新闻

中国科学院电工研究所 郭文勇肖立业等:超导储

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-11 14:18 点击数:

  可再生能源的迅猛发展给电网的安全性和稳定性带来越来越严峻的挑战,而储能系统是提高电网安全性和稳定性的有效途径,储能技术应用于可再生能源发电,可以通过能量的快速充放来频繁地响应输出功率的波动,减轻对电网的负面影响;可以提高可再生能源电网的频率稳定性,参与电网的二次调频;可以在可再生能源限电时存储电能,负荷高峰时向电网放电,提高可再生能源的消纳水平;可以提高含可再生能源电网的可调度性,优化电网的运行;可以抑制电力系统的振荡,提高电网的稳定性。

  在各种储能方式中,超导储能系统 (superconducting magnetic energy storage system, SMES)具有效率高、功率密度高、响应速度快、循环次数无限等优点,有望在可再生能源领域发挥重要作用。SMES的优点取决于其基本原理:SMES将能量以电磁能的形式存储在由超导带材绕制的超导磁体中,并在需要的时候通过功率调节系统释放出来。超导带材零电阻的特性决定了SMES具有效率高的优点;超导带材电流密度高的特点决定了SMES具有高功率密度的优点;其以电磁能直接存储能量的形式决定了SMES无需能量转换的环节,具有响应速度快的优点;而SMES在运行过程中,无任何电化学反应和机械磨损的特点决定了其具有循环次数无限的优点。

  用SMES解决可再生能源的波动问题有两种思路:一种是直接平滑可再生能源的功率波动,以减轻功率波动对电网的影响;另外一种是以稳定电网的频率控制为目标,通过SMES发出有功功率的阻尼作用,抑制电网的频率波动。

  具体实现方法方式有:①直接用来平抑可再生能源功率波动;②与电池储能相结合,构成混合型储能系统后用于平抑波动功率;③与氢储能深度融合,构成融合型储能系统后应用于可再生能源发电。

  新能源发电不稳定性和与电网的弱连接特性给电网的稳定性带来巨大的挑战。而SMES具有快速功率响应的特性,可以快速地补充电网和负载之间的不平衡功率,从而治理暂态功率失衡引起的稳定性问题,其应用主要包括:①提高含可再生能源电网暂态故障后的恢复能力;②平衡孤岛模式切换后微网内负荷和电源之间的功率差,稳定微网的电压和频率。

  利用SMES快响应和大电感的特性可以在故障状态下提高双馈感应发电机(doubly fed induction generator, DFIG) 故障穿越能力,主要包括以下三种方式:①并联稳压,将SMES与DFIG并联连接,通过注入电流作用在电网的阻抗上形成补偿电压,从而抬升或者降低电网电压,以尽可能将电网电压恢复到额定值;②串联稳压控制的方式,通过串联变流器输出与电网突变幅值相同、相位相反的电压,从而保持机端电压稳定,进而维持DFIG正常运行;③采用串联限流的方式,将超导磁体同时用于故障限流和储能,形成超导限流—储能系统(superconducting fault current limiter-magnetic energy storage system, SFCL-MES),在故障状态下,通过将SMES的超导磁体串入DFIG和电网之间,限制DFIG的定转子过电流和过转矩。

  将SMES与其他超导电力装置,可以实现单一超导电力装置无法实现的功能,从而为电网和电力装置提供更为全面的保护和支持。在与超导限流器相结合方面,可以利用超导限流器限制故障电流,减轻电网电压暂降,抑制功率波动;而SMES在此基础上通过向电网注入有功和无功功率,进一步改善电压质量,平滑功率波动,从而提高的整体效能。

  SMES不论从功率还是从储能量来说均不存在发展的技术瓶颈。现有SMES功率已达10 MW,储能量已达100 MJ。而正在研发的核聚变超导磁体,供电电源已达100 MW级,储能量已达10 MW·h级。因此,目前发展100 MW/1 GJ的SMES已存在技术上的可行性,如果能够得到企业和政府的支持,SMES技术和相关产业有可能得到突破性的发展。

  目前SMES单位功率成本比抽水蓄能低50%~60%,而单位储能量的成本远高于抽水蓄能和电池储能,因此SMES比较适合于分钟量级以下的应用场合,在10 s以内暂态储能应用中,具有较高的性价比优势。SMES根据所用超导带材的不同分为低温和高温SMES。低温SMES所用低温带材成本比高温带材低2个数量级,性价比优势显著。但高温SMES的制冷效率比低温SMES高两个数量级,更适合应用于需要高频充放电的场合。

  图2是该系统并网运行时有功平滑的效果。图中从下到下依次是超导磁体电流、SFCL-MES发出的有功功率、DFIG发出的有功功率和平滑后的有功功率。从图中可以看出,通过SFCL-MES的有功补偿,平滑后有功功率波动的幅值和频率都大为降低。而超导磁体电流在此过程中存在一定的波动,这是由超导磁体能量缓存的作用形成的。

  图3是三相短路限流测试结果。限流实验中,短路阻抗值为10 Ω,未加入故障限流的短路电流的幅值经计算约为800 A,在故障限流之后为约80 A,故障限流效果明显。

  从目前SMES在可再生能源应用方面的研究来看,这些研究均与可再生能源的两个特质:功率输出不稳定和并网可靠性低两个问题紧密结合,并有效利用了SMES自身高功率密度、快相应速度和大电感等特性,对于两者的发展都能起到积极的推动作用。SMES虽然在可再生能源领域具有重要的应用价值,但是目前还未达到商业化应用的水平。要实现SMES在可再生能源领域的商业应用,除了超导带材制造工艺有待提高,制造成本亟需降低外,SMES系统自身尚需要突破如下核心关键技术:①高效率、宽功率运行范围大功率变流技术;②大容量高温超导磁体技术;③低温高压绝缘技术;④SMES在线监测与优化控制技术;⑤高效制冷技术。

  随着可再生能源发电成本的不断降低,可再生能源也朝着规模化、大容量化的方向发展。而SMES与其他储能方式相比,其突出的优点是单位功率的造价低、功率密度高、单机可以做到100 MW的功率水平,特别适用于解决未来大规模可再生能源并网发电的暂态稳定性问题。SMES在该领域的应用和推广,对于可再生能源的持续健康发展和超导电力技术的商业化都具有重要意义,是SMES未来的一个主要发展方向。

  荐:发原创得奖金,“原创奖励计划”来了!一日之计在于晨,有奖征文邀你分享!

  4.将“商户单号”填入下方输入框,点击“恢复VIP特权”,等待系统校验完成即可。

  4.将“商家订单号”填入下方输入框,点击“恢复VIP特权”,等待系统校验完成即可。


易发棋牌最新网站

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

易发棋牌最新网站