储能技术及应用

本书针对储能的国内外发展现状、制约因素、规模化应用技术路线和商业模式进行了研究，主要内容如下：①总结了国内外储能的应用现状、装机容量、各类储能的装机占比及近年来储能的增长趋势，对各类型储能的原理和研究现状及其在电力系统应用领域的适应性进行了分析，并对国内外储能市场和政策环境进行了研究（相关数据截止时间为2017年底）；②分析了储能规模化推广亟需解决的关键技术，包括制约储能产业发展的技术因素、成本价格及政策补贴因素，对现有储能类型的成本进行了对比分析，得出各类储能到2020年的大概成本；③研究了各类储能未来发展的路线图，对2020年、2030年储能技术的发展趋势、应用情况进行了展望，并总结了国内外与储能相关的标准；④研究了国内外现有的分布式光储、电力服务、电动汽车和动力电池梯次利用的商业模式，给出了中国储能规模化应用的政策建议；⑤对储能系统在西北电网中规模化应用的前景进行了展望，并给出了西北电网中相应储能示范工程的部署建议。 

本书针对储能的国内外发展现状、制约因素、规模化应用技术路线和商业模式进行了研究，总结了国内外储能的应用现状、装机容量、各类储能的装机占比及近年来储能的增长趋势，对各类型储能的原理和研究现状及其在电力系统应用领域的适应性进行分析。同时分析了储能规模化推广亟需解决的关键技术，包括制约储能产业发展的技术因素、成本价格及政策补贴因素等。介绍了国内外现有的分布式光储、电力服务、电动汽车和动力电池梯次利用的商业模式，并对储能系统在西北电网中规模化应用的前景进行展望，给出了西北电网中相应储能示范工程的部署建议。

李建林，男，博士，教授级高级工程师，中国电力科学研究院储能与电工新技术研究所室主任。长期从事规模化储能系统集成应用，国家张北风光储输示范工程、辽宁卧牛石示范工程、青海大型光储示范工程、用户侧储能多点示范工程等策划工作，专职从事储能示范工程方案咨询、评价、测试相关工作。先后承担储能领域项目多项，其中，国家重点研发计划《10MW级液流电池储能技术》1项，国家863课题4项，国家自然基金项目3项，国家电网公司重大项目5项，各级网省公司项目10余项。近年来在国内外核心期刊发表文章150余篇，其中100余篇被EI检索，授权发明专利50余项。负责起草储能领域行业标准10余项，著有《大规模储能技术》《智能电网中的风光储关键技术》等著作7部，译著5部。先后获北京市科学技术奖、新疆维吾尔科学技术进步奖、天津市科学技术进步奖、湖北科技进步奖二等奖累计10次，各级省部级、社会力量奖三等奖累计10余次。

目 录前言第1章 储能系统在区域电网中规模化应用需求分析1
1.1 国内外储能应用现状及近期动向1
1.2 储能技术发展现状及趋势分析3
1.2.1 机械类储能4
1.2.2 电气类储能6
1.2.3 电化学类储能10
1.2.4 热储能19
1.2.5 氢储能24
1.2.6 储能成本分析25
1.3 储能系统在含大规模化能源基地电网中的应用需求分析27
1.3.1 储能在发电领域的应用27
1.3.2 储能在辅助服务领域的应用28
1.3.3 储能在输配电领域的应用29
1.3.4 储能在用户端的应用30
1.3.5 储能在分布式发电与微电网的应用31
1.3.6 储能在大规模可再生能源并网的应用31
1.4 储能市场和政策环境34
1.4.1 国内储能市场与相关政策环境34
1.4.2 国外储能相关政策38
1.4.3 价格机制与激励政策40
第2章 储能规模化推广亟需解决的关键技术42
2.1 规模化储能系统的核心装备制造技术42
2.2 储能系统集成与工程化技术43
2.3 储能站群的动态功率与能量管理技术47
2.4 多运行目标下储能系统广域调度技术47
第3章 储能规模化应用技术路线与经济性分析50
3.1 储能应用技术发展路线图50
3.1.1 物理储能50
3.1.2 化学储能51
3.1.3 氢能及燃料电池52
3.1.4 储热技术53
3.2 储能应用技术标准化体系53
3.2.1 国内外储能标准现状53
3.2.2 电力储能标准框架体系59
第4章 商业模式与前景展望62
4.1 国内外储能商业模式现状与建议62
4.1.1 国际储能商业模式62
4.1.2 国内现有储能商业模式现状75
4.2 储能规模化应用相关建议79
第5章 储能技术在送端电网中的应用分析85
5.1 储能在新疆电网中规模化应用研究85
5.1.1 新疆电网存在的问题85
5.1.2 储能技术在新疆电网中规模化应用仿真分析86
5.1.3 投资及效益估算90
5.1.4 小结91
5.2 储能在甘肃电网中规模化应用研究91
5.2.1 甘肃电网存在的问题91
5.2.2 储能技术在甘肃电网中规模化应用仿真分析92
5.2.3 投资及效益估算101
5.2.4 小结102
5.3 储能在青海电网中规模化应用研究103
5.3.1 青海电网存在的问题103
5.3.2 储能技术在青海电网中规模化应用仿真分析104
5.3.3 投资及效益估算108
5.3.4 小结109
5.4 储能技术在电网中的应用分析总结110
5.4.1 储能在新疆电网中规模化应用研究110
5.4.2 储能在甘肃电网中规模化应用研究111
5.4.3 储能在青海电网中规模化应用研究111
第6章 西北电网中建议部署的规模化储能示范工程113
6.1 储能系统在西北地区应用场景分析113
6.2 建议部署的示范工程113
6.2.1 大规模储能集群提升西北可再生能源基地外送能力工程113
6.2.2 百兆瓦级储能电站协调西北特高压通道能源输送工程114
6.2.3 广域布局分布式储能提升西北网源—网—荷协调响应能力工程115
6.2.4 大规模储能统一协调控制提升西北电网辅助服务能力工程115
6.2.5 储能电站融合新能源发电的虚拟同步发电机技术示范116
第7章 结论及建议117
7.1 结论117
7.2 建议118
参考文献123

前 言储能即能量存储，是指通过一种介质或者设备，把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。根据国际能源署的研究，为满足新能源消纳需求，预测美国、欧洲、中国和印度到2050年将需要增加310 GW并网电力储存能力。麦肯锡的研究则认为到2025年储能技术将具有颠覆性作用，并对经济产生显著影响。世界许多国际组织和国家把发展储能作为缓解能源供应矛盾、应对气候变化的重要措施，并制定了发展战略，提出了2030年、2050年明确的发展目标和相应的激励政策。近年来，中国新能源建设进入了快速发展阶段，但中国新能源资源富集区远离负荷中心，当地电网无法全部消纳。为了应对新能源发电快速发展给电网安全运行带来的挑战，可以通过大规模储能系统为电网提供灵活可靠的调度资源，改善新能源发电的间歇性和波动性，提高电网调峰调频能力，实现电网安全、稳定和经济运行。
本书针对储能的国内外发展现状、制约因素、规模化应用技术路线和商业模式进行了研究，主要内容如下：①总结了国内外储能的应用现状、装机容量、各类储能的装机占比及近年来储能的增长趋势，对各类型储能的原理和研究现状及其在电力系统应用领域的适应性进行了分析，并对国内外储能市场和政策环境进行了研究（相关数据截止时间为2017年底）；②分析了储能规模化推广亟需解决的关键技术，包括制约储能产业发展的技术因素、成本价格及政策补贴因素，对现有储能类型的成本进行了对比分析，得出各类储能到2020年的大概成本；③研究了各类储能未来发展的路线图，对2020年、2030年储能技术的发展趋势、应用情况进行了展望，并总结了国内外与储能相关的标准；④研究了国内外现有的分布式光储、电力服务、电动汽车和动力电池梯次利用的商业模式，给出了中国储能规模化应用的政策建议；⑤对储能系统在西北电网中规模化应用的前景进行了展望，并给出了西北电网中相应储能示范工程的部署建议。
本书共分为7章。
第1章调研了物理储能、电化学储能、储冷（热）和储氢等各类型储能的技术参数，对比分析了各类型储能技术成熟度，结合储能技术特性，研究了各类型储能技术在大规模新能源发电、微电网、分布式光储和调峰调频辅助服务等领域的适用性。该部分内容由刘超群、靳文涛、牛萌和吕洪章撰写整理。
第2章分别对规模化储能系统的多点布局、类型选择和容量优化配置技术，核心装备制造技术，储能站群的动态功率与能量管理技术，多运行目标下储能系统广域调度技术以及规模化储能工程化应用技术进行了归纳梳理。该部分内容由李建林和徐少华撰写整理。
第3章研究了储能参与可再生能源发电从本地应用向系统级应用、从单一功能走向多元化以及从功能性示范到需求导向型应用的发展路线，并根据当前电力体制改革发展方向，提出了储能应用趋势和应用技术发展路线图，同时基于储能不同应用领域及其关键应用技术，研究了储能应用技术标准化体系。该部分内容由胡娟、李海峰、庞博和吕洪章撰写整理。
第4章调研了国内外储能运行模式和商业模式研究现状，针对国内外典型商业模式的差异化，提出了储能规模化推广的商业模式；研究了在电力体制改革趋势下，能源供应模式和商业运行模式可能产生的变革；对储能市场化应用的敏感性因素进行了分析，提出了储能技术发展对外界政策和市场环境的需求。该部分内容由程伟、杜笑天和侯小贺撰写整理。
第5章介绍了新疆、甘肃和青海电网的可再生能源应用现状，提出了储能系统参与系统调频调压、降低弃风弃光率的应用模式。基于实际电网情况对储能系统提高电网安全稳定运行进行仿真分析，并给出了具体的储能系统配置方案及投资效益。该部分内容由杨水丽撰写整理。
第6章分别对大规模储能集群提升西北可再生能源基地外送能力工程示范、百兆瓦级储能电站协调西北特高压通道能源输送工程示范、广域布局分布式储能提升西北网源—网—荷协调响应能力的工程示范、多布点大规模储能统一协调控制研究及提升西北电网辅助服务能力工程示范及储能电站融合新能源发电的虚拟同步发电机技术及示范提出部署建议。该部分内容由李章溢撰写整理。
第7章在上述研究分析的基础上，对全书进行了总结，并给出了推进储能产业发展的相关政策建议。
本书得到了国家重点研发计划“10 MW级液流电池储能技术（2017YFB0903504）”、国家电网公司项目“分布式储能装置及用户侧优化配置关键技术研究与示范（DG71—17—003）”、山西省科技厅项目“10 MW级锂电池储能系统关键技术及工程示范（201603D112001）”和中国电科院创新基金“用户侧分布式储能系统聚合控制策略研究（DG83—18—005）”的资助，深表谢意。同时，感谢国网新疆电力公司经济技术研究院宋新甫、国网青海省电力公司李绚绚以及甘肃省电力科学研究院王定美等相关同志的积极参与和配合。
编写本书的初衷是否果如所求，有待通过实践验证。限于作者水平，书中疏漏之处在所难免，尚祈读者不吝赐教。