chǔ)氫罐的體積或壓力即可。氫儲(chǔ)能系統(tǒng)利用清潔能源電力電解技術(shù)得到氫氣，將氫氣存儲(chǔ)于高效儲(chǔ)氫裝置中，再利用燃料電池技術(shù)，將存儲(chǔ)的能量回饋到電網(wǎng)，或者將存儲(chǔ)的高純度氫氣送入氫產(chǎn)業(yè)鏈直接利用。氫能綠色無污染、能量密度高、運(yùn)行維護(hù)成本低、可長時(shí)間存儲(chǔ)，不存在類似蓄電池的自放電現(xiàn)象，被認(rèn)為是極具潛力的新型大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。氫儲(chǔ)能技術(shù)具有能量密度高、無污染、可持續(xù)等特征，儲(chǔ)電和發(fā)電過程無須分時(shí)操作，且理論上能夠存儲(chǔ)多少氫氣、合成氣、合成油就能存儲(chǔ)多大規(guī)模的能量，是僅有的能夠存儲(chǔ)百十億瓦時(shí)以上且可維持幾周供電的能量儲(chǔ)備技術(shù)方式，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，對(duì)確保全球能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有不可或缺的作用?；跉鋬?chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)本身的角色可依靠氫能的節(jié)點(diǎn)作用實(shí)現(xiàn)從電能供應(yīng)商到全球能源供應(yīng)商的轉(zhuǎn)變與提升，主要管理能源接口。1.2 儲(chǔ)能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用1.2.1 電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻調(diào)峰電源需要根據(jù)負(fù)荷變化情況跟隨出力，來維持電力系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定。電網(wǎng)希望調(diào)峰負(fù)荷能夠快速根據(jù)調(diào)度指令及時(shí)投入、切出系統(tǒng)，并根據(jù)指令快速改變其出力水平。傳統(tǒng)調(diào)頻電源作為旋轉(zhuǎn)電源，由于慣性和控制精度問題，會(huì)出現(xiàn)延遲與偏調(diào)等情況，而且火電機(jī)組參與調(diào)頻會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，并不是理想選擇。儲(chǔ)能技術(shù)在提高電網(wǎng)調(diào)頻能力方面，可以減小因頻繁切換而造成傳統(tǒng)調(diào)頻電源的損耗；在提升電網(wǎng)調(diào)峰能力方面，根據(jù)電源和負(fù)荷的變化情況，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以及時(shí)、可靠地響應(yīng)調(diào)度指令，并根據(jù)指令改變其出力水平。電網(wǎng)領(lǐng)域迫切需要低成本、大容量儲(chǔ)能技術(shù)解決調(diào)頻調(diào)峰的問題，以提高其供電可靠性及電能質(zhì)量。電網(wǎng)一次或二次調(diào)頻的儲(chǔ)能項(xiàng)目一般裝機(jī)容量在1MW以上，充放電時(shí)間為1～15n，平均每天循環(huán)10～40次，響應(yīng)時(shí)間在1n之內(nèi)。用于調(diào)峰（三次調(diào)頻）的儲(chǔ)能項(xiàng)目，一般裝機(jī)容量在10W以上，充放電時(shí)間為1～4h，每天循環(huán)1～3次，響應(yīng)時(shí)間要求不高，1h內(nèi)投入即可。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能可以滿足上述調(diào)峰要求。目前建設(shè)的電網(wǎng)峰谷平衡儲(chǔ)能項(xiàng)目主要以抽水儲(chǔ)能為主。在十二五”期間，我國抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，設(shè)計(jì)、施工和機(jī)組設(shè)備制造水平不斷提升，已形成較為完備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行管理體系，相繼建成了廣州、十三陵、天荒坪、泰安、西龍池、惠州、響水澗、仙游等一批具有世界先進(jìn)水平的抽水蓄能電站。到2014年底已建成27座抽水蓄能電站，投產(chǎn)容量為22.14W，占全國電力總裝機(jī)的.6％。215年11月，國內(nèi)核準(zhǔn)建設(shè)的單機(jī)容量最大、凈水頭最高、。用于電網(wǎng)調(diào)峰的壓縮空氣儲(chǔ)能，一般是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在特定的空間存儲(chǔ)，如報(bào)廢礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過期油氣井等，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量和長時(shí)間存儲(chǔ)電能的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，在綜合效益方面與抽水蓄能相近，缺點(diǎn)是必須找到合適的儲(chǔ)蓄洞，需要燃?xì)狻５聡?978年建立的290MW發(fā)電廠將壓縮空氣存儲(chǔ)在鹽坑中，存儲(chǔ)8h的壓縮空氣，足夠使發(fā)電機(jī)全力運(yùn)行2h，效率在77％，主要用于熱備用和平滑負(fù)荷。美國于1991年建立的發(fā)電廠將壓縮空氣存儲(chǔ)在地下450m的廢鹽礦中，可以為110MW的汽輪機(jī)連續(xù)提供26h的壓縮空氣。雖然抽水蓄能和壓縮空氣是大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)峰的首選儲(chǔ)能方式，但二者都嚴(yán)格受到地理?xiàng)l件的限制，推廣范圍有限。氫儲(chǔ)能是另一種儲(chǔ)能方式，可以應(yīng)用于電網(wǎng)的發(fā)電、輸電和配電端，用于調(diào)峰調(diào)頻。儲(chǔ)氫系統(tǒng)利用電解水技術(shù)得到氫氣，將氫氣存儲(chǔ)于儲(chǔ)氫裝置中，再利用燃料電池技術(shù)將存儲(chǔ)的能量回饋到電網(wǎng)，或?qū)錃馔ㄟ^管道輸送，直接應(yīng)用到氫氣產(chǎn)業(yè)鏈中。歐洲有多個(gè)配合新能源接入使用的儲(chǔ)氫系統(tǒng)的示范工程：德國在普倫茨勞市建立了風(fēng)能－氫能混合動(dòng)力發(fā)電廠；意大利在普利亞地區(qū)建設(shè)了39MW的儲(chǔ)氫系統(tǒng)；法國在科西嘉島建設(shè)了200kW的儲(chǔ)氫系統(tǒng)提高了光伏發(fā)電利用率；挪威在西海岸建設(shè)了55kW的制氫和10kW的氫發(fā)電系統(tǒng)。相對(duì)抽水蓄能而言，電池儲(chǔ)能的方式用于集中式大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)峰，目前成本還是太高，但是電池儲(chǔ)能技術(shù)比較適用于百千瓦至幾十兆瓦級(jí)別的電網(wǎng)調(diào)頻，其調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍，遠(yuǎn)好于火電機(jī)組。鉛酸電池、液流電池、鋰離子電池等都有典型的示范應(yīng)用。2015年6月，東芝公司發(fā)布將在日本本州為東北電力公司提供40MW鋰離子電池系統(tǒng)的計(jì)劃。同月，NEC公司提出將為Amerigin提供60MW的鋰電池系統(tǒng)用于調(diào)頻。2014年鋰離子電池在全球裝機(jī)總量中位居第二，在中國市場鋰離子電池的應(yīng)用比例最高，超過70％。1.2.2支撐高比例可再生能源發(fā)電電網(wǎng)的運(yùn)行能源互聯(lián)網(wǎng)以可再生能源為主要一次能源，利用可再生能源發(fā)電、供熱、制氫均是能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源利用的重要形式。全球范圍內(nèi)，可再生能源發(fā)電目前處于快速增長階段。大規(guī)模波動(dòng)性及間歇性可再生能源發(fā)電的接入使得電源側(cè)的不確定性增加，加大了電網(wǎng)功率不平衡造成的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的接入，一方面通過儲(chǔ)能技術(shù)與可再生能源發(fā)電的聯(lián)合，減少其隨機(jī)性并提高其可調(diào)性；另一方面通過電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能應(yīng)用增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)可再生能源發(fā)電的適應(yīng)性。對(duì)于后者，儲(chǔ)能作為電網(wǎng)的可調(diào)度資源，具有更大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用空間。在電網(wǎng)級(jí)的應(yīng)用中，對(duì)儲(chǔ)能的需求大體可以分為功率服務(wù)和能量服務(wù)兩類。功率服務(wù)中儲(chǔ)能應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定和短時(shí)功率平衡需求，作用時(shí)間為數(shù)秒至數(shù)分鐘。能量服務(wù)中，儲(chǔ)能用于長時(shí)間尺度的功率調(diào)節(jié)，作用時(shí)間可從數(shù)小時(shí)延伸至季節(jié)時(shí)間尺度，用于應(yīng)對(duì)系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)以及輸配電線路的阻塞問題。對(duì)于功率服務(wù)，需要響應(yīng)快速的大容量儲(chǔ)能技術(shù)，如飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能等，這些儲(chǔ)能技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合，具有四象限調(diào)節(jié)能力，可對(duì)有功功率和無功功率進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)的電壓和頻率進(jìn)行支撐。對(duì)于能量服務(wù)，雙向的電力儲(chǔ)能需要具有長時(shí)間尺度的存儲(chǔ)能力、較高的循環(huán)效率及較低的成本，實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電在時(shí)間維度上的轉(zhuǎn)移。實(shí)際上，大規(guī)模電力儲(chǔ)能并不是解決高比例可再生能源發(fā)電利用問題的唯一手段，用電負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)能力也是緩解電網(wǎng)壓力的有效方式，在負(fù)荷側(cè)，分布式的電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、蓄熱、蓄冷等分布式儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用也大大提高了電力負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)能力。對(duì)于高比例新能源發(fā)電電網(wǎng)，為提高綜合能源利用效率，儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱等單向的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，為冗余的新能源發(fā)電提供了向其他能源形式轉(zhuǎn)移的途徑，同時(shí)在長時(shí)間尺度，為廣域能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行提供支持。1.2.3 電質(zhì)量與可靠性電力重要負(fù)荷對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，一級(jí)負(fù)荷不允許停電，二級(jí)負(fù)荷不允許長時(shí)間停電。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要有備用電源持續(xù)為用戶供電，而且要防止負(fù)荷向電網(wǎng)回饋諧波等電能質(zhì)量問題。在提高配電網(wǎng)的供電可靠性方面，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以作為備用電源持續(xù)為用戶供電；在改善電能質(zhì)量方面，作為系統(tǒng)可控電源對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行治理，消除電壓暫降、諧波等問題，同時(shí)降低主干網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的投入，節(jié)約擴(kuò)容資金。用于提高配電網(wǎng)可靠性和電能質(zhì)量的儲(chǔ)能項(xiàng)目一般裝機(jī)容量在兆瓦級(jí)以上，充放電時(shí)間為幾分鐘至幾小時(shí)不等，響應(yīng)時(shí)間要求很高，如用作電壓支撐的電源響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器技術(shù)以及氫儲(chǔ)能可廣泛應(yīng)用于配電領(lǐng)域。電池技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的電能質(zhì)量做出快速的判斷和處理，美國的眾多配電服務(wù)項(xiàng)目中都是采用電池儲(chǔ)能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。電池儲(chǔ)能中超級(jí)電容器的能量密度很低，但是超級(jí)電容器的工作溫度范圍寬、充放電速度快，往往可以反復(fù)充放電至數(shù)十萬次。因此，超級(jí)電容器儲(chǔ)能適用于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場合，如應(yīng)對(duì)電壓暫降和瞬時(shí)停電、提高用戶的用電質(zhì)量、抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩，以及提高電能質(zhì)量等。1.2.4 社區(qū)或家庭備用電源作為應(yīng)急電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般裝機(jī)容量為10kW～1MW，充放電時(shí)間為3～5h，響應(yīng)時(shí)間為小時(shí)級(jí)，對(duì)抗災(zāi)性能和環(huán)境適應(yīng)能力有很高要求。電池儲(chǔ)能技術(shù)非常適用于應(yīng)急電源領(lǐng)域。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可以考慮為可能遭受災(zāi)害襲擊的區(qū)域和重要用電場所配置應(yīng)急電源，減少次生災(zāi)害發(fā)生，提高社會(huì)的整體應(yīng)急能力。例如，在美國東西海岸尤其是東海岸地區(qū)，電網(wǎng)公司正在積極投資建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施。因?yàn)檫@些地區(qū)容易受到颶風(fēng)影響，儲(chǔ)能設(shè)施可以讓電網(wǎng)更有彈性，在對(duì)抗颶風(fēng)時(shí)更穩(wěn)定。各種電池技術(shù)可以應(yīng)用于用戶側(cè)。電池結(jié)合電力電子技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁┛煽康碾娫矗纳齐娔苜|(zhì)量，還可以利用峰谷電價(jià)的差價(jià)，為用戶節(jié)省開支。1.2.5 微網(wǎng)儲(chǔ)能微網(wǎng)可被看作電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，可在數(shù)秒內(nèi)反應(yīng)來滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求，增加本地可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，作為微網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以改善電能質(zhì)量、穩(wěn)定組網(wǎng)運(yùn)行、優(yōu)化系統(tǒng)配置、保證微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；還可以克服微網(wǎng)慣性小、抗干擾能力弱等問題，有效彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電的間歇性對(duì)系統(tǒng)造成的影響，使得可再生能源輸出功率具有一定的可預(yù)測性和可調(diào)度性。微網(wǎng)系統(tǒng)要求配備儲(chǔ)能裝置，并要求儲(chǔ)能裝置能夠做到以下幾點(diǎn)：1）在離網(wǎng)且分布式電源無法供電的情況下提供短時(shí)不間斷供電。能夠滿足微網(wǎng)的調(diào)峰需求。能夠改善微網(wǎng)的電能質(zhì)量。能夠完成微網(wǎng)系統(tǒng)黑啟動(dòng)。平衡間歇性、波動(dòng)性電源的輸出，對(duì)電負(fù)荷和熱負(fù)荷進(jìn)行有效控制。要實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的穩(wěn)定控制、電能質(zhì)量改善和不間斷供電等多重功能，儲(chǔ)能不僅要具備短時(shí)高功率支撐能力，還需提供較長時(shí)間的能量支撐。這就需要將能量型儲(chǔ)能技術(shù)與功率型儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合，形成穩(wěn)定可靠的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。用于微網(wǎng)的儲(chǔ)能項(xiàng)目的一般裝機(jī)容量為1～100kW，充放電時(shí)間為3～5h，每天循環(huán)1次左右，響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)。目前我國有接近一半的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目都應(yīng)用在微網(wǎng)領(lǐng)域，可見儲(chǔ)能在微網(wǎng)中的應(yīng)用有很大的市場潛力。電池儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式可以滿足微網(wǎng)儲(chǔ)能的不同技術(shù)要求。1.2.6 電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車在能源互聯(lián)網(wǎng)中作為分布式的儲(chǔ)能單元，在家庭能量管理、與分布式電源的協(xié)調(diào)方面也可發(fā)揮重要作用。在電動(dòng)汽車市場推廣過程中，它在智能家居、微網(wǎng)等場合中與其他負(fù)荷及電源的協(xié)調(diào)配合是當(dāng)前電動(dòng)汽車在電網(wǎng)中的主要應(yīng)用模式。電動(dòng)汽車分布式能量站類似于現(xiàn)在的加油站，能量站安裝有低成本、長壽命的兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，能夠從電網(wǎng)充電存儲(chǔ)電量后，給電動(dòng)汽車快速充電；同時(shí)，能量站能夠與電網(wǎng)互動(dòng)，用于電力調(diào)峰或調(diào)頻。2020我國各種類型的電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)數(shù)量有可能達(dá)到500屆時(shí)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷將成為電力系統(tǒng)重要的新增負(fù)荷。推廣基于電動(dòng)汽車VEG模式的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電站將有效平抑電動(dòng)汽車充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)提升分布式可再生能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模，降低電動(dòng)汽車用戶的充電成本。1.3 能量傳輸技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)中的傳輸技術(shù)主要集中在電、氣、熱的傳輸。其中，電力傳輸技術(shù)的研究更為多樣化，而氣和熱的傳輸主要還是集中在管道傳輸?shù)刃问?。在能源互?lián)網(wǎng)中，電力輸電線路按電壓等級(jí)分類，不同的電壓等級(jí)采用不同的輸電材質(zhì)以及設(shè)備。例如，110kV以下線路在一般丘陵及平地主要采用水泥桿，220kV及以上線路采用鐵塔。110kV和35kV線路在大山區(qū)大多采用鐵塔以保證線路安全運(yùn)行。10kV及以下線路基本采用水泥桿。變電站、開關(guān)站是交流線路上使用的，主要作用是進(jìn)行電壓、電流轉(zhuǎn)換，如110kV線路上的電要送到用戶居民家，就必須要通過變電站先將其降壓為35kV，再通過35kV線路送到35kV的變電站轉(zhuǎn)換為10kV，再通過10kV線路送到10kV的變壓器轉(zhuǎn)換為220V的民用電到居民家中。換流站是進(jìn)行交流電和直流電轉(zhuǎn)換的，一般用在網(wǎng)絡(luò)中間，不出現(xiàn)在電源側(cè)或用戶側(cè)。目前，電流在能源互聯(lián)網(wǎng)中依舊是通過主要的公共電網(wǎng)傳輸?shù)?，并通過傳輸電線分布到各個(gè)負(fù)載地點(diǎn)。公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)方面使用的電力主要是交流電（AC），長達(dá)數(shù)百千米的電力傳輸也是通過交流電完成的。對(duì)于較長距離的傳輸而言（例如通過海洋電纜），一般在傳輸之前要把交流電轉(zhuǎn)換為直流電（DC），然后再轉(zhuǎn)變成為交流電。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，電流或功率從電源向負(fù)荷沿電力網(wǎng)傳輸時(shí)，在電力網(wǎng)元件上將產(chǎn)生功率損耗和電壓降落。假設(shè)電力線路的π形功率等效電路如圖9.6所示。圖9.6電力線路的π形功率等效電路為了提高能源互聯(lián)網(wǎng)中輸電的效率，可以采取減少線路中流過的無功功率、提高電壓等級(jí)、降低線路阻抗等方法。1.3.1 交流電能傳輸能源互聯(lián)網(wǎng)中的交流輸電技術(shù)的發(fā)展是以增加輸送容量、擴(kuò)大輸送距離和提高輸電線路電壓等級(jí)為標(biāo)志的。從19世紀(jì)90年代的10kV左右電壓、輸送幾十公里距離、幾千千瓦功率發(fā)展到現(xiàn)今1000kV電壓、超過1000km的輸送距離、200萬kW以上的功率，并且正在研究1150kV和1500kV的特高壓電壓等級(jí)輸電。其中1150kV輸電已有工業(yè)性試驗(yàn)線路運(yùn)行。除了1000kV最高實(shí)際應(yīng)用的電壓外，還廣泛采用35kV、66kV、110kV、230kV、287kV、330kV、400kV、500kV電壓，不同的國家規(guī)定了自己的額定電壓等級(jí)，以適應(yīng)不同距離、不同輸送功率的要求。與各額定電壓等級(jí)相適應(yīng)的輸送距離和輸送功率見表1.2。表1.2與各額定電壓等級(jí)相適應(yīng)的輸送距離和輸送功率線間電壓／kV輸送功率／MW輸送距離／km100.2～2.06～20352.0～10.020～5011010.0～50.050～150220100.0～500100～300330200～800200～600500100～1500150～850750200～2500500以上與直流電能傳輸相比，交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以經(jīng)濟(jì)、方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能等）、化學(xué)能（石油、天然氣等）等其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價(jià)大為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便。這是交流電與直流電相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，也使得交流發(fā)電在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用在現(xiàn)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直流輸電。1.3.2 直流電能傳輸能源互聯(lián)網(wǎng)中的直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電，經(jīng)整流器變換成直流電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受電端交流電網(wǎng)的一種輸電方式。直流輸電主要由換流站（整流站和逆變站）、直流線路、交流側(cè)和直流側(cè)的電力濾波器、無功補(bǔ)償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護(hù)、控制裝置等構(gòu)成（見圖9.7）。其中換流站是直流輸電系統(tǒng)的核心，它完成交流和直流之間的變換。直流輸電主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大功率輸電和非同步交流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，具有線路投資少、不存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。圖9.7直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成1—無功補(bǔ)償裝置2—交流斷路器3—交流濾波器4—換流變壓器5—換流裝置6—平波電抗器7—避雷器8—直流濾波器9—直流輸電線10—保護(hù)和控制在能源互聯(lián)網(wǎng)中直流輸電再次興起并迅速發(fā)展，說明它在輸電技術(shù)領(lǐng)域中確有交流輸電不可替代的優(yōu)勢。并且隨著能源互聯(lián)網(wǎng)中直流發(fā)電設(shè)備的增加，直流輸電技術(shù)也是當(dāng)前急需解決的重要問題之一。直流輸電相比于交流輸電在下述情況下應(yīng)用更具優(yōu)勢：遠(yuǎn)距離大功率輸電。直流輸電不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性問題的制約，對(duì)保證兩端交流電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起了很大作用。海底電纜送電是直流輸電的主要用途之一。輸送相同的功率，直流電纜不僅費(fèi)用比交流省，而且由于交流電纜存在較大的電容電流，海底電纜長度超過40km時(shí)，采