新能源發電技術太陽能發電技術風力發電與并網技術大規模儲能技術太陽能發電技術主要內容一、開發利用太陽能的戰略意義二、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一、開發利用太陽能的戰略意義化石燃料的儲量有限，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。如果再考慮到現在世界石油消費量大約每年增長2%，這樣每隔35年，消費量將增加一倍。目前主要依靠化石燃料提供能量。化石燃料儲量與日遞減，面臨化石能源枯竭的危機。優點:

太陽能取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽能要比人類消耗的能量大6000倍。只要在美國陽光豐富的西南部沙漠地區，建立一個面積為100哩×100哩的巨型光伏電站，所發的電力可以滿足全美國的用電需要。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的沖擊。太陽能隨處可得，可就近供電，不必長距離輸送，避免了輸電線路等損失。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，特別適合于無人值守情況下使用。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，是理想的清潔能源。太陽能發電系統建設周期短，方便靈活。而且可以根據負荷的增減，任意添加或減少太陽電池容量，避免了浪費。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2.1太陽能電池

過去30多年（1980年開始）始終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。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規模生產時的效率為16-18%（目前20%）。在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節省硅材料，發展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池的替代產品。單晶硅電池圖4單晶硅太陽電池代表性生產廠家：荷蘭ShellSolar、西班牙Iso-foton，印度Microsol等廠家。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。其實驗室最高轉換效率為18%，工業規模生產的轉換效率為15-16%（目前，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.多晶硅太陽能電池板太陽能電池類型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，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。非晶硅太陽能電池板光伏電池等效電路

當負載RL從0變化到無窮大時，即可得到如圖所示太陽能電池輸出特性曲線。調節負載電阻RL到某一值Rm時，在曲線上得到一點M，其對應的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）。光伏電池的輸出特性圖光伏組件發電功率受環境的影響光照強度：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（負溫度系數）

在光伏系統中，通常要求光伏電池的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，從而提高光伏電池的轉換效率。MPPT就是一個不斷測量和不斷調整以達到最優的過程，它不需要知道光伏陣列精確的數學模型，而是在運行過程中不斷改變可控參數的整定值，使得當前工作點逐漸向峰值功率點靠近，使光伏系統運作在峰值功率點附近。常用的MPPT控制算法1、定電壓跟蹤法：先求得或設置某一中心電壓，通過控制使光伏陣列的輸出電壓一直保持該電壓，從而使光伏系統輸出功率達到或接近最大功率輸出值。2、擾動觀察法：3、增量電導法根據光伏陣列的P/U曲線，當輸出功率為P最大時，即Pmax處的斜率為零。

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。太陽能供電系統的特點不必拉設電線，不必挖開馬路，安裝使用方便；一次性投資，可保證二十年不間斷供電（蓄電池一般為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。直流供電系統控制器作用：控制蓄電池組的放電、充電過程，防止過沖和過放；最優化能量管理（最佳工作點跟蹤、溫度補償等）；光伏系統工作狀態顯示；光伏系統信息存儲等。圖5直流供電系統交直流供電系統

圖6交直流供電系統太陽能廣告牌太陽能交通燈太陽能車站太陽能飛機2.3并網光伏系統并網光伏電站投資巨大、建設期長，需要復雜的控制和配電設備，占用大片土地，目前其發電成本遠高于目前市場電價。住宅并網光伏系統，特別是與建筑結合的住宅屋頂并網光伏系統，投資小，有諸多優越性，在發達國家備受青睞，發展迅速。住宅并網光伏系統的主要特點，是所發的電能可直接分配到負載上，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。根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根據是否有儲能裝置，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）系統徐州光伏電站三、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通過熱力循環過程進行發電，是太陽能熱利用的重要方面。目前主要熱力發電裝置：槽式塔式碟（盤）式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的接收器上，將管內的傳熱工質加熱，產生高溫水蒸氣，推動汽輪發電機發電。圖9槽式太陽能熱電系統原理圖槽式太陽能熱電廠

產能64兆瓦，可為14000個家庭提供足夠的電能。

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。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3.2塔式太陽能熱電系統塔式太陽能熱發電系統的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上，用以產生高溫，進而產生水蒸氣或高溫氣體，推動汽輪發電機發電。圖12塔式太陽能熱電系統原理塔式太陽能熱電廠塔式太陽能熱電廠

2009年4月，西班牙在安達盧西亞（Andalucian）沙漠中建成當時全球最大太陽能電站。3.3碟（盤）式太陽能熱電系統碟式系統由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，通過加熱接收器內的傳熱工質，驅動電機發電。圖14碟式太陽能熱電系統原理碟式太陽能熱電裝置碟式太陽能熱電裝置三種發電裝置比較表1塔式、槽式、盤式發電裝置比較風力發電與并網技術

隨著全球化石能源枯竭、供應緊張、氣候變化形勢嚴峻，世界各國都認識到了發展可再生能源的重要性，并對風電發展高度重視，世界風電產業得到迅速發展。自1996年以后，全球風電裝機年均增長率保持在25%以上，風能成為世界上增長最快的清潔能源。緒論國內外風力發電的發展現狀風力發電的基本原理及結構風電并網技術風電的發展趨勢目錄1.世界風電的發展自1990年以來,風力發電一直是世界上增長最快的可再生新能源。從1996年起，全球累計風電裝機連續11年增速超過20％，平均增速達到28.35％。2008年雖然經歷了歷史罕見的金融危機，但風電依然成為最具吸引力的發電投資，已經成為各個國家替代能源的首選。一國內外風力發電的發展現狀2010年底，全球風電總裝機容量達199,520兆瓦，發電量超過4099億千瓦時，占世界電力總發電量的1.92%。2008年和2009年全球年裝機容量分別增加42%和35%，而2010年年度裝機增長率僅為3%。受金融危機的影響，2010年年度裝機增長率僅為3%。2010年美國風電裝機新增下滑最厲害，歐洲保持平穩增長。中國、印度等新興市場顯示出強大的生命力。經過2010年的轉折，最大風電國家市場的排名發生了變化：中國以18,928兆瓦的新增裝機容量穩居第一位，并且創造了單個國家年度新增裝機容量的世界紀錄；美國以5,115兆瓦的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的歐洲國家，每個國家的新增裝機容量大約是1,500兆瓦。2013年全球風電新增裝機前十大國家2013年中國風電新增機容量為16.1GW,占全球新增裝機總量的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%；2.我國風電的發展我國的風電自2003年進入高速發展時期。從2005年開始，中國的風電總裝機連續5年實現翻番。2009年，中國以2580萬千瓦的總累計裝機容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近1000萬千瓦的差距。截至2010年底，中國全年風力發電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。《中國風電發展報告2010》預測：2020年，中國風電累計裝機可以達到2.3億千瓦，相當于13個三峽電站；總發電量可以達到4649億千瓦時，相當于取代200個火電廠。一國內外風力發電的發展現狀我國風能資源分布中國陸地上10m高度層上可開發的風能儲量為2.52億千瓦近海可開發風能資源是陸地的3倍多風電總裝機容量快速增長，風電比重不斷加大；單個風電場裝機容量不斷增加，已有多個10萬千瓦級風電場投運，正建千萬千瓦級大型風電基地；風電場接入系統的電壓等級由低到高(110kV)；風電機組的種類不斷增多，從早期的定速風電機組（1MW以下），到雙饋感應風力發電和直驅同步風力發電（1MW以上）我國風電發展特點2.風力發電的基本原理及結構

2.1風力發電機組的基本原理及結構

工作原理風以一定的速度和攻角流過槳葉，使風輪獲得旋轉力矩而轉動，風輪通過主軸聯接齒輪箱，經齒輪箱增速后帶動發電機發電2.風力發電的基本原理及結構2.2風力機的類型

2.風力發電的基本原理及結構2.2風力機的類型

2.風力發電的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的，沒有輪轂，葉片無窮多，并且對通過風輪的氣流沒有阻力。純粹的能量轉換器。

根據該理論可以計算風輪獲取的風能和功率。葉素理論把葉片分割成無限多個微元，每個微元都是葉片的一部分，每個微元的長度無限小。用于分析微元的空氣動力學特征。

動量理論應用該理論去研究風力發電機組各部件的運動規律及運動狀態的理論。

2.風力發電的基本原理及結構2.風力發電的基本原理及結構2.3分類恒速恒槳變速變槳2.3.1.恒速恒槳技術

原理：恒速恒槳一般采用鼠籠式異步發電機，風力機槳距固定，其運行完全靠葉片氣動特性控制，當風機帶動發電機達到或接近同步速時并入電網，此后電機轉速基本保持恒定，系統送入電網的電壓頻率恒定。恒速恒槳風力發電技術的特點電氣系統簡單，可適合于在野外缺少維護的環境下工作。轉速不變，無法根據風速變化調節轉速追蹤最大風能利用系數，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。

適用于中小功率風電系統，通常不大于1000kW2.3.2.變速變槳技術分類采用DFIG（雙饋感應發電機）采用普通同步發電機（全功率變換型）采用多極永磁同步發電機（全功率變換直驅型）

按照風輪結構及其在氣流中的位置：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節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。

當風速超過額定風速時，為了保證發電機的輸出功率維持在額定功率附近，需要對風輪葉片吸收的氣動功率進行控制。對于確定的葉片翼型，在風作用下產生的升力和阻力主要取決于風速和攻角，在風速發生變化時，通過調整攻角，可以改變葉片的升力和阻力比例，實現功率控制。2.其他分類

定槳距風力機:葉片固定在輪轂上，槳距角不變，風力機的功率調節完全依靠葉片的失速性能。當風速超過額定風速時，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的進一步增加。

優點:結構簡單。

缺點:不能保證超過額定風速區段的輸出功率恒定，并且由于軸向壓力增大,導致葉片和塔架等部件承受的載荷相應增大。此外，由于槳距角不能調整，沒有氣動制動功能，因此定槳距葉片在葉尖部位需要設計專門的制動機構。

P130-69

變槳距風力機：葉片和輪轂不是固定連接，葉片槳距角可調。在超過額定風速范圍時，通過增大葉片槳距角，使攻角減小，以改變葉片升力與阻力的比例，達到限制風輪功率的目的，使機組能夠在額定功率附近輸出電能。

優點：高于額定風速區域可以獲得穩定的功率輸出。

缺點：需要變槳距調節機構，設備結構復雜，可靠性降低。

目前的大型兆瓦級風電機組普遍采用變槳距控制技術。

主動失速型風力機：工作原理相當于以上兩種形式的組合。利用葉片的失速特性實現功率調節，葉片與輪轂不是固定連接，葉片可以相對輪轂轉動，實現槳距角調節。當機組達到額定功率后，使葉片向槳距角向減小的方向轉過一個角度，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：改善了被動失速機組功率調節的不穩定性。

缺點：增加了槳距調節機構，使設備變得復雜。3.大規模風電并網對調峰調頻能力的影響對無功功率平衡與電壓水平的影響風電對電網的影響對電能質量的影響對穩定性的影響同步發電機組并網技術同步發電機在運行中,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用.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,隨機變化,作用在轉子上的轉矩極不穩定,并網時其調速性能很難達到同步發電機所要求的精度.并網后若不進行有效的控制,常會發生無功振蕩與失步問題,在重載下尤為嚴重.異步風力發電機組并網技術異步風力發電機投入運行時,由于靠轉差率來調整負荷,因此對機組的調速精度要求不高,不需要同步設備和整步操作,只要轉速接近同步轉速時,就可并網.顯然,風力發電機組配用異步發電機不僅控制裝置簡單,而且并網后也不會產生振蕩和失步,運行非常穩定.異步風力發電機并網也存在一些特殊問題,如直接并網時產生的過大沖擊電流會造成電壓大幅度下降,對系統安全運行構成威脅;本身不發無功功率,需要無功補償;過高的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;不穩定系統的頻率過于上升,會因同步轉速上升而引起異步發電機從發電狀態變成電動狀態,不穩定系統的頻率過大下降,又會使異步發電機電流劇增而過載等.風電并網存在的相關問題1、并網運行問題（1）調峰問題風電出力具有隨機性、間歇性，反調節特性明顯，增加系統調峰難度。負荷曲線風電出力曲線我國調峰性能好的油、氣電源比重較小，水電中徑流式電站占較大比例，核電基本不參與調峰，電力系統調峰主要依靠煤電。由于受煤電啟停不靈活和最小技術出力的限制，系統調峰手段十分有限。我國風電集中的“三北”地區以煤電為主，大規模風電接入后，調峰能力嚴重不足。當風電出力較大，火電機組達到最小技術出力后，就會出現棄風現象。波動性風電與調節欠靈活的火電增加了電力系統平衡難度，如何協調風電消納與電網安全運行是風電優化調度的難點問題。歐美風電大國靈活調節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節電源所占比例為34.3%，約為風電的1.7倍。2010年11月9日3:35，西班牙主網風電出力占負荷比例的瞬時值達到54%，當時系統負荷為23.08GW，風電裝機19.81GW，出力12.34GW，其他新能源（含太陽能、地熱、生物質能等）裝機13.8GW，出力4.09GW。為滿足新能源發電消納需求，其他常規電源最大限度停運或降出力運行，靈活電源發揮了尤其重要的作用。（2）電壓控制問題我國風電接入地區大多處于電網末端，風電功率的大幅度變化，導致電網運行電壓調整十分困難，影響系統電壓穩定。由于風電出力快速增長，導致白城電網同發風電場母線電壓最低下降到213kV，并大幅波動。（3）安全穩定問題風電大規模并網后，電網穩定運行的風險增加。系統潮流多變，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，導致電壓失穩；風電機組沒有低電壓穿越能力，在系統擾動造成電壓的瞬間跌落時，風機自行脫網對系統造成沖擊。2011年2月24日，甘肅酒泉某風電場由于場內35kv電纜單相短路故障引起該地區598臺風電機組脫網，損失風電出力840MW，系統頻率從故障前的50.03Hz降低至49.85Hz。（4）電能質量問題風電出力的隨機波動會引起電壓波動和閃變，風機中的電力電子設備會給電網帶來一定的諧波污染，導致電能質量下降。風電場多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，引起附近35千伏母線電壓越限。1.大功率中壓變流器。為了能更好地提高風能的轉換效率并降低成本，需要研發大功率中壓變流器以提高風力發電機的標稱容量。2.用于風電場的儲能技術。風電場儲能技術可以在經濟和技術兩方面顯著增加風力發電的吸引力，儲能系統在維持電壓、頻率穩定方面作用十分明顯。

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

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的主要發展趨勢。海上具備足夠的風能資源，可以在海水較淺的區域安裝風力發電機，離岸風力發電機與安裝在附近岸上的風力發電機相比，前者所產生的電能會多出近1倍。英國海上風場瑞典海上風場海上風電場優勢：風能資源穩定豐富不占用土地空間技術難題：海上風資源評估，氣象參數難測定海上風電機組設計注重可靠性海上風電送出問題海上風電面臨臺風危害在風電并網技術方面，未來電力系統的技術水平和資源配置能力將需要從管理模式、技術手段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的需要，實現新能源的綜合高效利用以及大規模新能源接入后電力系統的安全經濟運行。4.風電并網技術的發展趨勢大規模新能源發電及并網技術——大規模儲能技術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解決的關鍵技術。美國儲能電池發展趨勢?

在美國“電網2030”計劃中，把用于調峰的儲

能、用于暫態限制的儲能列為2010年發展

目標區域互聯電網發展目標，把高壓直流

儲能列為2020年區域互聯電網發展目標，

大容量儲能技術列為優先級最高的目標技

術。在地區配電網發展規劃中也把開發大

規模儲能列為優先級最高的技術，包括儲

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的設備開發等。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

能源系統和未來的電力系統，在電網的近

期、中期及長期的研究計劃中，將能量儲

存和電能質量的保證放在重要研究地位。

如在英國科學基金和國家項目中，有關英

國電網的大部分支撐技術都是儲能技術。

歐共體同樣關注儲能技術的發展，它是解

決可再生能源的有效利用問題的關鍵。日本能量儲存系統的市場機遇上世紀80年代：–采用飛輪、超級電容器和可充電電池作為電站調峰目的的儲能系統曾經得到發展，但沒有取得實用價值21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的輸出，因為它們受到氣候的影響–光伏儲能系統–風力發電及大型太陽電站儲能裝置（ESS)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，提高系統動態穩定性，改善區

域供電品質和綠色能源電力輸出特性。大規模儲能蓄電的作用用于調節可再生能源發電系統供電的連續性和穩定性用于電網的“削峰填谷”用于用電大戶的“谷電”蓄電用于重要部門和重要設施的應急電源及備用電源用于“非并網”風電光伏直接利用中的調節電源電能可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態存儲，按照其具體方式可分為物理、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儲能技術的分類1.

機械儲能)抽水蓄能壓縮空氣儲能飛輪儲能配備上、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，將下游水庫的水抽到上游水庫保存，負荷高峰時抽水儲能設備工作于發電機的狀態，利用儲存在上游水庫中的水發電原理抽水蓄能上水庫有無天然徑流匯入純抽水

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，儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾天，綜合效率在70%~85%之間抽水蓄能的分類

抽水儲能可以實現從幾小時到幾天的儲能，儲能效率在70%～85%之間。儲能量僅與水庫容量和落差有關，可提供最大能量和最長時間的儲能。抽水儲能電站技術成熟，已經得到廣泛應用，一般工業國家抽水儲能電站可達總裝機容量的10%左右。主要用于移峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用、備用容量和黑啟動等。抽水蓄能的特點功率、容量大響應迅速抽水儲能的缺點是：只能建在符合條件的山區，距主要用電高峰的人口稠密的平原地區和城區距離遠，輸變電成本高。日、美、西歐等國家和地區在20世紀60~70年代進入抽水蓄能電站建設的高峰期，到目前為止，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%，日本超過10%；中國、韓國和泰國3個國家在建抽水蓄能電站17.53GW，加上日本的在建量達24.65GW。近年國外投入運行的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10001996奧清津Ⅱ日本6001996葛野川日本16001999拉姆它昆泰國10002000金谷德國10602003神流川日本28202005小丸川日本12002007抽水蓄能的應用壓縮空氣儲能電站（compressedairenergystorage,CAES）是一種調峰用燃氣輪機發電廠，主要利用電網負荷低谷時的剩余電力壓縮空氣，并將其儲藏在典型壓力7.5MPa的高壓密封設施內，在用電高峰釋放出來驅動燃氣輪機發電。壓縮空氣蓄能在燃氣輪機發電過程中，燃料的2/3用于空氣壓縮，其燃料消耗可以減少2/3，所消耗的燃氣要比常規燃氣輪機少70%，同時可以降低投資費用、減少排放。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的限制。地下儲氣站有多種模式，其中最理想的是水封恒壓儲氣站，能保持輸出恒壓氣體，保障燃氣輪機穩定運行。壓縮空氣蓄能的特點CAES儲氣庫漏氣開裂可能性極小，安全系數高，壽命長，可以冷啟動、黑啟動，響應速度快，主要用于峰谷電能回收調節、平衡負荷、頻率調節、分布式儲能和發電系統備用。100MW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達到90%。大容量化和復合發電化將進一步降低成本。隨著分布式能量系統的發展以及減小儲氣庫容積和提高儲氣壓力至10~14MPa的需要，8~12MW微型壓縮空氣蓄能系統（micro-CAES）已成為人們關注的熱點。應用發展方向壓縮空氣蓄能飛輪儲能裝置主要包括3個核心部分：飛輪、電機和電力電子裝置。他將外界輸入的電能通過電動機轉化為飛輪轉動的動能儲存起來，當外界需要電能的時候，又通過發電機將飛輪的動能轉化為電能，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達到額定輸出；壽命：大于20年；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的飛速發展:一是高能永磁及高溫超導技術的出現；二是高強纖維復合材料的問世；三是電力電子技術的飛速發展。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公司277kWh引入風力發電系統全程調峰1991美國馬里蘭大學24kWh，轉速11610~46345rad/min電磁懸浮軸承,輸出恒壓110V/240V，全程效率81%電力調峰1996德國5MW/100MWh，轉速2250~4500rad/min超導磁浮軸承,儲能效率96%儲能電站2004巴西額定轉速30000rad/min超導與永磁懸浮軸承電壓補償世界范圍內飛輪儲能典型的應用案例2電磁儲能超導儲能（SMES）超級電容儲能超導儲能（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他負載。

SMES一般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可以分為低溫超導儲能與高溫超導儲能兩種。

超導線圈在通過直流電流時沒有焦耳損耗。因此，超導儲能適用于直流系統。它可傳輸的平均電流密度比一般常規線圈要高１－２個數量級；可以達到很高的能量密度，約為108J／m3。

它與其他的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，具有轉換效率高（可達９５％），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，包括裝置成本和運行成本。

超導磁儲能裝置不僅可用于調節電力系統的峰谷，而且可用于降低甚至消除電網的低頻功率振蕩從而改善電網的電壓和頻率特性。此外，它還可用于無功和功率因數的調節以改善系統的穩定性。超級電容儲能（SCES）

超級電容器是一種具有超級儲電能力，可提供強大的脈沖功率的物理二次電源。它是根據電化學雙電層理論研制而成的，所以又稱雙電層電容器。

超級電容器的問世實現了電容量由微法級向法拉級的飛躍，徹底改變了人們對電容器的傳統印象。目前，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

400-2000A

。

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-秒級的應用、降低成本超級電容工作原理：

性能特點：

1.

具有法拉級的超大電容量；

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

的環境溫度中正常使用；

5.

有超強的荷電保持能力，漏電源非常小；

6.

充電迅速，使用便捷，充電電路簡單，無記憶效應；

7.

無污染，真正免維護。多孔化電極采用活性炭粉、活性碳和活性炭纖維，電解液采用有機電解質。多孔性的活性碳有極大的表面積，在電解液中吸附著電荷，因而將具有極大的電容量，并可以存儲很大的靜電能量。 雙電層

超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應。因此性能是穩定的，與利用化學反應的蓄電池是不同的。超級電容的應用：1.

配合蓄電池應用于各種內燃發動機的電啟動系統，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，減小其配備容量，特別是在低溫和蓄電池虧

電的情況下，確保可靠啟動。2.

用作高壓開關設備的直流操作電源。3.

用作電動車輛起步，加速及制動能量的回收，提高加速

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動工具（車輛），其優勢是充電時間非常短。5.

用于重要用戶的不間斷供電系統。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。3.電化學儲能鉛酸蓄電池鈉硫電池液流電池鋰離子電池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/V2.01.0~1.31.0~1.33.72.081.4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公司、NGK、上海電力公司VRB、V-FuelPty、住友電工、關西電力公司、中國電力科學研究院電力儲能系統可利用的主要電池3.電化學儲能磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)2002年出現，由于它的性能特別適于作動力方面的應用，也稱磷酸鐵鋰動力電池。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：有的體系安全性較差；價格還不夠低鋰離子動力電池，是電動汽車產業興起的關鍵磷酸亞鐵鋰、鈦酸鋰等新材料的開發和應用，大大改善了鋰離子電池的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的儲能LiFePO4電池的特點：1.

高效率輸出：標準放電為2～5C、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℃，電池的結構安全、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.

極好的循環壽命，經500次循環，其放電容量仍大于95%；5.

過放電到零伏也無損壞；6.

可快速充電；7.

低成本；8.

對環境無污染。技術成熟度技術經濟比較從技術成熟度角度看，鉛酸電池技術最為成熟，飛輪、磷酸鐵鋰電池、鈉硫電池次之，微型壓縮空氣技術成熟度最低。各項儲能技術比較經濟性技術經濟比較從系統每千瓦時的造價來看，鉛酸電池成本最低。飛輪儲能，超級電容儲能的單位功率成本都不高，但單位容量成本卻非常高，達到每千瓦時七十萬元左右，遠遠超出其他儲能方式。性能特色技術經濟比較鉛酸電

池磷酸鐵鋰電池鈉硫電

池全釩液流電池超級電

容飛輪壓縮空氣儲能持續發電時間秒~小時秒~小時秒~小時秒~小時毫秒~分

鐘毫秒~分

鐘毫秒~分

鐘