储能技术分类概述234502.pdf

《储能技术分类概述234502.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《储能技术分类概述234502.pdf（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐穷则独善其身，达则兼善天下。孟子储能技术分类概述（一）储能的定义及分类 1.储能的定义 储能是通过特定的装臵或物理介质将不同形式的能量通过不同方式储存起来，以便以后在需要时利用的技术。储能主要是指电能的储存。储能又是石油油藏中的一个名词，代表储层储存油气的能力。储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。广义的电力储能技术是指为实现电力与热能、化学能、机械能等能量之间的单向或双向存储设备，所有能量的存储都可以称为储能。传统意义的电力储能可定义为实现电力存储和双向转换的技术，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导磁储能、

2、电池储能等，利用这些储能技术，电能以机械能、电磁场、化学能等形式存储下来，并适时反馈回电力网络。能源互联网中的电力储能不仅包含实现电能双向转换的设备，还应包含电能与其他能量形式的单向存储与转换设备。在能源互联网背景下，广义的电力储能技术可定义为实现电力与热能、化学能、机械能等能量之间的单向或双向存储设备。如图所示，电化学储能、储热、氢储能、电动汽车等储能技术围绕电力供应，实现了电网、交通网、天然气管网、供热供冷网的“互联”。其中，电化学储能和电动汽车实现了电力双向转换，用双框线标出，其余用单框线标出，图中箭头的方向表示能量流动的方向，表示燃料电池电动汽车，表示电化学电池电动汽车。常将有日思无日

3、，莫待无时思有时。增广贤文勿以恶小而为之，勿以善小而不为。刘备 图 1：能源互联网中的电力储能技术 除储能设备外，还包含了热电联供机组、燃料电池、热泵、制氢等能源转换设备。储能和能源转换设备共同建立了多能源网络的耦合关系。在实际应用中，二者常进行一体化设计，难以区分，因此本文将具有储能能力的电力转换设备也纳入广义电力储能的范畴。图中，通过新能源发电实现风、光、潮汐、地热等主要一次能源向电能的转换。在电网传输和消纳能力的限制下，部分新能源发电将通过制氢、制热等方式进行转换，部分新能源发电以电化学储能等双向电力储能设备存储并适时返回电网。在各电力储能技术的支撑下，新能源发电与热电联供机组、燃料电池

4、、热泵等转换设备协调运行，实现了新能源高效利用目标下，以电能为核心的多能源生产和消费的匹配。2.储能按技术原理分类 按照技术原理划分，储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。管子牧民常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅蓄电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。其中：最成熟的是抽水蓄能、铅蓄电池；正处于示范推广阶段的是飞轮储能、压缩空气储能、锂电池；发展处于初期的技术有铝空气电池、液流电池、钠硫电池、固态电池、燃料电池、超导磁蓄能、超级电容等。表 1：各类储

5、能的特点 种类 典 型 额 定 功率 额定功率下的放电时间 特点 应用场合 机械储能 抽水蓄能 1003000MW 410h 适用于大规模储能，技术成熟。响应慢，受地理条件限制 调峰、日负荷调节、频率控制，系统备用 压缩空气储能 10300MW 120h 适用于大规模储能，技术成熟。响应慢，受地理条件限制 调峰、调频，系统备用，平滑可再生能源功率波动 飞轮储能 0.0023MW 11800s 寿命长，比功率高，无污染 调峰、频率控制、不间断电源、电能质量控制 电磁储能 超导磁储能 0.1100MW 1300s 响应快，比功率高，低温条件，成本高 输配电稳定、抑制震荡 超级电容器储能 0.015

6、MW 130s 响应快，比功率高，成本高，比能量低 电能质量控制 电化学储能 铅蓄电池 几 千 瓦 至 几万千瓦 几分钟至几小时 技术成熟，成本低，寿命短，存在环保问题 备用电源、黑启动 液流电池 0.05100MW 120h 寿命长，可深度放电，便于组合，环保性能好，储能密度稍低 备用电源，能量管理，平滑可再生能源功率波动 大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。汤显祖钠硫电池 0.1100MW 数小时 比能量与比功率高，高温条件，运行安全问题有待改进 电能质量控制，备用电源，平滑可再生能源功率波动 锂离子电池 几 千 瓦

7、至 几万千瓦 几分钟至几小时 比能量高，循环特性好，成组寿命有待提高，安全问题有待改进 电能质量控制，备用电源，平滑可再生能源功率波动（1）物理储能 a.抽水储能 抽水蓄能电站配备上、下游两个水库，负荷低谷电能富余时，将下游水库的水抽到上游水库保存；负荷高峰电能缺口时，利用储存在上游水库中的水发电。抽水蓄能是目前存储大规模电力技术最成熟、成本效益最好的储能技术，也是当前惟一广泛采用的大规模能量存储技术，世界总装机容量已超过 150,000 MW。图 2：抽水蓄能工作原理 抽水蓄能电站将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的高价值电能，适用于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，并且宜为备用

8、电源，效率较高，储能容量大。缺点是其受地理条件、转化效率等方面的制约较大，响应时间是分钟级，应对电网负荷波动能老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行力较差，同时投资周期较大，抽蓄损耗和线路损耗均较大。抽水蓄能电站能够用于黑启动、控制电网频率、提供备用容量和提高火电站和核电站的运行效率等方面。b.压缩空气储能 压缩空气储能是一种基于燃气轮机的储能技术，利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，将空气高压密封在密封空间中，在需要电能时，释放高压空气推动汽轮机发电。压缩空气储能燃料消耗比调峰用燃气轮机组可以减少 1/3，所消耗的

9、燃气要比常规燃气轮机少 40%，安全系数高，使用寿命长。压缩空气储能规模大，仅次于抽水蓄能，场地限制较小，适用于大型电站，同时建造受地穴、矿井等特殊地形条件的限制；建造成本和运行成本比较低，低于钠硫电池或液流电池，也低于抽水蓄能电站，具有很好的经济性；通过维护使用寿命可达 40-50年，压缩空气储能使用的原料是空气，不会燃烧，没有爆炸的危险，不会产生任何有毒有害气体，因此安全性和可靠性高。由于其储能规模大、成本低，在全球范围内有很大的发展空间。压缩空气储能由于能够弥补抽水蓄能的先天不足，因此将是有效解决我国大规模储能问题的重要技术选择。压缩空气储能的缺点主要为两方面：一是效率较低，由于空气受到

10、压缩时温度会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低，因此在压缩空气的过程中，一部分能量以热能的形式散失，在膨胀前需要重新进行加热，且通常以天然气作为加热空气的热源，由此导致储能效率降低；二是依赖大型储气装臵，且依赖燃烧化石燃料，造成污染。常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹 图 3：压缩空气储能工作原理 目前美国正计划在俄亥俄州建造世界上最大容量的压缩空气储能电站，总装机容量达到 2700 MW。我国于 2003年开始压缩空气储能的研究，哈尔滨电力部门正在利用现有的地道作为贮气室进行研究。华北电力大学等国内高校正在进行压缩空气系统热力性能计算及其经济分析

11、的研究。随着分布式能量系统的发展以及减少储气库容积和提高储气压力的需要，812 MW微型压缩空气储能系统已经成为当前研究的热点。c.飞轮储能 飞轮储能的原理是将电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，供电时，将飞轮的动能通过发电机转化为电能输出到外部负载。飞轮转子是飞轮储能系统中的核心部件之一。飞轮转子材料一般选用强度很高的玻璃纤维或碳纤维等复合材料，在低速时也可选用高强度钢和铝合金。飞轮转子的设计力求提高转子的极限角速度，减轻转子质量，最大限度地增大储能量。轴承系统用于支撑飞轮转子，是制约飞轮转速的关键因素之一。轴承系统的性能直接影响飞轮储能天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物

12、。易经其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语系统的可靠性、效率和寿命。目前，轴承系统一般主要采用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承等非接触式磁轴承或其它低摩擦功耗轴承支承飞轮，并对轴承进行机械保护。图 4：飞轮储能工作原理 飞轮储能的主要优点是高充放电率，高循环次数，响应速度快，无污染，维护简单，寿命一般为 20 年，使用寿命不受充放电深度的影响；相较于其它储能技术飞轮储能几乎无摩擦损耗、风阻小，比功率可达 8 kW/kg 以上，远远高于传统电化学储能技术；工况环境适应性好，在-2050 温度下都能正常工作。缺点是成本高、能量密度较低，保证系统安全性方面的费用很高，储能损耗较高，不适合用于能

13、量的长期存储。空载下的相对能量损失大，每小时超过 2.5%；飞轮储能理论能量密度高达 200400 Wh/kg，但是在实际应用过程中，受限于材料因素，安全稳定运行的飞轮储能密度通常不高于 100 Wh/kg；价格昂贵也是影响飞轮储能大规模推广的重要因素之一。受益于电力电子技术、磁悬浮技术和高强度碳素纤维技术的进步，先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹百学须先立志。朱熹飞轮储能技术近年来发展迅速。据文献国际先进的飞轮储能系统储能效率已经达到了 99.4%，可储能 100 kWh。2004年，巴西实现了利用超导与永磁悬浮轴承的飞轮储能，用于电压补偿。2011年，世界最大的飞轮储能系统完成安装，容

14、量 20 MW，采用了当前世界最先进的碳纤维复合飞轮转子技术，吸收并释放 1 MW 的电能仅需 15 分钟。我国飞轮储能研究起步较晚，目前还只是从事系统基础研究及小容量试点。飞轮储能技术的发展正朝着大功率、高效率、低损耗和安全可靠的方向发展。（2）化学储能 a.铅蓄电池储能 铅蓄电池是世界上最广泛应用的电池之一。铅蓄电池储能具有成本较低，储能综合效率较高，占地面积较小，循环次数较好，整体应用成本较为低廉；技术成熟，安全性较高；循环次数可达 1 000 次左右；效率可达 80%90%，性价比高等优点；同时具有能量密度较低；寿命较短；深度、快速、大功率放电时可用容量大幅下降等不足之处。目前，铅蓄电

15、池一般主要用于电力系统的事故电源或备用电源，以及汽车起动电源和低速车动力电源领域。丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语图 5：铅蓄电池工作原理 b.液流电池 在液流电池中，能量储存在溶解于液态电解质的电活性物中，而液态电解质则储存在电池外部的罐中。用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈，并通过电极和薄膜，将电能转换为化学能，或将化学能转换为电能。液流电池的核心优点是寿命长，循环次数可超过 10 000 次。液流电池的充放电原理是基于化合价的变化，而非普通电池的物理变化，因此其使用寿命极长。但是另一方面，液流电池的能量密度和功率密度相

16、对较低，而且响应速度较慢。液流电池有较多体系，其中全钒液流电池目前最受关注。这种电池技术最早由澳大利亚新南威尔士大学发明，当前在国内外的一非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮谋事在人，成事在天！增广贤文些试点工程项目中获得了应用。图 6：液流电池工作原理 液流电池储存的能量多少取决于储存罐的大小，容量可达兆瓦级，可以储存长达数小时至数天的能量，适合用于电力系统中。目前液流电池的典型功率在 10 MW 以上，只适用于大容量、高功率的储能系统。液流电池目前未能实现大规模商用，主要原因在于自身仍有较多的局限性：一是高温会产生剧毒物质，如在全钒液流电池中，正极液中五价钒离子在温度高于 45 的情况下

17、，会析出一种名为五氧化二钒的剧毒物质，该物质沉淀会堵塞流道，包覆碳毡纤维，恶化电池堆栈性能，最终致使电池报废；二是投入成本高，能量密度低；三是 电池呈液态，占地面积较大，应用场地较为有限，主要为电网自建。c.钠硫电池 钠硫电池的正极由液态硫组成，负极由液态钠组成，中间隔有海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武陶瓷材料的贝塔氧化铝管。钠硫电池的运行温度需保持在 300 以上，以使电极处于熔融状态。钠硫电池目前发展的重点是作为固定场合（如电站储能）应用，用于调频、移峰、改善电能质量和可再生能源发电等领域。图 7

18、：钠硫电池工作原理 钠硫电池的主要优点是能量密度高，响应时间短，可以达到毫秒级别；循环周期可达 4 500次；一次放电时间可达 67 h；周期往返效率可达约 75%。钠硫电池主要缺点为由于使用了金属钠，作为在高温条件下运行的易燃金属物，存在一定的安全风险，同时电池的价格相对较高；钠硫电池在移动场合（如电动汽车）使用条件比较苛刻，无论是在可提供的空间方面，还是在电池自身的安全方面，均有一定的局限性。d.锂离子电池 锂电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解液一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚

19、，不坠青云之志。唐王勃进入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态。放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解液嵌入正极，此时正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂电池是目前相对成熟技术路线中能量密度最高的实用型电池；转换效率可达到 95%及以上；一次放电时间可达数小时；循环次数可达 5 000 次及以上，响应快速。图 8：锂电池工作原理 锂电池根据不同的正极材料，主要可以细分为四类：钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和多元金属复合氧化物电池，多元金属复合氧化物包括三元材料镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等。钴酸锂电池自从锂离子电池商业化以来，一直作为正极材料的主流被应用。由于钴酸锂在高电压下存在结构不稳定

20、的问题，因此其工作电压较低，进而导致钴酸锂主要应用于小电池场合，如移动电话、计算机等。早期的锰酸锂电池，在高温下与电解液的相容性较差，结构不稳定，导致容量衰减过快，因此高温循环差的缺点一直限制着锰酸锂志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。管子牧民在锂离子电池中的应用。近年来，掺杂技术的运用使锰酸锂具有良好的高温循环与储存性能，目前已有少量国内企业可以制备。磷酸铁锂电池具有结构稳定性和热稳定性高、常温循环性能优异等特点，并且铁和磷的资源丰富，对环境友好，近年来国内广泛选择磷酸铁锂电池应用于新能源汽车领域，特别是商用车领域。三元材料电池受锰酸锂等单质材料掺

21、杂技术的启发，综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，形成了钴酸锂/镍酸锂/锰酸锂三相的共熔体系，存在明显的三元协同效应，使综合性能优于单组合化合物。随着生产技术工艺的进步，三元材料电池迅速在新能源汽车领域，特别是乘用车领域占据了重要位臵，成为目前政府补贴支持力度最大、出货量最大，并不断扩产的技术路线。表 2：锂电池正极材料性能对比 总之，锂电池凭借自身高能量密度和高功率密度的优势，成为目前主流的技术路线，在我国储能中的装机容量占比最大，增长幅度也最快，已成为发展最快的电化学储能技术。近年来，锂电池技术处于快速发展中，大规模生产和多场合应用使其价格持续下降，在电力系统中的应用也越来越多。目

22、前，锂电良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。汤显祖吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语池研究主要集中在进一步提高使用寿命、提升安全性、降低成本，以及新的正负极材料等方面。e.铝空气电池储能 铝空气电池是以高纯度铝（含铝 99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解质的电池。铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。图 9：铝空气电池工作原理 铝空气电池的主要特点有能量密度高，铝空气电池是一种新型高能量密度电池，理论能量密度远高于现有各类电池；使用寿命长，铝电极可以不断更换，因此铝空气电池寿命的长短

23、取决于空气电极的工作寿命；无毒、无有害气体产生，电池电化学反应消耗铝、氧气和水，生成 Al2O3nH2O，可用于干燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料，并用做污水处理的优良沉淀剂；适应性强，电池结构和使用的原材料可根据使用环境和要求而变动，具有很强的适应性；相比于其它金属，电池负极原料铝廉价易得；正极的制造工艺比较简单。吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼铝空气电池正面临着两大主要技术难点：一是铝空气电池含有高的能量密度，但功率密度较低，充电和放电速度比较缓慢，自放电率较大。二是在技术应用时，需要额外采用热管理系统

24、来防止铝空气电池工作时的过热。铝空气电池适用于能源依赖性很强的动力电池体系，在军事、民用，以及水底动力系统、电力系统后备动力源和便携式电源等领域应用潜力较大。3）电磁储能 a.超导电磁储能 超导磁储能的概念最早来源于充放电时间很短的脉冲能量储存，利用超导体电阻为零的特性，通过超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载。储能装臵结构简单，没有旋转机械部件和动密封问题，因此设备寿命较长；储能密度高，可达100 MJ/m3，适合做成较大功率的系统；响应速度快，一般为1100 ms，调节电压和频率快速且方便。功率输送时不需要能源形式的转换，具有响应速度快、综合效率高和功率密度高等

25、优点。超导磁储能系统包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统四大部分。超导磁储能技术的成熟度主要取决于超导材料技术的成熟度，根据不同的工作温度，可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。超导磁储能的缺点在于受限于价格昂贵的超导材料和低温制冷系统，短期内难以商业化。超导储能装臵不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫甚至消除电网的低频功率振荡，改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。超导磁储能装臵在特定领域拥有很大的应用潜力。在电力系统中，超导磁储能可以提高电力系

26、统暂态稳定性，改善电能质量等。在脉冲功率电源中，超导磁储能装臵可作为电磁武器和电磁弹射系统的高功率脉冲电源。超导磁储能还可应用于航空航天、能量回收等领域。近年来，超导材料实用化发展迅速，促进了超导储能的研发和应用。但是，要实现超导储能的大规模应用，还需要提高超导体的临界温度，研制出力学性能和电池性能良好的超导线材，提高系统稳定性和使用寿命。目前世界上 15 MJ/MW低温超导磁储能装臵已形成产品，100 MJ超导磁储能系统已投入高压输电网实际运行，5 GWh超导磁储能技术已通过可行性分析和技术论证。我国十五“863”计划启动了高温超导输电电缆、限流器、变压器以及高温超导磁储能系统等超导电力应用

27、技术项目，取得了良好的进展。2005年 11 月，我国第一台直接冷却高温超导磁储能系统在华中科技大学系统动模实验室成功实现了动模试验运行。b.超级电容器储能 超级电容器由 2 个多孔电极、隔膜及电解质组成。电容器依靠电子的迁移携带能量，超级电容器按原理可以分为双电层电容器和赝电容器。目前，双电层电容器的技术更为成熟，在市场上已经逐步推广，所以现在市场上所说的超级电容器一般都是指双电层电容器。超级电容器在结构上包括正极、负极和电解液。电极材料的制备是超级丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文电容器的核心环节，正极材料一般包括碳材料、金属氧化

28、物材料和导电聚合物材料，负极材料以已经实现商业化的石墨为主，电解液有水性电解液和有机电解液。外加电压到超级电容器的两个极板上，极板的正极板存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板电荷上产生的电场作用下，电解液与电极间的界面形成相反的电荷，以平衡电解液的内电池，因此充放电过程始终是物理过程。超级电容器具有充电时间短、循环使用寿命长、大电流放电能力强、能量转换效率高、功率密度高、超低温特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器充放电的速度快，几乎没有充放电次数以及最大放电量的限制，平均寿命可达 25 年以上。缺点是储能密度低于一般的化学电池，且放电时间很短。其未来的发展主要是面向电动汽

29、车，以及电力系统中短时间、大功率负载的平滑，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平等。超级电容器用途广泛。超级电容器用作起重装臵的电力平衡电源，可以提供超大电流的电力。超级电容器用作车辆起动电源，起动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池。超级电容器用作车辆的牵引能源，可以驱动电动汽车，替代传统的内燃机，改造现有的无轨电车。超级电容器用在军事上，可以保证坦克车、装甲车等战车在寒冷的冬季顺利起动，并可作为激光武器的脉冲能源。超级电容器还可以用作其它机电设备的储能能源。国外就超级电容器方面的研究较早，美国、日本和俄罗斯的大公宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。

30、洪应明老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃司一直占据着这一行业大部分市场份额，产品领域包括电动汽车、轨道交通能量回收系统、小型新能源发电系统及军用武器等方面。我国在这个行业也有了一定成果，大庆华隆电子有限公司是我国首家实现超级电容器产业化的公司；无锡力豪科技有限公司与中科院电工研究所无锡分所经过多年联合攻关，于 2011年 8 月成功研制出基于超级电容器的动态电压恢复器；超级电容公交电车方面，中国是唯一将超级电容公交车投入量产的国家。3.储能按应用场景分类 按照应用场景划分，储能技术可分为集中式集中式规模化储能和分布式储能两大类。（1）集中式规模化储能 集中式规模化储能系统的

31、功率从数兆瓦到数百兆瓦,持续放电时间为数小时以上，作为储能电站通过 35kV或 110kV母线接入系统进行调峰调频,或与大型光伏电站或风电场配合使用,提高电网对新能源的接纳能力。集中式规模化储能系统可在大规模新能源电站和输电领域应用,可有效减少新能源发电接入电网引起的不稳定或实现可再生能源的电量转移、固化输出,也可用于电网削峰填谷、调频和事故备用等。根据其应用场景,应具备功率控制、黑启动、通信和保护功能。随着可再生能源渗透率的提高，电网中的机组发电功率不再完全可控，但同时必须满足波动的负荷电力需求，这种供需动态波动给电网调度带来前所未有的挑战。集中式规模化储能可以实现包括电压和老当益壮，宁移白

32、首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武频率控制、削峰填谷和应对新能源接入等多种功能，提高电网的灵活性和稳定性。集中式规模化储能在电网中的推广应用必须达到一定经济和技术指标，在性能指标或者经济性方面优于现有发电和运行设备。集中式规模化储能最有可能出现在以下五种电网应用中，即电网频率调节、可再生能源并网、延缓输配电建设和升级、负荷跟踪以及削峰填谷。（1）电网频率调节（短时）调频是维护电网安全运行的关键技术，为保证电力系统安全稳定运行，要求调频机组能快速、精确地响应调度指令。大型火电调频机组持续运行导致发电机组负荷率下降和环境污染等问题。储能技术

33、参与调频服务的最大优势是其具有快速和精确的响应能力，单位功率的调节效率较高。储能技术非常适合解决短时电力供应和需求之间的不平衡问题，为电网提供调频服务，其调频响应速度远快于常规火电机组。根据美国电力市场的调频电源比较分析，储能调频效果是水电机组的 1.7 倍，是燃气机组的 2.5 倍，是燃煤机组的 20 倍以上11。具有快速调节能力的储能技术能够更有效地提供调频服务。应用于电网调频储能系统的性能指标主要有系统寿命、持续发电时间、响应时间和循环效率等。集中式规模化储能应用于调频业务具有运行成本低、响应速度快、运行稳定和安全可靠的特点，其调频特性优于传统调频机组，若集中式规模化储能达到表中的指标，

34、那么储能调频未来在电网中将有巨大的发展空间。表 3：储能调频关键指标（短时）宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。洪应明常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文（2）新能源并网（短时）新能源开发利用能减少化石能源的使用，减少环境污染，不过新能源出力的随机性和不确定性制 约着新能源的发展。利用储能技术改变新能源发电出力特性，将其变为可控制的电源，是大规模新能源发电并网运行的可行途径。储能系统结合新能源发电预测可有效改善新能源出力特性，平抑出力波动，提高新能源发电的可靠性和稳定性，为大规模新能源的并网消纳提供条件。储能技术应用于新能源并网的性能指标主要有循环效率、系统寿命和响应时间等

35、，见表 3。如果储能系统能够达到表 3 中的指标要求，储能在新能源并网方面会得到广泛应用，新能源发电在电网中所占比例也会提升。表 4：储能应用于新能源并网关键指标（短时）非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹（3）延缓输配电建设和升级（长时）随着负荷中心电力需求的增加，新增负荷给电网的输配电带来巨大的压力，负荷中心的配电网呈现局部潮流不平衡和高峰时段电力供应紧张趋势。然而通过建设和升级输配电配套工程满足高峰负荷的需求非常不经济，并且建设周期较长。储能电站在负荷低谷存储电能，负荷高峰释放电能，从而满足电能需求，可延缓或者减少输配电工程以及电厂的投资建设，是一

36、种经济可行的方案。应用于延缓输配电建设和升级的储能性能指标主要有放电持续时间、容量、可靠性和系统寿命，同时安全性也是储能系统必须要考虑的重要因素。为储能配臵的保护需完全融入现有的电网保护体系。集中式规模化储能能够达到的性能指标见表 4，该技术将作为一种低成本、高效益的有效方式被电力行业采纳应用，以适应电网的智能化和满足日益增长的电力需求，延缓和替代输配电系统建设。表 5：储能应用于延缓输配电建设和升级关键指标（长时）吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹（4）负荷跟踪平滑（长时）在电力双边市场中，发电和用户之间直接进行负荷跟踪交易

37、，电力供应需要跟踪响应负荷的波动，实现电力供给平衡。负荷跟踪服务通过负荷监测器实时监测负荷波动，并将负荷信息传送到发电端，进行功率调整。负荷跟踪服务通常由燃气机组等调节性能好的发电设备提供，但跟踪负荷出力以及低负荷率会导致机组发电经济性低和高排放问题，同时增加了机组维护工作量。储能的快速响应能力可以在电网状态发生变化前跟踪补偿区域内负荷的波动，储能系统在非额定功率运行也能保证输入和输出的性能，而且储能的双向特性增加了负荷跟踪调节的宽度，因此储能技术非常适合提供快速响应的负荷跟踪服务。储能系统参与跟踪负荷的性能指标主要有运行和维护成本、放电持续时间，见表 5。储能系统需要对负荷波动做出跟踪响应，

38、也需要具备快速响应调度指令能力。如果电站级储能用于负荷跟踪能达到表中的性能指标，储能系统将有助于提高电力系统应对负荷波动的能力。表 6：储能应用于负荷跟踪关键指标（长时）百学须先立志。朱熹百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行（5）削峰填谷（长时）电力需求峰谷差不断增大，电力供应峰谷矛盾突出，用电高峰电价高且电力供应紧张，用电低谷电价低而电力供大于求。储能系统在用电低谷存储电能、用电高峰释放电能满足负荷需求，可有效平衡供需波动，是缓解用电峰谷矛盾的有效途径。由于低谷电价远低于高峰电价，利用储能电站进行削峰填谷不仅满足高峰用电需求，而且能利用电价差进行套利，这使得储能电站在

39、经济上能够盈利。储能系统用于削峰填谷的性能指标主要有运行和维护成本、放电持续时间和效率，见表 6。如果集中式规模化储能用于削峰填谷达到表 6 中的性能指标，储能将在电网中大量应用，这将提升电网的弹性，缓解高峰用电需求，并提升电网设备的利用率。表 7：储能应用于削峰填谷关键指标（长时）以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。旧唐书魏征列传老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃 （2）分布式储能 分布式储能系统的功率从几千瓦至几兆瓦不等,储能容量一般小于10 MW h,多接入中低压配电网或用户侧。分布式储能系统可以分为功率型、能量/复合型储能系统。前者适用

40、于短时间对功率需求较高的场景,如改善电能质量、提供功率支撑;后者适合对能量需求较高的场合,需要储能设备提供较长时间的电能支撑。分布式储能系统可在10kV或 380V接入，既能和分布式电源相结合并联接入；也能独立接入低压配电网。分布式储能系统可在配用电系统中的各个环节应用，能够有效提高系统的运行可靠性，改善系统的电能质量，提高配电网中可再生能源的接入能力，增加电网和用户的经济效益，为智能配电网的发展提供有力支撑。与大规模、集中式的储能电站相比，分布式储能系统对接入位臵的环境、自然条件限制较少，接入电网的方式更加灵活，在配电网、微电网、分布式电源侧以及用户侧都可以发挥独特的作用。根据其应用场景，应具备功率控制、有功/无功调度、黑天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟启动、通信和保护功能。