南京工程学院本科生课程论文(设计)课程名称电气工程新技术教师姓名张亮学生姓名学生学号专业建筑电气与智能化班级建筑电气111日期: 2014 年12 月30 日评语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总成绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。

储能技术现状及其前瞻性分析（南京工程学院，江苏省南京市211167）Energy Storage Technologies and Prospective Analysis (Nanjing Institute of Technology，Nanjing of Jiangshu Province 21167)摘要：近几十年来，储能技术蓬勃发展，为世界各国积极研究与发展。

本文着重介绍电力储能技术的研发状况和应用实例，从技术层面加以分析，探讨储能技术的未来发展方向和应用前景。

关键词：储能技术；电力系统；研发现状；应用前景Abstract：In recent decades, energy storage technology to flourish, for the world to actively research and development. This article focuses on the development status of the power storage technologies and application examples, analyzed from a technical level, to discuss the future direction of development of energy storage technologies and applications.Key words: Energy storage technology; Power systems; R & D status quo; Prospects0 引言近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。

电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。

其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能等。

各种储能技术在能量和功率密度等方面有着明显区别，表A显示了不同应用场合对能量和功率密度的要求。

本文着重介绍电力储能技术的研发状况和应用实例，从技术层面加以分析，探讨储能技术的未来发展方向和应用前景。

表A 储能技术应用场合和技术要求设备类型用户类型功率等级能量等级便携式设备—1~100 W Wh运输工具汽车火车、轻轨列车潜艇25~100 kW100~500kW1~20 MW100 kWh500 kWh10 MWh静止设备家庭小型工业和商业设施配电网输电网发电站1 kW10~100 kWMW10 MW10~100 MW5 kWh25 kWhMWh10 MWh10~100MWh1 技术原理与特点储能系统一般由两大部分组成：由储能元件(部件)组成的储能装置;由电力电子器件组成的电网接入系统(或称能量转换系统：PowerConversion system,简称PCS)。

储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。

由电力电子器件组成的电网接入系统主要实现以下功能： (1)充放电控制;(2)交流一直流双向变换、直流一直流变换;(3)功率调节和控制; (4)运行参数检测和监控; (5)安全防护等。

储能系统的容量范围宽，从几十千瓦到几百兆瓦;放电时间跨度大，从毫秒级到小时级;应用范围广，贯穿发输变配用电系统。

储能系统的主要作用如下：(1)用于电力调峰解决用电矛盾;(2)用于用户侧提高供电可靠性;(3)用于可再生能源优化推动可再生能源开发应用;(4)用于电力系统稳定控制提高电网安全性。

现阶段储能技术的发展必须满足这些要求：储能密度大，变换损耗小，运行费用低，维护较容易，不污染环境。

大规模储能技术是对传统“即发即用”的电力模式的革命性突破，它可以减少用于发电设备的投资，提高电力设备的利用率，安装在用电设备附近可以降低线损，安装在大城市附近可以提高供电可靠性等等。

2 目前电能储能形式2.1 机械储能机械储能是指将电能转换为机械能存储，在需要使用时再重新转换为电能，主要包括：抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。

抽水蓄能是电力系统中唯一大规模采用的电力储能形式，抽水储能是投入运行时必须配备上、下游两个水库，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，负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机状态，利用储存在上游水库中的水发电。

其最大特点是储存能量大，同时抽水储能也是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术，非常适合于电力系统调峰和用作长时间备用电源的场合。

2.2 电磁储能超导储能系统（SMES）利用由超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或作它用。

其原理是通过对超导储能系统的预充电，控制变换装置的触发脉冲实现SMES装置与系统间的有功功率和无功功率的交换。

具有响应速度快（ms级），转换效率高，比容量大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。

SMES 在技术方面相对简单，没有旋转机械部件和动密封问题。

2.3 电化学储能超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。

由于电荷层间距非常小（一般<0.5 mm），加之采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。

但由于电介质耐压低，存在漏电流，储能量和保持时间受到限制，必须串联使用，以增加充放电控制回路和系统体积。

2.4 相变储能相变储能是利用某些物质在其物相变化过程中，可以与外界进行能量交换，能达到能量交换与能量控制的目的。

根据相变的形式、相变储能材料的不同可基本上分为四大类：固—固相变、固—液相变、液—气相变和固—气相变等，从材料的化学组成来看，又可分为无机材料相变、有机相变材料和混合相变材料等。

3 储能技术的现实需求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。

我国现有系统中储能主要分布在西北，能源分布可见。

近20年来，我国由于系统失稳造成的大停电。

迫切需要建立起以多点储能装置支撑东西部资源发展不均，有效地支持电网的系统电压和频率，稳定我国特有的电力系统结构。

当前我国储能技术的现实需求有如下几方面：3.1 风力发电风力发电自身所固有的随机性、间歇性特征，决定了其规模化发展必然会对电网安全运行带来显著影响，另外风力发电往往在后半夜进入发电高峰，而此时正是用电低谷，所以弃风现象严重。

因此必须要有先进的大容量储能技术做支撑，以稳定风机输出，且能错时发电，提高风力发电机组的利用率，降低损耗。

风电产业的快速发展，特别是我国的多数风电场属于“大规模集中开发、远距离输送”，对电网的运行和控制提出了严峻挑战。

大容量储能产品成为解决电网与风电之间矛盾的关键因素。

3.2 光伏发电光伏发电是显著受天气影响的，对于目前大型光伏发电场主要是并网发电，但总的说来装机容量在电网中所占比例非常小，其波动可以忽略不计。

但随着时间推移，其所占比例越来越大之后，不得不考虑储能技术以平滑其输出，减小对电网的影响。

目前来说，光伏发电对储能电池的需求更多体现在离网型光储或风光储项目上。

3,3 电网调峰调频由于我国电力系统煤电比例较高，核电不参与调峰，水电、燃气发电等调峰较好的电源所占比例较低，造成电力系统安全运行和调控管理困难。

系统的调峰调频也成为限制电网接受清洁能源的一个主要因素。

电网调峰的主要手段一直是抽水蓄能电站。

由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库，受地理条件限制较大，在平原地区不合适。

采用大容量储能电池的小型调峰系统从微观角度多点调峰，不受地理条件限制，可大可小设计灵活，是抽水蓄能电站的有益补充。

3.4 通讯基站通信基站和通信机房需要蓄电池作为后备电源，且时间通常不能少于10小时。

对通讯运营商来讲，安全稳定可靠和使用寿命是最重要的，在这一领域，流体钒电池有着铅酸电池无法比拟的先天优势：寿命长，维护简单，能量存储稳定、控制精确、自放电少，可便捷调整能量的存储量，总体使用成本低。

通信网络中的基站动力系统中通常使用柴油发电机，在停电时提供长时间动力。

流体钒电池完全可以替代动力系统中的铅酸电池和柴油机的动力组合，提供高可靠性的直流电源的能量存储解决方案。

3.5 分布式电站大型电网自身的缺陷，难以保障电力供应的质量、效率、安全可靠性要求，对于重要单位和企业，往往需要双电源甚至多电源作为备份和保障。

分布式电站可以减少或避免由于电网故障或各种意外事件造成的断电。

对于目前很多远离主电网的场合，如海岛、哨所、采矿采油井、移动牧场、野外施工地等，对风光储一体化电站解决方案也提出了真实的需求。

4 应用前景分析随着新能源(风能、太阳能、燃料电池等)日益普及，以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求，电力储能系统的重要性日益凸显。

所以，电力储能技术的应用前景非常广阔。

电力储能技术为实现电网可持续发展目标、解决电量供需不平衡矛盾以及提高供电可靠性问题提供了一揽子解决方案。

大容量储能系统可广泛应用于城市电网、发电厂、居住小区、医院、大型企业、可再生能源优化等等。

4.1 有效提高既有发输配用电设备利用率，改进电力建设增长模式以上海为例,目前上海发电系统和输配电系统同时按照每年最高用电负荷对发电容量和输配电容量进行规划和建设。

同时,其负荷特性呈现明显大都市特性,目前日负荷率约五到六成。

储能系统一旦形成规模,可以通过储能系统提高发电和输配电环节设备利用率,减少相应电源、电网建设费用。

这将彻底改变现有电力系统建设模式,促进其从外延扩张型向内涵增效型转变。

储能系统在科研初期虽然单位成本较高,可一旦形成规模化、特别是完成国产化,突破国外的技术壁垒后,成本将大幅下降,远景可节约几百亿的电源、电网建设费用。

如果能早日推进国产化和规模化,建设成本大幅下降,在“十二五”期间就可节约发输变配电各环节的大量建设费用。

此外,由于土地及相关资源有限,储能系统可以结合用户需要和电业变电站的建设,分散安装、紧凑布置,相应地减少电力系统各个环节基础建设所需的土地和空间资源,具有良好的社会效益。