各类储能技术的性能及应用

来源：能源创客

储能分类

储能应用领域

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。

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）。

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。

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。

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

（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

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

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。

（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。

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。