先进储能技术及其在电力系统中的应用_615601612.pdf

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1、先进储能技术及其在电力系统中的应用朱桂萍电工新技术研究所2010年3月OUTLINE1.典型的储能方式•电池储能•超导储能•超级电容储能•飞轮储能2.储能装置在电力系统中的典型应用•有源滤波（APF）•动态电压调整（DVR）•静止补偿（STATCOM）•与可再生能源发电的配合1.典型的储能方式1.1电池储能(BESS)电能化学能电力储能系统可利用的主要电池电池种类单体标称电压/V研发机构铅酸2.0主要电池厂家镍镉1.0~1.3主要电池厂家镍氢1.0~1.3主要电池厂家锂离子3.7主要电池厂家钠硫2.08东京电力公司、NGK、上海电力公司全钒液流1.4VRB、V-Fue

2、lPty、住友电工、关西电力公司、中国电力科学研究院部分电池储能系统的性能比较电池种类功率上限比容量比功率循环寿命/充放电效自放电/(Wh/kg)/(W/kg)次率/%/(%/月)铅酸数十MW35~5075~300500~15000~802~5镍镉几十MW75150~30025000~705~20锂离子几十kW150~200200~3151000~10000~950~10钠硫十几MW150~24090~2305000~90—全钒液流数百kW80~13050~140130000~80—铅酸电池的技术最成熟，价格也最低（12V系列目前国内约6.0元／Ah）。铅酸电池(Le

3、adAcidBattery)工作原理：铅酸蓄电池的负极是海绵状的铅制成，正极是二氧化铅制成，海绵状的铅和二氧化铅均为活性物质，在比重为1.28的硫酸水溶液（电解液）中进行电化学反应。放电反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4阀控铅酸蓄电池(VRLA,ValveRegulatedLeadAcidBattery)阀控铅酸蓄电池与汽车等用的普通铅酸蓄电池相比有二个主要特点：一是密封；二是干态。密封是指基本无酸雾排出。一般情况下阀控铅酸蓄电池在运行（充放电）过程中是“零排放”，只有在充电后期蓄电

4、池内的气体压力超过安全阀的开放压力时才有少量的氢和氧混合气体排放，此时用过滤材料滤去带出的少量酸雾。干态是指阀控铅酸蓄电池没有自由流动的电解液，可以任何方向放置，不怕颠簸、碰撞，即使外壳破裂也不会有酸漏出。磷酸铁锂电池(LiFePO4)2002年出现，由于它的性能特别适于作动力方面的应用，也称磷酸铁锂动力电池。LiFePO4电池的结构与工作原理：左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是

5、电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。磷酸铁锂动力电池的主要性能LiFePO4电池的特点：1.高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10s）可达20C；2.高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；3.即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；4.极好的循环寿命，经500次循环

6、，其放电容量仍大于95%；5.过放电到零伏也无损坏；6.可快速充电；7.低成本；8.对环境无污染。一种型号为STL18650的磷酸铁锂动力电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性：不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。STL18650的充放电循环寿命曲线在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。钠硫电池（

7、Sodium-SulfurBattery）钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的，其比能量高、可大电流、高功率放电。日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年开始进入商品化实施阶段，截止2007统计，日本年产钠硫电池电池量已超过100MW，同时开始向海外输出。钠硫电池是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。该电池最大的特点是：比能量高，是铅酸电池的3~4倍；可大电流、高功率放电