电力系统储能技术123.doc

2.6 大规模储能技术 到目前为止，人们已经探索和开发了多种形式的电能存储方式，主要可分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能等。机械储能方式主要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能主要有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池及其它二次电池等；电磁储能方式主要包括超导储能和超级电容储能等。 2.6.1 抽水蓄能 抽水蓄能是电力系统中广泛采用的大规模、集中式储能手段，它是利用自然界里数量最大的液体—水的势能来进行储能。抽水蓄能在应用时配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段，抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存。在负荷高峰时，抽水储能设备工作于发电机的状态，利用储存在上游水库中的水发电。一些高坝水电站具有储水容量，可以将其用作抽水蓄能电站进行电力调度。 抽水蓄能技术的优点是：技术上成熟可靠，其容量可以做得很大，仅受到水库库容的限制。缺点首先是建造受到地理条件的限制，必须有合适的高低两个水库。另外，在抽水和发电两个过程中都有相当数量的能量是损失掉的。还有一个缺点是这种抽水储能电站受地理条件限制，一般都远离负荷中心。限制抽水蓄能电站更广泛应用的一个重要制约因素是建设工期长，工程投资较大。 抽水储能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用，全世界目前共有超过90GW 的抽水储能机组投入运行。日、美、西欧等国家和地区在20世纪60~70年代进入抽水蓄能电站建设的高峰期。到目前为止，美国和西欧经济发到国家抽水蓄能机组容量占世界抽水蓄能总装机容量的55%以上。日本是世界上机组水平最高的国家。从20世纪70年代以来，日本在最大容量、最高水头等方面一直居世界最高水平，在技术方面引领世界潮流。 目前，抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右，部分国家超过10%，其中法国占18.7%，奥地利达到16.3%，瑞士12%，意大利11%，日本达10%。从技术水平看，日本最为先进。 和欧美日发达国家相比，我国抽水蓄能电站建设起步较晚，20世纪90年代开始才进入开始发展期，兴建了广州抽蓄一期、北京十三陵、浙江天荒坪等一批大型抽水蓄能电站。到目前为止，我国抽水蓄能电站装机容量约5.7GW，占全国装机容量的1.8%，预计2010年该比例提高到2.6%左右。 目前，我国250MW以下的抽水蓄能机组监控、励磁、调速、保护及自动化系统国产化达到一定水平，但有待提高；而250MW及以上设备国产化在国内尚属空白，不能适应电网快速发展的需要。 2.6.2 飞轮储能 飞轮储能(Flywheel Energy Storage)是将能量以动能的形式储存在高速旋转的飞轮中，它主要由高强度合金和复合材料的转子、高速轴承、电动饯电机、电力转换器和真空安全罩组成。其原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为飞轮动能而储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的加速和减速实现了充电和放电。与化学电池相比，飞轮储能具有储能密度高、充放电速度快、效率高、寿命长、无需特殊维护、无污染、应用范围广、适应性强等特点。 国外将飞轮储能用于电力系统调峰、风力发电、太阳能发电、电动汽车、不间断电源、低轨道卫星、大功率调峰、电磁炮、鱼雷等方面，目前已从实验室研究转变为向产业化、市场化方向发展。如美国Beacon Power公司20C1000系列、Active Power公司CAT UPs和Clean Source DC Flywheel系列、欧洲Urenco公司的PQ系列飞轮已经作为产品在世界范围内销售。 目前国内从事与飞轮研究相关的单位有：清华大学工程物理系飞轮储能实验室、华中科技大学、华北电力大学、中科院电工所、天津核工业理化工程研究院、北京航空航天大学宇航学院、南京航空航天大学、中国科大、中科院力学所、东南大学、合肥工业大学等。清华大学飞轮储能实验室是国内最早研究储能飞轮的实验室之一，1997年实验室设计出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg，直径23cm，1998年成功运转到48000rpm，线速度580m/s，实现充放电。1999年实验室设计出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年4 成功运转到700周，线速度650m/s，储能量500Wh。华北电力大学设计并制作的飞轮储能系统中，转子质量334kg，转动惯量10.43kg·m2，轴承采用的是永磁吸力轴承和油浮轴承组成的混合式轴承系统。转子可达到的最高转速为6000r/min，对应的储能量为2.05MJ。 2009年8月5日，具备目前国内最先进、最可靠供电保障技术的两台250KVA移动式飞轮发电车落户北京市电力公司，即日起将执行供电保障和应急供电等任务。该车将UPS不间断电源车与发电车结合在一起，大大增强了输出电源的稳定性，特别