电力系统储能（原书第2版）

2023-08-06 12:00 作者:流浪在银河边缘的阿强 0人读过 | 我要投稿

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一本储能技术通识讲义。

介绍各种储能技术，各种储能方法的基本概念、工作原理和应用。

内容简介

《电力系统储能（原书第2版）》主要讨论储能技术在电力系统中的具体应用，详细介绍了各种储能技术的基本原理及具体示例、储能对电力系统的影响，并对各种储能技术的特点进行了分析，重点关注了可再生能源与储能之间的关系。

《电力系统储能（原书第2版）》适合从事电力系统储能技术研究的科研工作人员或企业研发人员阅读。

前言/序言

前言

　20世纪五六十年代，电力行业发生了诸多变化。20世纪50年代以来，电力行业先后连续建设了一批核电站、燃煤发电厂、燃油发电厂和燃气联合循环发电厂。不同规模与发电量的传统发电厂向用户提供连续、可靠、廉价的电力。这些发电厂在集中管理与控制的电力市场中运营，通过高压电网保证规模输送效率，并确保资源使用的安全性。　

　自20世纪90年代以来，电力行业又发生了新的变化。这些变化起因于电力供应自由化、对发电的环境影响的关注、对现有和新建热电厂实行相关排放控制，以及最近将可再生能源开发列为国家目标。无法断定在接下来的50年中随着经济、政治和技术的发展会不会给电力行业带来根本性变化。但是有一种变化是可以预料到的，尤其是考虑到可再生能源发电的增长所带来的变化，那就是储能的发展和应用。　

　不能单独考虑电能的供应，必须同时考虑双重电力和能量供应要求。可再生能源的主要缺陷在于尽管可以在一年内提供一定量的电能，但大多数可再生能源是间歇性的（用“多变”表述更合适），另外一些是随机性的，这样就无法按需提供电能。因此，它们对供电安全的贡献有限。如果可再生能源大规模使用，电力输出的这种变化可能会给电力系统带来问题。在利用可再生能源发电满足供电系统需求时必须对随机间歇性供电与供电安全性之间的相互影响进行更为详细的研究。注意供电安全需要的是电力输送的连续性而不是能量的连续性。而且，可再生能源发电的特征是针对具体系统而定的，并取决于系统的自然地理情况和位置。

　　供电的变化性可以同时具有短期和长期的性质，其中短期变化性与储能的使用关系更为密切。对于长期变化性的情况，即间歇发电对变化性没有影响或影响很小时（例如，当大型反气旋天气系统覆盖大部分风力发电场时，这种没有影响或影响很小的情况会持续几天），供电安全可能取决于与当前峰值需求有关的传统发电厂的装机容量裕量。　

　从短期看，电力输出的日常变化在一定程度上可以通过现有传统发电厂来补偿，但是这样会产生额外的成本。产生这些成本的因素包括频繁循环的低效率欠载运行及快速负荷增加，这会对发电设备造成损坏，从而需要耗费更多的维护成本。另外，也可以采用大量快速反应发电厂，例如开式循环燃油（燃气）轮机或柴油发电机以及其他同样经济效益低下并会产生污染的方案。在这些情况下，使用储能装置从技术和经济角度来说都是值得考虑的，特别是风力发电具有很高渗透率的情况。例如，风能可以提供大量电力，但不一定具备满足峰值需求的能力，这就会大大增加系统成本。　

　关于更高效发电和用电的储能应用存在于TerGazarian博士在本书中提到的包括化学、生物、电化学、电气、机械和热力在内的各种可选择方案中。新兴的潜在颠覆性技术正在不断涌现，为储能提供可选择的未来解决方案，以此来满足从小规模消费者到电力系统规模储能的各个不同层面的市场需求。

　　除了已经在发电和能量传输中成为主流储能形式的化学燃料（包括氢）以外，目前最主要的储能形式包括：

　蓄电池：大约从21世纪头10年中期开始，就已经研究出了较新的蓄电池技术。这些技术目前可以提供重要的公共电网的载荷平衡能力，随着锂电池技术在电动汽车上的应用，在接下来的10年中，随着锂蓄电池性能的明显提高，电动和混合动力汽车将会大量被消费者所使用。　　

电网储能：电网储能也被称为汽车—电网储能系统。在该系统中，并入能量网的现代化电动汽车可以在需要时将储存在蓄电池中的电能释放回电网中。　

　燃料电池：电动装置可以通过燃料电池供电，但是在所有潜在市场中，供氢成了重要的问题。燃料电池具有应用潜力的3个市场被分类为固定应用、汽车应用和便携应用。固定电力市场包括小功率家用设施；商用住宅、医院和酒店使用的中等功率设施；以及在兆瓦级工厂使用的大功率设施。旨在满足运输用途的主要技术已经出现，即低温固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Cell，简称SPFC），特别是质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）。便携式电力市场包括电力需求在几毫瓦到数百瓦的设备，从电子产品、笔记本式计算机到军用设备。　

可再生燃料电池：这一项发展也是建立在燃料电池技术基础之上，但是也可以被分类为蓄电池，因为其充电量受到化学成分数量的限制。　　

太阳能光伏：作为可再生能源，与化石燃料发电相比，太阳能光伏有很多优点。太阳能光伏的突出优点是低碳，而且由于在当地发电，不需要通过国家电网输送，从而减少相关的输送损失。高成本仍然是太阳能光伏发展的主要障碍，但是如果科学家可以制造出可靠、低成本的太阳能电池即廉价的有机光伏产品，就可以为满足日益增长的能源需求和减少碳排放做出重要贡献。　　

大型太阳能发电厂：通过绝缘的容器存储利用太阳能光线加热的热熔盐，这些液体将用于产生供送到汽轮机用于发电的蒸汽。最近西班牙和美国取得了一些进展，可能会在以色列、埃及、法国、澳大利亚、阿尔及利亚和南非进一步安装。　　

抽水蓄能：抽水蓄能是世界上最大的公共电网储能方式。　　

海洋能：目前正在考虑选择不同的水闸或潮汐泻湖，尤其是在英国塞汶河口。　　

压缩空气：这些方案使用泵将可再生能源产生的压缩空气送到地下洞穴或地下蓄水层中，以便在电力需求达到峰值时，可以释放这些压缩空气来供给使用天然气的燃气轮机。几年来，全球范围内只有两个项目：一个项目在阿拉巴马州；另一个在德国。美国目前有新设施在建。　　

风袋：这是压缩空气储能的一种变形。目前英国正在开发一种柔性风袋，用于以海底压缩空气的形式储存风力机中的多余能量。　　

地下储热：目前正在开展一些项目来调研如何使用地质构造储存位于地质构造附近的发电厂产生的大量热能。与此同时，此举旨在对“砾石层”局部储能进行调研，并将其作为较小规模储热的一种方式。热能将以水的形式储存并通过泵送到用水的住宅或公司，其运行方式与集中供热系统的运行方式相似。　

　热能储存：从20世纪80年代以来人们就开始利用热能储存来满足空调需求。其工作原理是利用非峰值电力制冰，然后在峰值时段利用，从而通过冰储存以实现制冷。2009年，已经在35个国家的3300多栋建筑中使用。　　

飞轮：最近利用一个20MW飞轮储能厂作为应急备用电源，同时为系统频率调节提供辅助，即保证供电质量。供电质量是一个很重要的问题。

　世界人口每35年翻一番，对能源的需求增长则更为快速，每年约增长5%，也就是每14年翻一番，这也导致了对碳氢资源的需求的增长。这种情况下，除了环境因素外，可持续能源的开发对于长期发展是非常重要的。尽管不确定性大大增加，但是如果假设可以提供足够的电能（MW级），则关键的问题在于在考虑到系统中存在大量可变输出可再生资源以及智能电网随时间变化的需求快速增长的前提下持续保证供电和需求的平衡。可再生资源将发挥重要作用，但是使用可提供容量支持从而提高可再生资源和输电设施的价值的储能设施也将具有重要意义。

序言

风力发电、太阳能发电自身固有的间歇性问题是新能源发展的瓶颈。随着新能源发电规模的逐渐扩大，其对电力系统的影响也越来越大。用电低谷将多余的能量储存起来，用电高峰期再释放出来，是解决新能源发电功率间歇性问题的关键。因此，大规模储能技术的研究就变得越来越重要。本书主要讨论了各种储能技术，详细论述了各种储能方法的基本概念、工作原理和应用。

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