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1、 中国华能集团清洁能源技术研究院中国华能集团清洁能源技术研究院 朱连朱连峻峻 20152015（第六届）国际微电网与储能产业聚焦峰会（第六届）国际微电网与储能产业聚焦峰会 多种储能技术在大规模电力储 能中的研究及发展 主要内容主要内容 我们-正在经历的和拥有的 我们-将要做的 我们-现有的技术比对 我们-已经做的 我们 WE 所拥有的 We are experiencing 化石能源的不可再生性，储量日益减少化石能源的不可再生性，储量日益减少 化石能源大量使用的化石能源大量使用的COCO2 2排放问题排放问题 电站电站 工业工业 交通交通 其它其它 中国中国CO2主要排放源主要排放源 我国CO
2、2排放40%50%来至于电厂， 2008年燃煤电厂CO2排放约30亿吨 所拥有的 所拥有的太阳能资源 作为理想的可再生能源，太阳能具有取之不尽，用之不竭的特点作为理想的可再生能源，太阳能具有取之不尽，用之不竭的特点； 我国太阳能资源丰富，全国总面积我国太阳能资源丰富，全国总面积2/32/3以上地区年日照时数大于以上地区年日照时数大于20002000小时，理论储小时，理论储 量达每年量达每年1.71.7万亿吨标准煤，具有利用太阳能发电的良好条件。万亿吨标准煤，具有利用太阳能发电的良好条件。 中国中国风力资源十分丰富。根据国家气象局的资料，我国离地风力资源十分丰富。根据国家气象局的资料，我国离地1
3、0 10 米高的风能资源总储米高的风能资源总储 量约量约32.2632.26亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.532.53亿亿kWkW，5050米高度的风米高度的风 能资源比能资源比1010米高度多米高度多1 1倍，约为倍，约为5 5亿多亿多kWkW。近海可开发和利用的风能储量有。近海可开发和利用的风能储量有7.57.5亿亿kWkW。 所拥有的风力资源 中国面临着严重的环境压力，因而更加重视可再生能源发 电的发展，年可再生能源发电量为万亿千 瓦时，占总发电量的，其中并网风力发电占总发电 量的；光伏发电占总发电量的，并网 光伏占。年，在中美双
4、方发布的联合 声明中，中国提出计划年左右二氧化碳排放达到 峰值且将努力早日达峰值，并相应地将年非化石 能源占一次能源消费比重提高到，而此前的规划是 到年非化石能源占比为。考虑到水电、核 电施工周期较长，增长受禀赋限制，风光电的发展潜力非 常大。 传统电力系统特点及问题 发电侧输出功率稳定可控，用电侧负荷随机性大（一组随机变量一组随机变量） 无电力存储系统，发输用三个环节功率实时平衡 因故障导致系统功率严重失衡时，通过切机切负荷被动致稳 所拥有的 可再生能源发电等存在的主要问题 风能与太阳能资源的自身特点决定了风能和太阳能发电具有不稳定性和 不连续性 风电大规模并网发电对电网的稳定性和运行调度等
5、方面都有很大影响 我国风电场普遍面临着较严重的弃风问题 输出特性输出特性 所拥有的问题 现代电力系统新特点 发电侧输出功率和用电侧负荷均存在随机性大（两组独立随机变两组独立随机变量量） 若无电力存储系统，功率失衡将可能成为电网的一种常态，严重威胁电网安全 所拥有的问题 大规模可再生能源的并网难题 政策层面：可再生能源法：全额收购；可再生能源法修正案：全额政策层面：可再生能源法：全额收购；可再生能源法修正案：全额保障性收购；保障性收购； 技术层面：电网可接纳多大比例的风电（如何保证电力系统在高比技术层面：电网可接纳多大比例的风电（如何保证电力系统在高比例风电条件下的安全运行）例风电条件下的安全运
6、行） 所拥有的问题 可再生能源的发电集中时间段与用电时间段存在 着不一致性。风电发电高峰一般集中在晚上，太 阳能发电的高峰集中在白天。而工业用电的用电 曲线较为平缓，居民用电则呈现白天、晚上两个 高峰。另一方面，随着季节、天气的变化，可再 生能源发电与用电曲线都会有相应的变化。中国 大部分地区春季风力发电输出最大，光伏发电夏 天输出最高，而且发电随天气原因剧烈变化而具 有不可预测性。 所拥有的问题 我们 WE 将要做的 We will do 大规模电力储能技术的作用 预计预计2016年在世界范围内智能电网领域的储能市场需求将达到年在世界范围内智能电网领域的储能市场需求将达到70亿美元（约亿美元
7、（约 450亿人民币），市场前景极其广阔；亿人民币），市场前景极其广阔； 预测铅酸电池和钠硫电池将占有储能市场份额的90%以上，是电力储能领域 的主流技术。 储能系统在智能电网领域市场前景 大规模可再生能源并网研究 储能系统储能系统 输出输出 储能系统具有动态吸收能量并适时平稳释放的特点，有效弥补风电和太阳能发储能系统具有动态吸收能量并适时平稳释放的特点，有效弥补风电和太阳能发电间歇性、波动性的缺点电间歇性、波动性的缺点 改善电场输出功率的可控性，提升发电的稳定性水平改善电场输出功率的可控性，提升发电的稳定性水平 大规模电力储能技术 储能电站技术方案选择 单体电池单体电池 电池组电池组 储能电
8、站储能电站 电池成组技术电池成组技术 电站集成技术电站集成技术 电池储能电站关键技术电池储能电站关键技术 主要研究内容 1）电池储能系统中电池成组拓扑结构研究 （1）电池储能电站由每个单体电池组合而成，由单体电池通过 串、并联方式逐级组合为单元电池、电池模块（模组）、电池串 至储能电站的电池堆。 存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元存储子单元控制系统（VI）DC/DC（III）保护系统（VII）电网电网电网分流通讯网络通讯网络通讯网络通讯网络（2）确定电池成组策略、优化电池成组拓扑结构及相关的试验研究等是电池成组拓扑结构
9、研究的核心内容； （3）单体电池选择原则；（美国特斯拉电池成组方案启示） 1）电池储能系统中电池成组拓扑结构研究 （4）拓扑结构研究基本原则： a：BMS成本最低原则； b：电池模组能量安全限值原则；即电站内的电池模组能 量受控原则。 主要研究内容 主要研究内容 （1）单体电池不一致性（采用卷绕工艺电池） ； （2）电池分选技术（采用卷绕工艺电池）； （3）串并联方式； （4）连接技术； （5）运行工况； （6）确定提高电池成组性能的解决方案及其优化策 2）电池成组性能的影响关键因素研究 （1）电池状态监测与分析 （2）充放电管理技术； （3）均衡管理技术； （4）热管理技术； （5）安全保护
10、； （6）能量管理控制； （7）电池信息管理； （8）相应硬件与软件系统设计、开发。 3）电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）设计开发 主要研究内容 5）储能电站的远控及自动运行系统（无人值守系 统）的开发，及智能路由系统开发，实现储能电站 的无人值守与自动调度运行（互联网+模式）。 4）储能电站与电网接入系统设计及运行、控制、调度策略研究与优化； a. 传统的双向逆变变压器电网接入方案； b. 直流直挂电网的接入方案；（三路直流电路分别接入电网 的ABC三相）； 主要研究内容 6 6）混合储能电站系统研发）混合储能电站系统研发 概念：概念：利用两种或两种以上不同种类化学储能电池作为
11、电能储存介质，采用扬长避短的组合方式进行成组的规模性储能电站。 优势：优势： 可再生能源发电系统中，储能装置的不但要面临负载功率脉动的问题，还会经常处于发电功率不稳定或脉动的状态； 储能电站需同时兼顾高功率及大容量输入、输出的问题，利用不同类型储能电池优化组合可同时解决储能电站的高功率、大容量、低成本的需求。 主要研究内容 混合储能电站低成本混合储能电站低成本优势优势 混合储能电站混合储能电站 主要研究内容 我们 WE 现有的技术比对 Existing technology comparison 现有技术比对储能技术的分类 不同应用场合对不同应用场合对 能量和功率密度能量和功率密度 的要求不同
12、的要求不同 电力储能领域的功率电力储能领域的功率 和能量需求均是兆瓦和能量需求均是兆瓦 级的大规模储能技术级的大规模储能技术 物理储能抽水蓄能电站 大容量、大功率 为火电和核电机组提供稳定负荷 特性：静止 满载 22.5min 空载 满载 3035s 技术成熟，但受地技术成熟，但受地 理条件限制！理条件限制！ 物理储能传统压缩空气储能 燃气轮机发电过程中，燃料的2/3用压缩空气，其燃料消耗可减少1/3，同时减少排放； 技术成熟、投资成本低于抽水蓄能电站 优势：优势： 存在问题：存在问题： 需要燃气轮机 受岩层等地质条件的限制 随着技术进步，新型随着技术进步，新型 CAES技术正逐步摆脱技术正逐
13、步摆脱 传统传统CAES需要燃机及需要燃机及 受地质条件限制的影响受地质条件限制的影响 物理储能飞轮储能 功率密度大，使用寿命长，但其储能时间很短一般不超过功率密度大，使用寿命长，但其储能时间很短一般不超过15min 电磁储能超导储能和超级电容储能 高功率，长寿命，但能量密度低，储能时间很短（不超过高功率，长寿命，但能量密度低，储能时间很短（不超过15min） 超导磁储能超导磁储能 （SMES） 超级电容器储能超级电容器储能 分类分类 储能技术储能技术 典型功率典型功率 响应时间响应时间 优势优势 劣势劣势 应用方向应用方向 机械储能机械储能 抽水蓄能 1002000 MW 410h 大功率，
14、大容量， 低成本 受地域限制受地域限制 能量管理、频率调整与 系统备用 压缩空气储能 100300 MW 620h 大功率，大容量， 低成本 受地域限制、需受地域限制、需 要燃气要燃气 调峰、系统备用 飞轮储能 5 kW1.5 MW 15s15min 高功率、长寿命 高成本、 低能量密度 电能质量控制、频率控 制、UPS 电磁储能电磁储能 超导储能 10kW10MW 1ms15min 高功率、长寿命， 高效率 高成本、低能量 密度 系统稳定性、电能质量 超级电容储能 1100kW 1s1min 高功率、长寿命， 高效率 低能量密度 系统稳定性、电能质量 电化学电化学 储能储能 铅酸电池 1 k
15、W50 MW 1min5h 成本低 寿命短 系统备用、黑启动、电 能质量 钠硫、锂离子电池 kWMW级 1min数h 高能量密度、高 效率 高成本、安全性 问题 平滑负荷、备用电源 液流电池 10100 kW 120h 大容量、长寿命 低能量密度 平滑负荷、备用电源 电解制氢复合储能电解制氢复合储能 系统系统 1MW100MW 1min50h 低成本、大容量、低成本、大容量、 长寿命长寿命 系统结构较复杂系统结构较复杂 平滑负荷、备用电源、能平滑负荷、备用电源、能 量存储量存储 不同储能方式的比较 电化学储能系统电化学储能系统的能量密度大，持续时间长，且不受地域限制，的能量密度大，持续时间长，且不受地域限制， 是提升风电等可再生能源发电稳定性水平较理想的储能系统是提升风电等可再生能源发电稳定性水平较理想的储能系统 电化学储能系统 电池储能系统电池储能系统 电解制氢复合储能系统电解制氢复合储能系统 电池储能系统 电池类型电池类型 单体电压单体电压 (V) 比容量比容量 (Wh/kg) 比功率比功率 (W/kg) 常温循环寿命常温循环寿命 (次次) 充放电效率充放电效率 (%) 自放电自放电 (%/月月) 铅酸铅酸 锂离子锂离子 钠硫钠硫 全钒液流全钒液流 2.0
