1、新能源發電技術新能源發電技術第1頁新能源發電技術第2頁太陽能發電技術新能源發電技術第3頁主要內容一、開發利用太陽能戰略意義二、太陽能光伏發電太陽能電池離網光伏系統并網光伏系統三、太陽能熱力發電槽式熱力發電裝置塔式熱力發電裝置碟式熱力發電裝置新能源發電技術第4頁一、開發利用太陽能戰略意義化石燃料儲量有限，全球石油還可開采約45年，天然氣大約61年，煤炭可開采約230年，鈾大約71年。假如再考慮到現在世界石油消費量大約每年增加2%，這么每隔35年，消費量將增加一倍。當前主要依靠化石燃料提供能量。化石燃料儲量與日遞減，面臨化石能源枯竭危機。新能源發電技術第5頁優點: 太陽能取之不盡，用之不竭，照射到

2、地球上太陽能要比人類消耗能量大6000倍。只要在美國陽光豐富西南部沙漠地域，建立一個面積為100哩100哩巨型光伏電站，所發電力能夠滿足全美國用電需要。太陽能發電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩定沖擊。新能源發電技術第6頁太陽能隨地可得，可就近供電，無須長距離輸送，防止了輸電線路等損失。太陽能不用燃料，運行成本很低。太陽能發電沒有運動部件，不易損壞，維護簡單，尤其適合于無人值守情況下使用。新能源發電技術第7頁太陽能發電不產生任何廢棄物，沒有污染，無噪聲等公害，對環境無不良影響，是理想清潔能源。 太陽能發電系統建設周期短，方便靈活。而且能夠依據負荷增減，任意添加或降低太陽電池容量，防止了

3、浪費。新能源發電技術第8頁二、太陽能光伏發電太陽能電池組太陽能控制器蓄電池逆變器光伏發電系統組成：圖1 光伏發電系統示意圖新能源發電技術第9頁2.1 太陽能電池過去30多年（1980年開始）一直是晶體硅光伏技術為主單晶硅硅電池多晶硅硅電池非晶硅硅電池新能源發電技術第10頁太陽能電池類型1.單晶硅電池單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在試驗室里最高轉換效率為24.7%，規模生產時效率為16-18%（當前20%）。在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位，但因為單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節約硅材料，發展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池替換產品。新能源發電技

4、術第11頁單晶硅電池圖4 單晶硅太陽電池代表性生產廠家：荷蘭Shell Solar、西班牙Iso- foton，印度Microsol等廠家。新能源發電技術第12頁太陽能電池類型2.多晶硅電池多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池。其試驗室最高轉換效率為18%，工業規模生產轉換效率為15-16%（當前，為18%）多晶硅薄膜電池已經在太陽能電池市場上占據主導地位.新能源發電技術第13頁多晶硅太陽能電池板新能源發電技術第14頁太陽能電池類型3.非晶硅電池非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大潛力。但受制于其材料引發光電效率衰退效應，穩定性

5、不高，直接影響了它實際應用。假如能深入處理穩定性問題及提升轉換率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池主要發展產品之一。新能源發電技術第15頁非晶硅太陽能電池板新能源發電技術第16頁光伏電池等效電路新能源發電技術第17頁 當負載RL從0改變到無窮大時，即可得到如圖所表示太陽能電池輸出特征曲線。調整負載電阻RL到某一值Rm時，在曲線上得到一點M，其對應工作電壓和工作電流之積最大，即Pm=Im*Vm，將此M點定義為最大功率輸出點（MPP）。光伏電池輸出特征圖 新能源發電技術第18頁光伏組件發電功率受環境影響光照強度：電壓基本不變電流線性影響溫度：電流影響較小（正溫度系數）電壓影響較大（負溫度

6、系數）新能源發電技術第19頁 在光伏系統中，通常要求光伏電池輸出功率保持在最大，也就是讓光伏電池工作在最大功率點，從而提升光伏電池轉換效率。MPPT就是一個不停測量和不停調整以到達最優過程，它不需要知道光伏陣列準確數學模型，而是在運行過程中不停改變可控參數整定值，使得當前工作點逐步向峰值功率點靠近，使光伏系統運作在峰值功率點附近。新能源發電技術第20頁慣用MPPT控制算法1、定電壓跟蹤法： 先求得或設置某一中心電壓，經過控制使光伏陣列輸出電壓一直保持該電壓，從而使光伏系統輸出功率到達或靠近最大功率輸出值。2 、擾動觀察法：3、增量電導法 依據光伏陣列P/U曲線，當輸出功率為P最大時，即Pmax

7、處斜率為零。新能源發電技術第21頁2.2 離網光伏系統太陽能電池發電，蓄電池貯能，獨立為負載供電，不聯接公網。廣泛應用于太陽能建筑、微波通訊、基站、電臺、野外活動、高速公路等。也可用于無電山區、村莊、海島。 新能源發電技術第22頁太陽能供電系統特點 無須拉設電線，無須挖開馬路，安裝使用方便；一次性投資，可確保二十年不間斷供電（蓄電池普通為5年需更換）；免維護，無污染。系統可分為：直流供電系統和交直流供電系統兩種。新能源發電技術第23頁直流供電系統控制器作用：控制蓄電池組放電、充電過程，預防過沖和過放；最優化能量管理（最正確工作點跟蹤、溫度賠償等）；光伏系統工作狀態顯示；光伏系統信息存放等。圖5

8、 直流供電系統新能源發電技術第24頁交直流供電系統 圖6 交直流供電系統新能源發電技術第25頁太陽能廣告牌太陽能交通燈太陽能車站新能源發電技術第26頁新能源發電技術第27頁太陽能飛機新能源發電技術第28頁2.3 并網光伏系統并網光伏電站投資巨大、建設期長，需要復雜控制和配電設備，占用大片土地，當前其發電成本遠高于當前市場電價。住宅并網光伏系統，尤其是與建筑結合住宅屋頂并網光伏系統，投資小，有很多優越性，在發達國家備受青睞，發展快速。住宅并網光伏系統主要特點，是所發電能可直接分配到負載上，多出或不足電力經過聯接電網來調整。依據系統是否允許向電網饋電，可分為可逆流與不可逆流并網光伏發電系統新能源發

9、電技術第29頁依據是否有儲能裝置，分為有儲能系統和無儲能系統。有儲能系統主動性強，在電網掉電、停電情況下可正常供電。圖8（b） 無儲能系統圖8（a） 有儲能（帶蓄電池）系統新能源發電技術第30頁徐州光伏電站新能源發電技術第31頁三、太陽能熱力發電太陽能熱發電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能并經過熱力循環過程進行發電，是太陽能熱利用主要方面。當前主要熱力發電裝置：槽式塔式碟（盤）式新能源發電技術第32頁3.1 槽式太陽能熱電系統拋物柱面槽式反射器將陽光聚焦到管狀接收器上，將管內傳熱工質加熱，產生高溫水蒸氣，推進汽輪發電機發電。圖9 槽式太陽能熱電系統原理圖新能源發電技術第33頁槽式太陽能熱電廠

10、 產能64兆瓦，可為14000個家庭提供足夠電能。 由西班牙阿希奧納集團負責建造，占地面積250英畝，擁有18.2萬塊凹面鏡。 圖10 “內華達太陽能一號”槽式太陽能熱電廠，位于美國內華達州柏德市。新能源發電技術第34頁槽式太陽能熱電廠圖11 加利福尼亞州KramerJunctionSEGSIII太陽能熱發電項目 新能源發電技術第35頁3.2 塔式太陽能熱電系統 塔式太陽能熱發電系統基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部接收器上，用以產生高溫，進而產生水蒸氣或高溫氣體，推進汽輪發電機發電。圖12 塔式太陽能熱電系統原理新能源發電技術第36頁塔式太陽能熱電廠新能源發電

11、技術第37頁塔式太陽能熱電廠 4月，西班牙在安達盧西亞（Andalucian）沙漠中建成當初全球最大太陽能電站。新能源發電技術第38頁3.3 碟（盤）式太陽能熱電系統碟式系統由許多鏡子組成拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面焦點上，經過加熱接收器內傳熱工質，驅動電機發電。圖14 碟式太陽能熱電系統原理新能源發電技術第39頁碟式太陽能熱電裝置新能源發電技術第40頁碟式太陽能熱電裝置新能源發電技術第41頁三種發電裝置比較表1 塔式、槽式、盤式發電裝置比較新能源發電技術第42頁風力發電與并網技術 新能源發電技術第43頁伴隨全球化石能源枯竭、供給擔心、氣候改變形勢嚴峻，世界各國都認識到了發展可再生能源主要

12、性，并對風電發展高度重視，世界風電產業得到快速發展。自1996年以后，全球風電裝機年均增加率保持在25%以上，風能成為世界上增加最快清潔能源。緒論新能源發電技術第44頁目錄新能源發電技術第45頁1.世界風電發展自1990 年以來, 風力發電一直是世界上增加最快可再生新能源。從1996 年起，全球累計風電裝機連續增速超出20，平均增速到達28.35。即使經歷了歷史罕見金融危機，但風電依然成為最具吸引力發電投資，已經成為各個國家替換能源首選。一 國內外風力發電發展現實狀況新能源發電技術第46頁20底，全球風電總裝機容量達199,520兆瓦，發電量超出4099億千瓦時，占世界電力總發電量1.92%。

13、和年全球年裝機容量分別增加42%和35%，而度裝機增加率僅為3%。受金融危機影響，度裝機增加率僅為3%。20美國風電裝機新增下滑最厲害，歐洲保持平穩增加。中國、印度等新興市場顯示出強大生命力。新能源發電技術第47頁 經過轉折，最大風電國家市場排名發生了改變：中國以18,928兆瓦新增裝機容量穩居第一位，而且創造了單個國家年度新增裝機容量世界紀錄；美國以5,115兆瓦新增裝機容量位列第二；第三名是印度，新增裝機容量2,139兆瓦。在歐洲，德國、英國和西班牙成為排名前三歐洲國家，每個國家新增裝機容量大約是1,500兆瓦。新能源發電技術第48頁新能源發電技術第49頁年全球風電新增裝機前十大國家年中國

14、風電新增機容量為16.1GW,占全球新增裝機總量45.4%；德國風電新增裝機容量為3238MW，占比為9.1%；英國風電新增裝機容量為1883MW，占比為5.3%；新能源發電技術第50頁2.我國風電發展 我國風電自進入高速發展時期。 從年開始，中國風電總裝機連續5年實現翻倍。20，中國以2580萬千瓦總累計裝機容量超出德國，成為世界第二，但與排名第一美國仍有近1000萬千瓦差距。 截至20底，中國整年風力發電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量到達4182.7萬千瓦，首次超出美國，躍居世界第一。 中國風電發展匯報2010預測：20，中國風電累計裝機能夠到達2.3億千瓦，相當于13個三峽電站；

15、總發電量能夠到達4649億千瓦時，相當于取代200個火電廠。一 國內外風力發電發展現實狀況新能源發電技術第51頁我國風能資源分布中國陸地上10m高度層上可開發風能儲量為2.52億千瓦近海可開發風能資源是陸地3倍多新能源發電技術第52頁新能源發電技術第53頁風電總裝機容量快速增加，風電比重不停加大；單個風電場裝機容量不停增加，已經有多個10萬千瓦級風電場投運，正建千萬千瓦級大型風電基地；風電場接入系統電壓等級由低到高(110kV)；風電機組種類不停增多，從早期定速風電機組（1MW以下），到雙饋感應風力發電和直驅同時風力發電（1MW以上）我國風電發展特點新能源發電技術第54頁2. 風力發電基本原理

16、及結構2.1 風力發電機組基本原理及結構 工作原理 風以一定速度和攻角流過槳葉，使風輪取得旋轉力矩而轉動，風輪經過主軸聯接齒輪箱，經齒輪箱增速后帶動發電機發電新能源發電技術第55頁2. 風力發電基本原理及結構2.2 風力機類型 新能源發電技術第56頁2. 風力發電基本原理及結構2.2 風力機類型 新能源發電技術第57頁2. 風力發電基本原理及結構風力機基礎理論貝茨（Betz）理論假定風輪是理想，沒有輪轂，葉片無窮多，而且對經過風輪氣流沒有阻力。純粹能量轉換器。 依據該理論能夠計算風輪獲取風能和功率。葉素理論把葉片分割成無限多個微元，每個微元都是葉片一部分，每個微元長度無限小。用于分析微元空氣動

17、力學特征。 動量理論應用該理論去研究風力發電機組各部件運動規律及運動狀態理論。 新能源發電技術第58頁2. 風力發電基本原理及結構新能源發電技術第59頁2. 風力發電基本原理及結構新能源發電技術第60頁2.3分類恒速恒槳變速變槳新能源發電技術第61頁2.3.1.恒速恒槳技術 原理：恒速恒槳普通采取鼠籠式異步發電機，風力機槳距固定，其運行完全靠葉片氣動特征控制，當風機帶動發電機到達或靠近同時速時并入電網，今后電機轉速基本保持恒定，系統送入電網電壓頻率恒定。新能源發電技術第62頁恒速恒槳風力發電技術特點電氣系統簡單，可適合于在野外缺乏維護環境下工作。轉速不變，無法依據風速改變調整轉速追蹤最大風能利

18、用系數，效率較低；強陣風來時，轉速不變，機械承受應力大，要求堅固，所以又稱“剛性”風力發電。 適合用于中小功率風電系統，通常小于1000kW新能源發電技術第63頁2.3.2.變速變槳技術分類采取DFIG（雙饋感應發電機）新能源發電技術第64頁采取普通同時發電機（全功率變換型）新能源發電技術第65頁采取多極永磁同時發電機（全功率變換直驅型）新能源發電技術第66頁 按照風輪結構及其在氣流中位置： 水平軸風力機:葉片圍繞一個水平軸旋轉，旋轉平按風輪結構劃分 按功率調整方式劃分 定槳距風力機變槳距風力機主動失速型風力機面與風向垂直。 垂直軸風力機:風輪圍繞一個垂直軸進行旋轉。 當風速超出額定風速時，為

19、了確保發電機輸出功率維持在額定功率附 近，需要對風輪葉片吸收氣動功率進行控制。對于確定葉片翼型，在風作 用下產生升力和阻力主要取決于風速和攻角，在風速發生改變時，經過調整攻角，能夠改變葉片升力和阻力百分比，實現功率控制。 2.其它分類新能源發電技術第67頁 定槳距風力機:葉片固定在輪轂上，槳距角不變，風力機功率調整完全依靠葉片失速性能。當風速超出額定風速時，在葉片后端將形成邊界層分離，使升力系數下降，阻力系數增加，從而限制了機組功率深入增加。 優點:結構簡單。 缺點:不能確保超出額定風速區段輸出功率恒定，而且因為軸向壓力增大,造成葉片和塔架等部件承受載荷對應增大。另外，因為槳距角不能調整，沒有

20、氣動制動功效，所以定槳距葉片在葉尖部位需要設計專門制動機構。 新能源發電技術第68頁 變槳距風力機：葉片和輪轂不是固定連接，葉片槳距角可調。在超出額定風速范圍時，經過增大葉片槳距角，使攻角減小，以改變葉片升力與阻力百分比，到達限制風輪功率目標，使機組能夠在額定功率附近輸出電能。 優點：高于額定風速區域能夠取得穩定功率輸出。 缺點：需要變槳距調整機構，設備結構復雜，可靠性降低。 當前大型兆瓦級風電機組普遍采取變槳距控制技術。 主動失速型風力機：工作原理相當于以上兩種形式組合。利用葉片失速特征實現功率調整，葉片與輪轂不是固定連接，葉片能夠相對輪轂轉動，實現槳距角調整。當機組到達額定功率后，使葉片向

21、槳距角向減小方向轉過一個角度，增大來風攻角，使葉片主動進入失速狀態，從而限制功率。 優點：改進了被動失速機組功率調整不穩定性。 缺點：增加了槳距調整機構，使設備變得復雜。 新能源發電技術第69頁3.大規模風電并網對調峰調頻能力影響對無功功率平衡與電壓水平影響風電對電網影響對電能質量影響對穩定性影響新能源發電技術第70頁同時發電機組并網技術同時發電機在運行中,既能輸出有功功率,又能提供無功功率,且周波穩定,電能質量高,已被電力系統廣泛采取.然而,將其移植到風力發電機組上使用時卻不很理想.這是因為風速時大時小,隨機改變,作用在轉子上轉矩極不穩定,并網時其調速性能極難到達同時發電機所要求精度.并網后

22、若不進行有效控制,常會發生無功振蕩與失步問題,在重載下尤為嚴重.新能源發電技術第71頁異步風力發電機組并網技術異步風力發電機投入運行時,因為靠轉差率來調整負荷,所以對機組調速精度要求不高,不需要同時設備和整步操作,只要轉速靠近同時轉速時,就可并網.顯然,風力發電機組配用異步發電機不但控制裝置簡單,而且并網后也不會產生振蕩和失步,運行非常穩定.新能源發電技術第72頁異步風力發電機并網也存在一些特殊問題,如直接并網時產生過大沖擊電流會造成電壓大幅度下降,對系統安全運行組成威脅;本身不發無功功率,需要無功賠償;過高系統電壓會使其磁路飽和,無功激磁電流大量增加,定子電流過載,功率因數大大下降;不穩定系

23、統頻率過于上升,會因同時轉速上升而引發異步發電機從發電狀態變成電動狀態,不穩定系統頻率過大下降,又會使異步發電機電流劇增而過載等.新能源發電技術第73頁風電并網存在相關問題1、并網運行問題 （1）調峰問題 風電出力含有隨機性、間歇性，反調整特征顯著，增加系統調峰難度。負荷曲線風電出力曲線新能源發電技術第74頁我國調峰性能好油、氣電源比重較小，水電中徑流式電站占較大百分比，核電基本不參加調峰，電力系統調峰主要依靠煤電。因為受煤電啟停不靈活和最小技術出力限制，系統調峰伎倆十分有限。我國風電集中“三北”地域以煤電為主，大規模風電接入后，調峰能力嚴重不足。當風電出力較大，火電機組到達最小技術出力后，就

24、會出現棄風現象。波動性風電與調整欠靈活火電增加了電力系統平衡難度，怎樣協調風電消納與電網安全運行是風電優化調度難點問題。新能源發電技術第75頁新能源發電技術第76頁歐美風電大國靈活調整電源容量均大于風電容量，如西班牙電源結構中燃油燃氣及抽水蓄能等靈活調整電源所占百分比為 34.3%，約為風電 1.7倍。 年 11 月 9 日 3:35，西班牙主網風電出力占負荷百分比瞬時值到達 54%，當初系統負荷為23.08 GW，風電裝機 19.81 GW，出力 12.34 GW，其它新能源（含太陽能、地熱、生物質能等）裝機13.8 GW，出力 4.09 GW。為滿足新能源發電消納需求，其它常規電源最大程度

25、停運或降出力運行，靈活電源發揮了尤其主要作用。新能源發電技術第77頁 （2）電壓控制問題 我國風電接入地域大多處于電網末端，風電功率大幅度改變，造成電網運行電壓調整十分困難，影響系統電壓穩定。 因為風電出力快速增加，造成白城電網同發風電場母線電壓最低下降到213kV，并大幅波動。新能源發電技術第78頁 （3）安全穩定問題 風電大規模并網后，電網穩定運行風險增加。系統時尚多變，斷面運行控制困難；系統慣量下降，動態穩定水平降低；故障后風電無法重新建立機端電壓，造成電壓失穩；風電機組沒有低電壓穿越能力，在系統擾動造成電壓瞬間跌落時，風機自行脫網對系統造成沖擊。新能源發電技術第79頁2月24日，甘肅酒

26、泉某風電場因為場內35kv電纜單相短路故障引發該地域598臺風電機組脫網，損失風電出力840MW，系統頻率從故障前50.03Hz降低至49.85Hz。新能源發電技術第80頁 （4）電能質量問題 風電出力隨機波動會引發電壓波動和閃變，風機中電力電子設備會給電網帶來一定諧波污染，造成電能質量下降。 風電場屢次發生電壓波動和電壓閃變超標現象。 風電場出力大幅波動，引發附近35千伏母線電壓越限。新能源發電技術第81頁1.大功率中壓變流器。為了能更加好地提升風能轉換效率并降低成本，需要研發大功率中壓變流器以提升風力發電機標稱容量。2.用于風電場儲能技術。風電場儲能技術能夠在經濟和技術兩方面顯著增加風力發

27、電吸引力，儲能系統在維持電壓、頻率穩定方面作用十分顯著。 蓄電池儲能系統應用最為廣泛，尤其是鋰電池、鎳電池和鉛酸蓄電池三種儲能系統。4.風力發電技術發展方向新能源發電技術第82頁3.海上風力發電。 離岸安裝海上風力發電設備將是風力發電機技術主要發展趨勢。海上具備足夠風能資源，能夠在海水較淺區域安裝風力發電機，離岸風力發電機與安裝在附近岸上風力發電機相比，前者所產生電能會多出近 1倍。新能源發電技術第83頁英國海上風場瑞典海上風場新能源發電技術第84頁海上風電場新能源發電技術第85頁優勢：風能資源穩定豐富不占用土地空間技術難題：海上風資源評定，氣象參數難測定海上風電機組設計重視可靠性海上風電送出

28、問題海上風電面臨臺風危害新能源發電技術第86頁在風電并網技術方面，未來電力系統技術水平和資源配置能力將需要從管理模式、技術伎倆等方面做出調整才能夠適應大規模新能源集中接入、遠距離輸送、大范圍消納，分布式接入就地消納需要，實現新能源綜合高效利用以及大規模新能源接入后電力系統安全經濟運行。4.風電并網技術發展趨勢新能源發電技術第87頁大規模新能源發電及并網技術大規模儲能技術新能源發電技術第88頁智能電網技術和儲能技術是太陽能、風能發電成為主力能源需要處理關鍵技術。新能源發電技術第89頁美國儲能電池發展趨勢 在美國“電網2030”計劃中，把用于調峰儲能、用于暫態限制儲能列為年發展目標區域互聯電網發展

29、目標，把高壓直流儲能列為20區域互聯電網發展目標，大容量儲能技術列為優先級最高目標技術。在地域配電網發展規劃中也把開發大規模儲能列為優先級最高技術，包含儲能電池、超級電容器、功率變換器、控制器、儲能與電能質量相結合設備開發等。新能源發電技術第90頁歐洲儲能電池發展趨勢 歐洲電網技術發展趨勢主要是面向可再生能源系統和未來電力系統，在電網近期、中期及長久研究計劃中，將能量儲存和電能質量確保放在主要研究地位。如在英國科學基金和國家項目中，相關英國電網大部分支撐技術都是儲能技術。歐共體一樣關注儲能技術發展，它是解決可再生能源有效利用問題關鍵。新能源發電技術第91頁日本能量儲存系統市場機遇上世紀80年代

30、：采取飛輪、超級電容器和可充電電池作為電站調峰目標儲能系統曾經得到發展，但沒有取得實用價值二十一世紀始：伴隨風力發電與光伏發電規模增大，蓄電池作為儲能系統被考慮用于穩定它們輸出，因為它們受到氣候影響光伏儲能系統風力發電及大型太陽電站儲能裝置（ESS)新能源發電技術第92頁我國已將儲能電池技術列為關鍵技術 “電能利用和電能儲存技術”已被列為我國電網前瞻性關鍵技術之一，以確保互聯大電網安全，提升系統動態穩定性，改進區域供電品質和綠色能源電力輸出特征。新能源發電技術第93頁大規模儲能蓄電作用用于調整可再生能源發電系統供電連續性和穩定性用于電網“削峰填谷”用于用電大戶“谷電”蓄電 用于主要部門和主要設

31、施應急電源及備用電源用于“非并網”風電光伏直接利用中調整電源 新能源發電技術第94頁電能能夠轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態存放，按照其詳細方式可分為物理、電磁、電化學等類型物理儲能抽水蓄能壓縮空氣儲能飛輪儲能電磁儲能電化學儲能超導儲能超級電容儲能鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能新能源發電技術第95頁1. 機械儲能)抽水蓄能壓縮空氣儲能飛輪儲能新能源發電技術第96頁配置上、下游兩個水庫，負荷低谷時段抽水儲能設備工作在電動機狀態，將下游水庫水抽到上游水庫保留，負荷高峰時抽水儲能設備工作于發電機狀態，利用儲存在上游水庫中水發電原理抽水蓄能新能源發電技術第97頁上水庫有沒有天然徑

32、流匯入純抽水蓄能電站混合抽水蓄能電站調水式抽水蓄能電站按一定容量建設，儲存能量釋放時間能夠從幾小時到幾天，綜合效率在70%85%之間抽水蓄能分類新能源發電技術第98頁 抽水儲能能夠實現從幾小時到幾天儲能，儲能效率在70%85%之間。 儲能量僅與水庫容量和落差相關，可提供最大能量和最長時間儲能。 抽水儲能電站技術成熟，已經得到廣泛應用，普通工業國家抽水儲能電站可達總裝機容量10%左右。 主要用于移峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用、備用容量和黑開啟等。抽水蓄能特點功率、容量大 響應快速新能源發電技術第99頁抽水儲能缺點是：只能建在符合條件山區，距主要用電高峰人口稠密平原地域和城區距離遠，輸變電成本

33、高。新能源發電技術第100頁日、美、西歐等國家和地域在20世紀6070年代進入抽水蓄能電站建設高峰期，到當前為止，美國和西歐經濟發達國家抽水儲能機組容量占世界抽水蓄能電站總裝機容量55%以上，其中：美國約占3%，日本超出10%；中國、韓國和泰國3個國家在建抽水蓄能電站17.53GW，加上日本在建量達24.65GW。近年國外投入運行8大抽水蓄能電站：電站國家裝機容量 / MW投入年份落基山美國7601995錫亞比舍伊朗1 0001996奧清津 日本6001996葛野川日本1 6001999拉姆它昆泰國1 000金谷德國1 060神流川日本2 820小丸川日本1 200抽水蓄能應用新能源發電技術第

34、101頁壓縮空氣儲能電站（compressed air energy storage, CAES）是一個調峰用燃氣輪機發電廠，主要利用電網負荷低谷時剩下電力壓縮空氣，并將其儲備在經典壓力 7.5 MPa 高壓密封設施內，在用電高峰釋放出來驅動燃氣輪機發電。壓縮空氣蓄能新能源發電技術第102頁在燃氣輪機發電過程中，燃料 2/3 用于空氣壓縮，其燃料消耗能夠降低 2/3，所消耗燃氣要比常規燃氣輪機少 70%，同時能夠降低投資費用、降低排放。CAES 建設投資和發電成本均低于抽水蓄能電站，但其能量密度低，并受巖層等地形條件限制。地下儲氣站有各種模式，其中最理想是水封恒壓儲氣站，能保持輸出恒壓氣體，保

35、障燃氣輪機穩定運行。壓縮空氣蓄能特點新能源發電技術第103頁CAES 儲氣庫漏氣開裂可能性極小，安全系數高，壽命長，能夠冷開啟、黑開啟，響應速度快，主要用于峰谷電能回收調整、平衡負荷、頻率調整、分布式儲能和發電系統備用。100 MW 級燃氣輪機技術成熟，利用渠氏超導熱管技術可使系統換能效率到達 90%。大容量化和復合發電化將深入降低成本。伴隨分布式能量系統發展以及減小儲氣庫容積和提升儲氣壓力至 1014 MPa 需要，812 MW 微型壓縮空氣蓄能系統（micro-CAES）已成為人們關注熱點。應用發 展 方 向壓縮空氣蓄能新能源發電技術第104頁飛輪儲能裝置主要包含3個關鍵部分：飛輪、電機和

36、電力電子裝置。他將外界輸入電能經過電動機轉化為飛輪轉動動能儲存起來，當外界需要電能時候，又經過發電機將飛輪動能轉化為電能，輸出到外部負載，要求空閑運轉時候損耗非常小。飛輪儲能新能源發電技術第105頁飛輪儲能特點 優勢效率：70%-90%；能量密度：最高130Wh/kg；輸出功率：kW-MW，由電動/發電機和電力變換裝置決定；響應速度：5-25ms，5-15s到達額定輸出；壽命：大于；工作溫度：-40 50低維護、環境友好 限制 系統復雜； 有高速轉動部件； 軸承待機損耗問題新能源發電技術第106頁無噪音、無污染、維護簡單，主要用于不間斷電源(UPS)/應急電源(EPS)、電網調峰和頻率控制。應

37、用發展方向飛輪儲能飛輪儲能技術取得突破性進展是基于下述三項技術飛速發展:一是高能永磁及高溫超導技術出現；二是高強纖維復合材料問世；三是電力電子技術飛速發展。新能源發電技術第107頁年份研發機構基本參數技術特點作用不詳日本四國綜合研究所8MWh，儲能放電各4h，待機16h高溫超導磁浮立式軸承，儲能效率84%平滑負荷不詳日本原子力研究所215MW/8GJ輸出電壓18kV，輸出電流6896A，儲能效率85%UPS不詳美國Vista企業277kWh引入風力發電系統全程調峰1991美國馬里蘭大學24kWh，轉速1161046345rad/min電磁懸浮軸承,輸出恒壓110V/240V，全程效率81%電力

38、調峰1996德國5MW/100MWh，轉速22504500rad/min超導磁浮軸承,儲能效率96%儲能電站巴西額定轉速30000rad/min超導與永磁懸浮軸承電壓賠償世界范圍內飛輪儲能經典應用案例新能源發電技術第108頁2 電磁儲能超導儲能（SMES）超級電容儲能新能源發電技術第109頁超導儲能（SMES）超導儲能是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網或其它負載。SMES普通由超導線圈及低溫容器、制冷裝置、變流裝置和測控系統組成。SMES能夠分為低溫超導儲能與高溫超導儲能兩種。新能源發電技術第110頁超導線圈在經過直流電流時沒有焦耳損耗。所以，超導儲能適合用于直流系統

39、。它可傳輸平均電流密度比普通常規線圈要高個數量級；能夠到達很高能量密度，約為108Jm3。它與其它儲能方式如蓄電池儲能、壓縮空氣蓄能、抽水儲能及飛輪儲能相比，含有轉換效率高（可達），響應速度快(毫秒級)，功率密度和能量密度大，壽命長、污染小等優點。缺點是成本高，包含裝置成本和運行成本。超導磁儲能裝置不但可用于調整電力系統峰谷，而且可用于降低甚至消除電網低頻功率振蕩從而改進電網電壓和頻率特征。另外，它還可用于無功和功率因數調整以改進系統穩定性。新能源發電技術第111頁超級電容儲能（SCES）超級電容器是一個含有超級儲電能力，可提供強大脈沖功率物理二次電源。它是依據電化學雙電層理論研制而成，所以又

40、稱雙電層電容器。超級電容器問世實現了電容量由微法級向法拉級飛躍，徹底改變了人們對電容器傳統印象。當前，超級電容器已形成系列產品，實現電容量 0.5-1000F ，工作電壓 12-400V ，最大放電電流 400-A 。優點：循環壽命若干萬次，比功率高； 缺點：比容量小；單位能量投資高； 關鍵：開拓毫秒-秒級應用、降低成本新能源發電技術第112頁超級電容工作原理：性能特點：1. 含有法拉級超大電容量；2. 比脈沖功率比蓄電池高近十倍；3. 充放電循環壽命在十萬次以上；4. 能在 -40oC-60oC 環境溫度中正常使用；5. 有超強荷電保持能力，漏電源非常小；6. 充電快速，使用便捷，充電電路簡

41、單， 無記憶效應；7. 無污染，真正免維護。多孔化電極采取活性炭粉、活性碳和活性炭纖維，電解液采取有機電解質。多孔性活性碳有極大表面積，在電解液中吸附著電荷，因而將含有極大電容量，并能夠存放很大靜電能量。 雙電層超級電容器充放電過程一直是物理過程，沒有化學反應。所以性能是穩定，與利用化學反應蓄電池是不一樣。新能源發電技術第113頁超級電容應用：1. 配合蓄電池應用于各種內燃發動機電開啟系統，如：汽車、坦克、鐵路內燃機車等，能有效保護蓄電池，延長其壽命，減小其配置容量，尤其是在低溫和蓄電池虧電情況下，確保可靠開啟。2. 用作高壓開關設備直流操作電源。3. 用作電動車輛起步，加速及制動能量回收，提

42、升加速度，有效保護蓄電池，延長蓄電池使用壽命，節能。4. 代替蓄電池用于短距離移開工具（車輛），其優勢是充電時間非常短。5. 用于主要用戶不間斷供電系統。6. 用于風力及太陽能發電系統。7. 應用電脈沖技術設備，如：點焊機、軌道電路光焊機、充磁機、 X 光機等。新能源發電技術第114頁3.電化學儲能鉛酸蓄電池鈉硫電池液流電池鋰離子電池新能源發電技術第115頁電能化學能電池種類鉛酸鎳鎘鎳氫鋰離子鈉硫全釩液流單體標稱電壓/V2.01.01.31.01.33.72.081.4研發機構主要電池廠家主要電池廠家主要電池廠家主要電池廠家東京電力企業、NGK、上海電力公司VRB、V-FuelPty、住友電工

43、、關西電力企業、中國電力科學研究院電力儲能系統可利用主要電池3.電化學儲能新能源發電技術第116頁磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)年出現，因為它性能尤其適于作動力方面應用，也稱磷酸鐵鋰動力電池。新能源發電技術第117頁鋰離子電池優點：高比能量；高比功率；高能量轉換效率；長循環壽命不足： 有體系安全性較差； 價格還不夠低鋰離子動力電池，是電動汽車產業興起關鍵磷酸亞鐵鋰、鈦酸鋰等新材料開發和應用，大大改進了鋰離子電池安全性能和循環壽命，從而可能將鋰離子電池用于更大規模儲能新能源發電技術第118頁LiFePO4電池特點：1. 高效率輸出：標準放電為25C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10s）可達20C；2. 高溫時性能良好：外部溫度65時內部溫度則高達95，電池放電結束時溫度可達160，電池結構安全、完好；3. 即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；4. 極好循環壽命，經500次循環，其放電容量仍