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剖析 | 储能详解之储能技术的性能及应用

(原标题:储能详解之储能技术的性能及应用)

剖析 | 储能详解之储能技术的性能及应用

一、各种储能技术的性能比较和应用选择

储能技术种类繁多,他们的特点各异。在实际工程项目中,要根据储能技术的特征,应用的目的和需求,来选择其种类、安装地点、容量以及各种技术的配合,还要考虑用户的经济承受能力,进行综合比较来选择适当的技术。供选择的主要特征包括:①能量密度 (kWh or MWh);②功率密度 (kW or MW);③响应时间(-ms, -s, -minute);④储能效率 (充放电效率);⑤设备寿命 (年)或充放电次数;⑥技术成熟度;⑦经济因素 (投资成本、运行和维护费用);⑧安全和环境方面的考虑。

1  放电时间对比

储能技术性能如果按放电时间划分,可分为:

①短放电时间(秒至分钟级),如超级电容器、超导储能、飞轮储能。

②中等放电时间(分钟至小时级),如飞轮储能、各种电池等。
③较长放电时间(小时至天级),如各类电池、抽水蓄能、压缩空气等。
④特长放电时间(天至月级),如氢和合成天然气。

上述放电时间短的,常常是功率型的,一般可用作UPS和提高电能质量。中等放电时间的,可用于电源转接。较长或特长时间的,一般是能量型的,可用于系统的能量管理。目前应用最广泛的大型抽水蓄能可以解决天级的储能要求,要满足周和月级的储能需求要依靠其他种类储能手段,如氢和合成天然气。

不同储能技术的储能容量能量和放电时间的比较示于图,可以看出不同的储能技术处于图中不同的位置。

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2  功率对比

大规模、永久储能的应用可分为三类:

①电能质量要求:在该应用中,储存能量仅用于在几秒钟或更少的时间,以确保传输电能的品质。
②应急能量要求:在这些应用中,贮存的能量可用几秒到几分钟,从一个电源切换到另一个电源时,以保证电能的连续性。
③系统能量管理要求:在这些应用中,储能系统用于发电和消耗之间的去耦及同步。典型的应用是负载平衡,这意味着在非高峰时储存能量(能量成本低),并在高峰时段使用存储的能量(能量较高的成本)。

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3  效率对比

储能的效率和寿命(循环的最大数)是两个重要参数,因为它们影响到存储的成本。下图给出不同存储技术相对于效率和寿命的特点。

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4  投资对比

投资成本是一个重要的经济参数,影响能源生产的总成本。每个循环的成本可能是评估能量存储系统成本的最佳方式。下图给出投资的主要组分,考虑到耐用性和效率。

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5  密度对比

存储系统的体积很重要,首先,它可能被安装在一个受限制的或昂贵的空间,例如在城市地区。其次,体积增加,则需要更多的材料和更大的施工现场,从而增加了系统的总成本。

二、储能技术在电力系统中的应用

1  电力系统对储能技术的需求

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(1)储能技术在电力系统中应用的四要素

系统规模:容量要求——MW ~ 百MW级;安全性问题——大规模系统的安全性。
技术水平:循环寿命——5000次及以上;效率——80%及以上。
经济因素:运行收益需大于投入成本
工作形态:批量化、标准化生产;便于安装、运行与维护。

(2)储能技术在电力系统中应用的的现状

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在可再生能源领域应用中,储能项目数占比最大,增长态势也最明显;
在分布式与微网领域应用中,储能项目数占比增长速率较快;
各储能类型中,电化学储能项目数占比最大,为重点攻关方向;
锂离子电池的项目数占比最大,其增长幅度也最快,已成为发展最快的电化学储能技术。

(3)储能技术在电力系统中应用的时间尺度

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2  储能技术在电力系统中的作用

 

在电力系统中,储能技术可以用于发电、输电、配电和用户侧的各个领域。

(1)储能技术在发电侧的作用

吸收可再生能源发电的波动或平滑可再生能源发电的输出功率;

跟踪发电计划,跟随可再生能源发电的爬坡;

辅助风力和太阳能发电,使其成为一种部分可调节的电源,提高它们的可控性;

在一个高渗透率的可再生能源发电区域,储存过剩的风电和太阳能发电以减少弃能,提高可再生能源的渗透率和经济性;

储存的能量可以作为一种旋转备用,随时供电网调度使用,由此也减少常规发电的备用量和提高它们的效率

日本风力发电公司用34MW(2MW×17组)的钠硫电池来补偿Futamata风电场(in Aomori,Japan) 51MW(1.5MW×34台)的风电机组输出功率,取得了很好的输出功率平滑效应。

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(2)储能技术在输电网运行和电力调度中的作用

可再生能源发电的时变性会加重线路过载和堵塞的可能,建在不同地方、多处的储能装置可起辅助服务的作用,优化潮流,减轻或解决线路过负荷和堵塞,并降低线路和网络的损耗;

推迟新的线路建设和投运时间;

当电网发生扰动时或事故时,储能可作为调频电源,协助提高电网的安全稳定性能和增加电网安全运行的裕度,也可用作电网的紧急事故备用电源或黑启动电源。

(3)储能技术在配电网中的作用

在一个孤立运行的微电网中或当微电网与其相连的配电网解列时,为了保持微电网能继续正常和稳定运行,储能装置成为一种不可或缺的配备;

提高电能质量,使电压保持在合格或适当的范围内;

可用于调节微电网的频率,使其保持过渡过程中的频率稳定和用于较长期的能量管理;

对一个配备了相当数量的风电和太阳能发电的孤立运行的微电网中(如海岛上),储能显得尤为重要;

可移动式储能装置,在地区事故停电时,快速地将储能装置运送到停电区域并接入电网,以缩短停电时间,提高供电的可靠性。

例如,采用一些储能设备 (如蓄电池、飞轮等),并与无功补偿设备相结合,供电质量就可得到改善。

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3  储能技术在电力系统中应用的一些问题

在可再生能源发电多的地区,储能往往用于解决发电与负荷间的不平衡问题,但此类问题的解决,不能仅用储能技术,也可用电网的常规手段来解决,到底需用何种技术,需要进行技术和经济的综合比较。

电网中的常规技术包括:

多安装常规机组(火电和水电机组)和多留备用;
机组优化组合和实时优化调度;

多安装响应速度快和负荷跟随能力强的机组(如燃气轮机);

多装可再生能源发电和应用风电和光伏发电预测功能;

扩大互联区域和加强区域间的联络线;

采用必要的FACTS技术调节线路上变化的潮流,避免线路上功率阻塞;

采用需求侧管理和需求响应技术,降低用能或调整负荷使用时间;

利用电动汽车的V2G功能。

文章来源:能源创客

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