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深度报告 | 《全球工程前沿2018》:电力与能源技术领域

2018-12-21 09:58来源:《全球工程前沿2018》关键词:微电网智能输配电储能技术收藏点赞

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• 先进储能技术

截至2017 年年底,全球已投运储能项目累计 装机规模达 175.4 GW,同比增长 4%。其中抽水储 能的累计装机规模依旧占据最大比重,为96%, 但较上一年下降 1 个百分点;电化学储能的累计装 机规模紧随其后,规模为2926.6 MW,同比增长 45%,占比1.7%,较上一年增长0.5 个百分点。在 各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计装机占 比最大,超过 75%。 2017 年,全球新增投运化学储能项目装机规 模为914.1 MW,同比增长23%。新增规划、在建的电化学储能项目装机规模为 3063.7 MW,预计短 期内全球电化学储能装机规模还将保持高速增长。 截至2017 年年底,我国已投运储能项目累计 装机规模为28.9 GW,同比增长19%。2017 年中 国储能市场新增投运储能项目总规模为121 MW, 涉及集中式可再生能源并网、辅助服务、用户侧三 个领域。其中在集中式可再生能源并网领域,2017 年储能项目开始在技术示范应用的基础上寻求商业 化突破。以青海直流侧光伏储能示范项目、吉林风 电场热电混合储能项目为代表。光储领域加快商业 化进程,电储能与储热的综合应用成为解决电力系 统调峰和可再生能源消纳的新探索方向。新能源快速发展带来的电力系统灵活性和消纳问题,暴露了 传统电力运行和调度机制存在的瓶颈,也进一步提 高了储能在集中式可再生能源并网领域的应用价值 和发展潜力。 目前大规模储能技术中只有抽水储能技术相对 成熟,但由于受地理因素制约,其广泛使用受到制 约。而其他储能方式还处于实验示范阶段或者初期 研究阶段,储能装置的可靠性、使用寿命、制造成 本以及应用能力等方面还有待突破。总体来看,我 国储能技术研究尚处于发展初步阶段,还不适于在 电网全面推广应用,同时还存在着诸如研发体系不 健全、经济性收益有待提高、缺乏运行数据支撑等 一系列问题。目前储能技术研究的关键技术领域主 要分布在以下几个方面。 在储能系统规划方面,主要包括:①广域布局 的储能系统与常规电源、新能源发电的协同调度方 法;百兆瓦级储能系统在新能源发电、输电和配电 等各环节中的规划布局方法。②新型技术与供电商 业模式下储能的选型配置方法、分布式储能系统的 汇聚效应及在电网中的运行模式和管理策略。③储能技术实现市场化应用的政策和制度需求,包括促进储能发展的电价机制、市场准入制度及电力市场 机制;研究多种类电力市场交易下储能与其他能源 的协调运作机制等。

在储能设备研究方面,主要关键技术方向包括: ①针对现有体系下锂离子、铅炭、液流等储能电池 的关键材料改性、低成本化制备、能量密度提升和 产业化技术;基于离子液体、固态电解质的高安全 性电池材料体系和液流电池低成本高可靠膜制备技 术。②超级电容器多孔石墨烯电极、高耐压电解质 盐和电解液、纤维素隔膜等材料的研制。③空气压 缩机和膨胀机技术;高转化效率和低成本的储冷储 热和储气技术。④针对下一代储能技术,研究锂硫、 锂空气等新型高比能量电池技术;研制高效制氢及 氢发电装备,突破低成本、高效率和规模化储氢技 术;研发大容量高能量密度储热储冷技术装备,突 破热相变储能关键材料技术。 在储能系统集成及工程应用方面,主要关键技 术包括:①适用于百兆瓦级储能电站集成与控制技 术研究及工程示范。②包含储能电池组(BP)、 电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、中 央控制系统(MGCC)和能量管理系统(EMS)的 电池储能系统架构;规模化梯次利用电池的重组、 集成和热疏导等安全管理技术。③基于新型器件、 拓扑及控制方法的储能变流器研制;储能变流器的 控制、储能电池管理、以及系统能量监控与调度系 统。④储氢系统、相变储能和飞轮储能的系统集成 和工程应用技术;海水抽水蓄能和深冷储能系统集 成与试验技术等。 物理储能依旧占据主导部分。根据国家 “十三五”水电规划,到2020 年年底,我国抽水 蓄能的累计装机量为40 GW。截至2017 年年底, 抽水蓄能在运规模为 28.49 GW,在建规模为38.71 GW,预计到 2020 年将完成规模目标。 电化学储能将保持稳定增长。电动汽车等高密 度分布式储能系统将使电网形态发生根本改变,随 着新能源汽车得到规模化的推广和应用,电池系统 的性能和成本逐渐成为影响行业快速发展的主要瓶 颈问题。未来电化学储能将围绕高能量密度、低成 本、高安全性、长寿命的电池系统作为发展目标。

储能技术与可再生能源系统深度融合。储能技 术能够实现可再生能源平滑功率波动、削峰平谷、 调频调压,是满足可再生能源大规模接入电网的重 要手段。随着智能微电网与能源互联网的发展,市 场对灵活性的电力调峰资源和促进可再生能源并网 的需求将越发迫切,储能技术在该领域有着广阔的 发展前景。 (3)重点研究国家/ 地区和机构以及之间的 对比及合作情况分析 根据表1.2.5 可知,该研究方向的核心论文产 出数量最多的国家是美国、中国、伊朗、印度。其 中,美国、中国占据前两位,核心论文比例分别为 26.78% 和 19.51%,印度和伊朗的核心论文比例均 超过 6%。 由表1.2.6 可知,该研究方向的核心论文产 出数量最多的机构分别是MIT、Imperial Coll Sci Technol & Med、Univ Malaya、Chinese Acad Sci、 Huazhong Univ Sci & Technol,核心论文产出数均 超过 10 篇。 根据图1.2.3 可知,较为注重该领域国家或地 区间合作的有中国、美国、澳大利亚、英国、德国。 中国的发表论文数量较多,主要是与美国、澳大利 亚和英国进行合作发表。 根据图 1.2.4 可知,Imperial Coll Sci Technol & Med 和 Univ Malaya 有合作。 表 1.2.7 中,施引核心论文数产出最多的国家 为中国,施引论文比例为33.96%,美国将近达到 20%;印度、英国、伊朗、西班牙、澳大利亚、德 国和意大利的施引核心论文比例均超过 5%。 表 1.2.8 中,施引核心论文产出最多的机构是 Chinese Acad Sci, 比例达到将近25%。Tsinghua Univ 和 North China Elect Power Univ 的施引核心论 文比例均超过 10%。 通过以上数据分析可知,美国和中国在可再生 发电的核心论文产出及施引数量处在世界前列,中 国内地机构的施引核心论文数量较多。

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