储能电站在电力系统中的应用_开题报告

一、文献综述

国内外研究现状

储能系统在全世界电力系统中所处的位置越来越重要。各方预测显示，到2030年，全世界储能装机有望增至现在的3倍。储能增长的动力主要来自于可再生能源的推广和对电力系统要求的提升。目前，在全球储能结构中占据绝对领先地位的还是抽水蓄能电站，但专家预计，长期来看，其他类型的储能占比将出现增长。如今世界各国都在积极鼓励发展储能市场，最近几年间新储能项目及其装机总和有望增加数倍。过去十年全球储能装机增长70%，储能的主要作用是通过发电站和其他电力能源基础设施的负荷峰谷调节来优化电力生产。应用储能设施可以在确保电力系统稳定性的同时减少备用发电设备的使用，并在一定的条件下减少发电成本。美国能源部的数据显示，1997～2017年间，全世界储能系统装机增长了70%，几乎达到170吉瓦。

储能装机较大的国家有中国（占全球储能装机的19%）、日本（17%）、美国（14%）和一些欧洲国家（西班牙、意大利、德国等）。尽管储能系统多种多样，但抽水蓄能电站在储能总装机中一枝独秀，占比高达96%。大部分抽水蓄能电站和水电站、核电站一起结合应用，在很多国家都有推广。受到现有技术和经济性的限制，其他类型的储能（电化学蓄电池、压缩空气系统、热储能器等）普及程度较小。与此同时，由于具体条件不同，储能目的各有差异，储能方式的选择还取决于对发电装机、储能时长、单位成本、效率、使用年限、充电次数、占地面积、环境影响等诸多方面的要求。

预计可再生能源发电（具有出力不稳定的特征，如太阳能发电和风力发电）、分布式电源、智能电网和电动汽车市场的发展将带动全球储能市场的进一步增长。同时专家认为，虽然现在还有很多抽水蓄能电站的大型规划项目（如在中国），但长期来看，在储能装机结构中，抽蓄电站占比将呈现减小的趋势。国际可再生能源署（IRENA）在其展望报告《电力储存与可再生能源：2030年的成本与市场》的基本预测情景中提出，到2030年，全球储能装机将在2017年基础上增长42%～68%，如果可再生能源增长强劲，那么储能装机增长幅度将达到155%～227%。届时，可再生能源（不含大型水电站）在全球终端能源消费中的占比将提高一倍，达到21%。根据所有不同的预测情景，抽水蓄能装机增长幅度约为40%～50%不等，至于其在全球储能装机结构中的占比，还取决于其他类型储能技术的发展情况，预计将处于45%～83%的范围区间。同时电池储能将在改变储能装机结构中发挥重要作用。IRENA预计，到2030年，储能电池成本将降低50%～70%，同时无严重损耗下的使用期限和充电次数将明显提升。虽然无论是IRENA还是IEA都不认为电池储能器（主要是工业储能装置）会在短时间内大规模地取代电力系统现有的调峰力量，尤其是天然气发电站，但是电池在电力系统调频方面具有优势，并且各种规模的电池都可以实现相对较为快速的生产和建设。此外，电池生产技术的发展还直接决定了电动汽车的发展前景，可以在尖峰负荷时段的电力能源系统中起到电源的作用。

 研究方向

目前全球和中国储能累计装机中，抽水蓄能最高，占比超过90%，熔融盐储热第二，电化学储能排名第三;从发展速度来看，电化学增长较快，截至 2016 年底，全球电 化学储能装机规模达 1756.5MW，近 5 年复合增长率 27.5%，其中以锂离子电池累计规模最大，超过50%以上。

电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，是当前储能产业发展和研究的热点，主要应用在电网辅助服务、可再生能源并网、电力输配、分布式发电及微网领域。从我国已投运的电化学储能项目来看，分布式发电及微网领域的装机规模最大，其余依次为可再生能源并网领域、电力辅助服务领域和电力输配领域。从技术方向来分类，主流电化学储能技术包括先进铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等。①锂离子电池由正负电极、隔膜、电解液组成，具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等诸多优点，目前在国内已广泛应用于各类 电子产品、新能源车和电化学储能等领域。特别受下游新能源车动力电池需求增长拉动，产业规模和技术发展加速，技术和产业链正在进一步成熟。②钠硫电池以单质硫和金属钠为正负 极，β-氧化铝陶瓷为电解质和隔膜，其工作温度在 300-350 摄氏度之 间，具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、成本相对低等优点，其规模约占全球电化学储能总装机量的 30-40%，仅次于锂离子电池。但由于技术垄断，目前在国内无法大规模推广。

从技术成熟度、经济性、安全环保性等来看，锂电池是我国发展较快、现有很多地方实现规模化、集成化，有望率先带动储能商业化的电化学储能技术。

进展情况

储能技术具有极高的战略地位，世界各国一直都在不断支持储能技术的研究和应用。日本、美国等发达国家电池储能电站技术发展较早，如今已得到了一些应用，中国近些年来在国家政策的支持下也取得了较快的发展。国内外在大规模电池储能电站的运行控制与应用方面均存在着不少成功的实际工程案例。如应用于日本青森县风电场的NGK公司的34 MW/245 MW•h钠硫电池储能电站，美国SDG&E Escondido 30 MW/ 120 MW•h锂离子电池储能项目，以及江苏在2018年建设电网侧储能电站分别为：北山储能电站 32MWh、五峰山储能电站 48MWh、、三跃储能电站 20MWh多类型电池储能电站等。这些工程应用中，电池储能电站的电池类型和应用场景都不尽相同。

存在问题

目前，我国储能电池的产业链初步形成，储能装置在电力系统的应用与推广正在逐步展开。

虽然近年来电池储能系统在电力系统中的应用发展很快，但标准体系尚未建立，相关技术标准缺失，不能满足储能装置在生产和应用各个环节如储能装置的制造、招投标、监造、验收、接入试验与调试、设备交接以及运行维护等方面应用需求。

参考依据

ESCN中国储能网

北极星储能网

二、^范文提纲

提供二级或者三级提纲

1、概述

1.1、储能技术的发展

1.1.2、储能电站在电力系统中的需求和作用

1.2、储能电站在电力系统中发挥的作用

1.2.1、削峰填谷

1.2.2、备用电源

1.2.3、提高电能质量

2、电化学储能

2.1、概述

2.1.1、电池的出现和发展

2.1.2、常见的电化学储能技术

2.2、锂离子电池

2.2.1、锂离子电池原理及特点

2.2.2、锂离子电池的结构和组成

2.3、铅酸电池

2.3.1、铅酸电池的原理及特点

2.3.2、铅酸电池的应用

2.4、电池储能系统的构成

2.4.1、电池管理系统BMS

2.4.2、双向逆变器PCS

2.4.3、电池组

3、储能电池管理技术

3.1、电池管理系统

3.1.1、典型结构

3.1.2、二级拓扑结构

3.1.3、三级拓扑结构

3.2、保护技术

3.2.1、过压保护

3.2.2、过流保护

3.2.3、欠压保护

3.2.4、短路保护

4、储能系统运行控制技术

4.1、并网运行控制技术

4.1.1、AC/DC变流器控制

4.1.2、DC/DC变流器控制

4.2、离网运行控制技术

4.2.1、V/f 控制

4.2.2、黑启动

4.2.3、多机并联协调控制

4.3、双模式切换控制技术

4.3.1、并网转离网切换控制

4.3.2、离网转并网同期控制

5、储能系统的集成应用及经济分析

5.1、储能系统的集成设计方法

5.1.1、定义

5.1.2、电池成组应用技术

5.1.3、典型储能系统设计

5.2、储能系统在应用场景中的经济性分析

5.2.1、储能系统的典型应用场景分类

5.2.2、储能系统的成本/收益分析方法

三、参考文献

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