儲能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用戰(zhàn)略,國內(nèi)外現(xiàn)狀

  1儲能技術(shù)與大規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)

  基于我國能源分布的特點,當前我國國家電網(wǎng)的建設(shè)目標為“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”。儲能技術(shù)在大規(guī)模電力系統(tǒng)中的應(yīng)用需要根據(jù)不同地區(qū)的實際情況而定。大規(guī)模電力系統(tǒng)需要較多地利用大規(guī)模儲能技術(shù)以達到儲能大容量/功率的要求。從整體上看,大部分大規(guī)模儲能技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化初級階段,整體成本還比較高,需要更長時間的運行驗證,因此現(xiàn)階段更多的示范驗證工程是有必要進行的。

  根據(jù)美國能源部信息中心的項目庫不完全統(tǒng)計,近10年來,由美國、日本、歐盟、韓國、智利、澳大利亞及我國等實施的MW級及以上規(guī)模的儲能示范工程達180余項,其中,電化學儲能示范數(shù)量近百項,非電化學儲能形式的示范數(shù)量超過80項,儲能技術(shù)涉及飛輪儲能、全釩液流電池、(新型)鉛酸電池、鈉硫電池等多種形式。從地域分布上看,美國在儲能裝機規(guī)模和示范項目數(shù)量上都處于領(lǐng)先地位,項目數(shù)量占全球總項目數(shù)量的44%,主要為電化學儲能項目;西班牙次之,項目數(shù)占14%,主要為太陽能熱發(fā)電熔融鹽儲能項目;日本占8%,主要為電化學儲能項目;我國占8%,全部為電化學儲能。從儲能類型上看,MW級規(guī)模儲能示范項目中電化學儲能項目數(shù)占比為53%,相變儲能占比34%,飛輪占比6%,其他類型涉及壓縮空氣、電磁儲能和氫儲能等。其中,在電化學儲能示范項目數(shù)量中,鋰離子電池所占比重最高,達48%;其次為鈉硫電池和鉛酸電池,分別占比18%和11%。

  2儲能技術(shù)與可再生新能源發(fā)電并網(wǎng)

  可再生新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展。英國計劃到2020年約30%電力生產(chǎn)來自于新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè);以我國風電為例,預(yù)計到2020年風電裝機容量將超過發(fā)電總裝機容量的10%。但是,間歇性新能源發(fā)電仍存在重要技術(shù)瓶頸——發(fā)電不穩(wěn)定性和并網(wǎng)技術(shù)問題。引入儲能技術(shù)是解決上述問題的主要途徑,它可以提高發(fā)電廠輸出功率的可控性,抑制功率波動,提高電能質(zhì)量,從而使風力發(fā)電、光伏發(fā)電等系統(tǒng)成為廣泛利用的電力供應(yīng)系統(tǒng)。儲能技術(shù)選擇需考慮額定功率和容量、響應(yīng)時間、安全穩(wěn)定性、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟成本等。從應(yīng)用的角度,在電能質(zhì)量保證方面,飛輪、超級電容器、部分蓄電池(如鈉硫和液流)、超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)能夠使發(fā)電廠輸出功率平滑,確保電網(wǎng)電能穩(wěn)定;在電能能量管理方面,隨著新能源裝機容量的提升,儲能系統(tǒng)的容量需要相應(yīng)提高,新型壓縮空氣、熱能儲存、部分蓄電池(如鉛酸和液流)系統(tǒng)具有潛在的調(diào)峰功能,可以適合風電、太陽能發(fā)電等的大規(guī)模儲存。在世界范圍內(nèi)已建成一些示范性工程,如加拿大VRBPowerSystemsInc.在美國、德國等地的風光儲能發(fā)電并網(wǎng)工程。2005年,美國California州建造了與風力發(fā)電機組相整合的450kW超級電容器,用以保證機組向電網(wǎng)輸送功率的穩(wěn)定性。我國在這個領(lǐng)域也在加快部署,例如正在運行中的國網(wǎng)張北項目(20MW)是目前全球最大的風光儲輸工程,張北風光儲輸工程二期已于2013年6月開始建設(shè),其中包括化學儲能裝置50MW;南網(wǎng)儲能示范項目(10MW),深圳寶清電池儲能站(4MW×4h);此外,全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)在2013年2月并網(wǎng),經(jīng)過嚴格考核,已全面投入運行,此技術(shù)可有效推進我國可再生能源的普及應(yīng)用。

  3儲能技術(shù)與分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)

  分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)具有鮮明的特點:能獨立運轉(zhuǎn)或者并網(wǎng),接近電力消費終端,容量相對較小(kW級別到幾十MW級別)等。針對其特點,儲能單元被認為是此類系統(tǒng)的必備部件。儲能單元可起到抑制系統(tǒng)和輸出功率的擾動、用于短時過渡供電、調(diào)峰填谷、保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、提高系統(tǒng)并網(wǎng)運行可靠性和靈活性等作用。目前已有一些建成的儲能示范工程應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng),如美國ZBB公司商業(yè)建筑儲能系統(tǒng)、西藏日喀則拉孜風光互補離網(wǎng)項目、陜西世園會充電及風光儲微網(wǎng)項目。2013年,歐洲最大的儲能電池設(shè)備在英國南部貝德福德郡的萊頓巴扎德啟動,預(yù)計在2016年開始投入運營,建成后的容量為6兆瓦,將使用錳酸鋰技術(shù)存儲電能,并在用電高峰期供能,以滿足電網(wǎng)需求。2015年4月30日20時,電動車制造商特斯拉推出家庭儲能“Powerwall”電池組,這一整套設(shè)備可以和當?shù)仉娋W(wǎng)集成,以處理過剩的電力,實現(xiàn)轉(zhuǎn)移負荷、電力備份以及太陽能發(fā)電自給。日本大和房建工業(yè)于2011年10月推出了具有蓄電池系統(tǒng)控制功能的智能住宅。從儲能運用的角度出發(fā),為了達到短時供電、調(diào)峰填谷和備用電源的目的,儲能單元系統(tǒng)須具備大容量能量/功率的能力。

  4儲能技術(shù)與電動汽車

  電動汽車與智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù)是一種新近發(fā)展中的技術(shù)。由于電動汽車較長時間地處于停止狀態(tài),車載電池作為儲能單元,與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)建立通信,從而達到電動汽車與智能電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換互補的目的。利用V2G技術(shù),使電動汽車具有潛在地參與較小規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量保證和備用電源等應(yīng)用。電動汽車蓄電池(如鉛酸、鋰電池等)甚至超級電容器都有可能作為V2G系統(tǒng)的儲能單元。如日本NEC、美國Maxwell等公司在電動汽車、軌道交通系統(tǒng)等領(lǐng)域中就運用了超級電容技術(shù)。日本式智能電網(wǎng)政府實現(xiàn)目標:電動汽車/插電式混合動力占新車的百分比從0.4%上升到2020年的20%,通過V2H技術(shù),EV/PHV提供大容量儲能電池,也可以用于電力峰值轉(zhuǎn)移或應(yīng)急電源,來提高電力汽車/插電式混合動力汽車儲能電池的應(yīng)用。在Keihanna,實時監(jiān)測100輛電動汽車充電量的系統(tǒng)及應(yīng)用車載監(jiān)控的需求響應(yīng)來抑制充電量的系統(tǒng)驗證正在進行。

  5儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)和機遇

  儲能作為一項高科技含量高工程要求的新興技術(shù),還面臨著重大的挑戰(zhàn):

 ?。?)技術(shù)挑戰(zhàn)。大部分儲能技術(shù)成熟度還有待提高,特別是關(guān)鍵材料、核心技術(shù)。另外儲能在電力電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用時間較短,而電網(wǎng)對于安全可靠性要求很高,儲能設(shè)備產(chǎn)品的定型周期需要長時間的驗證;

 ?。?)經(jīng)濟挑戰(zhàn)。與關(guān)鍵技術(shù)、能源效率以及應(yīng)用場合密切聯(lián)系的投資和維護成本將成為各種儲能技術(shù)選擇發(fā)展的關(guān)鍵考量;

 ?。?)政策挑戰(zhàn)。雖然各國都制訂了發(fā)展儲能技術(shù)的戰(zhàn)略,但在如何管理儲能系統(tǒng)和如何對于儲能技術(shù)的研發(fā)給予支持仍然需要政策細化。

  同時,我們也看到,去年中國儲能項目裝機增長已超過全球增速。截至2013年底,除抽水蓄能、壓縮空氣儲能及儲熱外,全球儲能項目總裝機容量達73.6萬kW,較2012年增長了12%。而中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度則相對更快。截至2013年底,中國已運行的儲能項目裝機規(guī)模達5.15萬kW,較2012年增長了39%。快速增長涉及可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、電動汽車等多個方面。

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儲能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用戰(zhàn)略,國內(nèi)外現(xiàn)狀

發(fā)布時間:2019-02-19   來源:電力網(wǎng)

  1儲能技術(shù)與大規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)

  基于我國能源分布的特點,當前我國國家電網(wǎng)的建設(shè)目標為“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”。儲能技術(shù)在大規(guī)模電力系統(tǒng)中的應(yīng)用需要根據(jù)不同地區(qū)的實際情況而定。大規(guī)模電力系統(tǒng)需要較多地利用大規(guī)模儲能技術(shù)以達到儲能大容量/功率的要求。從整體上看,大部分大規(guī)模儲能技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化初級階段,整體成本還比較高,需要更長時間的運行驗證,因此現(xiàn)階段更多的示范驗證工程是有必要進行的。

  根據(jù)美國能源部信息中心的項目庫不完全統(tǒng)計,近10年來,由美國、日本、歐盟、韓國、智利、澳大利亞及我國等實施的MW級及以上規(guī)模的儲能示范工程達180余項,其中,電化學儲能示范數(shù)量近百項,非電化學儲能形式的示范數(shù)量超過80項,儲能技術(shù)涉及飛輪儲能、全釩液流電池、(新型)鉛酸電池、鈉硫電池等多種形式。從地域分布上看,美國在儲能裝機規(guī)模和示范項目數(shù)量上都處于領(lǐng)先地位,項目數(shù)量占全球總項目數(shù)量的44%,主要為電化學儲能項目;西班牙次之,項目數(shù)占14%,主要為太陽能熱發(fā)電熔融鹽儲能項目;日本占8%,主要為電化學儲能項目;我國占8%,全部為電化學儲能。從儲能類型上看,MW級規(guī)模儲能示范項目中電化學儲能項目數(shù)占比為53%,相變儲能占比34%,飛輪占比6%,其他類型涉及壓縮空氣、電磁儲能和氫儲能等。其中,在電化學儲能示范項目數(shù)量中,鋰離子電池所占比重最高,達48%;其次為鈉硫電池和鉛酸電池,分別占比18%和11%。

  2儲能技術(shù)與可再生新能源發(fā)電并網(wǎng)

  可再生新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展。英國計劃到2020年約30%電力生產(chǎn)來自于新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè);以我國風電為例,預(yù)計到2020年風電裝機容量將超過發(fā)電總裝機容量的10%。但是,間歇性新能源發(fā)電仍存在重要技術(shù)瓶頸——發(fā)電不穩(wěn)定性和并網(wǎng)技術(shù)問題。引入儲能技術(shù)是解決上述問題的主要途徑,它可以提高發(fā)電廠輸出功率的可控性,抑制功率波動,提高電能質(zhì)量,從而使風力發(fā)電、光伏發(fā)電等系統(tǒng)成為廣泛利用的電力供應(yīng)系統(tǒng)。儲能技術(shù)選擇需考慮額定功率和容量、響應(yīng)時間、安全穩(wěn)定性、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟成本等。從應(yīng)用的角度,在電能質(zhì)量保證方面,飛輪、超級電容器、部分蓄電池(如鈉硫和液流)、超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)能夠使發(fā)電廠輸出功率平滑,確保電網(wǎng)電能穩(wěn)定;在電能能量管理方面,隨著新能源裝機容量的提升,儲能系統(tǒng)的容量需要相應(yīng)提高,新型壓縮空氣、熱能儲存、部分蓄電池(如鉛酸和液流)系統(tǒng)具有潛在的調(diào)峰功能,可以適合風電、太陽能發(fā)電等的大規(guī)模儲存。在世界范圍內(nèi)已建成一些示范性工程,如加拿大VRBPowerSystemsInc.在美國、德國等地的風光儲能發(fā)電并網(wǎng)工程。2005年,美國California州建造了與風力發(fā)電機組相整合的450kW超級電容器,用以保證機組向電網(wǎng)輸送功率的穩(wěn)定性。我國在這個領(lǐng)域也在加快部署,例如正在運行中的國網(wǎng)張北項目(20MW)是目前全球最大的風光儲輸工程,張北風光儲輸工程二期已于2013年6月開始建設(shè),其中包括化學儲能裝置50MW;南網(wǎng)儲能示范項目(10MW),深圳寶清電池儲能站(4MW×4h);此外,全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)在2013年2月并網(wǎng),經(jīng)過嚴格考核,已全面投入運行,此技術(shù)可有效推進我國可再生能源的普及應(yīng)用。

  3儲能技術(shù)與分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)

  分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)具有鮮明的特點:能獨立運轉(zhuǎn)或者并網(wǎng),接近電力消費終端,容量相對較小(kW級別到幾十MW級別)等。針對其特點,儲能單元被認為是此類系統(tǒng)的必備部件。儲能單元可起到抑制系統(tǒng)和輸出功率的擾動、用于短時過渡供電、調(diào)峰填谷、保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、提高系統(tǒng)并網(wǎng)運行可靠性和靈活性等作用。目前已有一些建成的儲能示范工程應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng),如美國ZBB公司商業(yè)建筑儲能系統(tǒng)、西藏日喀則拉孜風光互補離網(wǎng)項目、陜西世園會充電及風光儲微網(wǎng)項目。2013年,歐洲最大的儲能電池設(shè)備在英國南部貝德福德郡的萊頓巴扎德啟動,預(yù)計在2016年開始投入運營,建成后的容量為6兆瓦,將使用錳酸鋰技術(shù)存儲電能,并在用電高峰期供能,以滿足電網(wǎng)需求。2015年4月30日20時,電動車制造商特斯拉推出家庭儲能“Powerwall”電池組,這一整套設(shè)備可以和當?shù)仉娋W(wǎng)集成,以處理過剩的電力,實現(xiàn)轉(zhuǎn)移負荷、電力備份以及太陽能發(fā)電自給。日本大和房建工業(yè)于2011年10月推出了具有蓄電池系統(tǒng)控制功能的智能住宅。從儲能運用的角度出發(fā),為了達到短時供電、調(diào)峰填谷和備用電源的目的,儲能單元系統(tǒng)須具備大容量能量/功率的能力。

  4儲能技術(shù)與電動汽車

  電動汽車與智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù)是一種新近發(fā)展中的技術(shù)。由于電動汽車較長時間地處于停止狀態(tài),車載電池作為儲能單元,與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)建立通信,從而達到電動汽車與智能電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換互補的目的。利用V2G技術(shù),使電動汽車具有潛在地參與較小規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量保證和備用電源等應(yīng)用。電動汽車蓄電池(如鉛酸、鋰電池等)甚至超級電容器都有可能作為V2G系統(tǒng)的儲能單元。如日本NEC、美國Maxwell等公司在電動汽車、軌道交通系統(tǒng)等領(lǐng)域中就運用了超級電容技術(shù)。日本式智能電網(wǎng)政府實現(xiàn)目標:電動汽車/插電式混合動力占新車的百分比從0.4%上升到2020年的20%,通過V2H技術(shù),EV/PHV提供大容量儲能電池,也可以用于電力峰值轉(zhuǎn)移或應(yīng)急電源,來提高電力汽車/插電式混合動力汽車儲能電池的應(yīng)用。在Keihanna,實時監(jiān)測100輛電動汽車充電量的系統(tǒng)及應(yīng)用車載監(jiān)控的需求響應(yīng)來抑制充電量的系統(tǒng)驗證正在進行。

  5儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)和機遇

  儲能作為一項高科技含量高工程要求的新興技術(shù),還面臨著重大的挑戰(zhàn):

  (1)技術(shù)挑戰(zhàn)。大部分儲能技術(shù)成熟度還有待提高,特別是關(guān)鍵材料、核心技術(shù)。另外儲能在電力電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用時間較短,而電網(wǎng)對于安全可靠性要求很高,儲能設(shè)備產(chǎn)品的定型周期需要長時間的驗證;

 ?。?)經(jīng)濟挑戰(zhàn)。與關(guān)鍵技術(shù)、能源效率以及應(yīng)用場合密切聯(lián)系的投資和維護成本將成為各種儲能技術(shù)選擇發(fā)展的關(guān)鍵考量;

 ?。?)政策挑戰(zhàn)。雖然各國都制訂了發(fā)展儲能技術(shù)的戰(zhàn)略,但在如何管理儲能系統(tǒng)和如何對于儲能技術(shù)的研發(fā)給予支持仍然需要政策細化。

  同時,我們也看到,去年中國儲能項目裝機增長已超過全球增速。截至2013年底,除抽水蓄能、壓縮空氣儲能及儲熱外,全球儲能項目總裝機容量達73.6萬kW,較2012年增長了12%。而中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度則相對更快。截至2013年底,中國已運行的儲能項目裝機規(guī)模達5.15萬kW,較2012年增長了39%??焖僭鲩L涉及可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、電動汽車等多個方面。

      關(guān)鍵詞:電力, 儲能,智能電網(wǎng)


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