新型储能投资机会及储能电站收益分析报告.pptx

新型 储 能投 资 机会漫 谈 及独立 储 能 电 站 收益 分 析 “ 碳中和 ” 的 储 能定位 “ 碳中和 ” 大背景 为实现 双碳目 标 ，未来新增 电 源将以 风电 、光伏等新能源 为 主， 预计 2030年前后 ，新能源 发电 装机将达到 16- 17亿 千瓦，届 时 将取代煤 电 成 为 我国装机 规 模最大的 电 源； 预计 2050年前，新能源装机 规 模将超 过 40亿 千瓦， 发电 量 占 比 接近 50%。 新能源 , 26% 2020年 21.6亿 千 瓦 新能源 , 48% 2030年 40亿 千 瓦 新能源 , 69% 2050年 62亿 千 瓦 新能源 , 78% 2060年 69亿 千 瓦 新能源 , 9% 2020年 7.6万 亿 千瓦 时 新能源 , 29% 2030年 11.5万 亿 千瓦 时 新能源 , 49% 2050年 15.6万 亿 千瓦 时 新能源 , 59% 2060年 16万 亿 千瓦 时 装机 结 构 发电 量 结 构 储 能必要性 —时 间 随着新能源比重提高、常 规 火 电 机 组 比重下降，系 统 整体 转动惯 量降低，新型 电 力 电 子 设备应 用比例大幅提升 ，极 大地改 变 了 传统电 力系 统 的运行 规 律和特性， 电 力系 统 安全 稳 定运行挑 战 日益 严 峻。 英国大停 电 ： 2019年 8月 9日，天然气 发电 厂 故 障 后引 发 电 网 频 率波 动 ， 造 成海上 风电连锁 脱网事故 ， 引 发严 重 频 率 问题 ， 导 致 英格 兰 及威 尔 士 发 生了 大 面 积 停 电 。 储 能必要性 —空 间 未来新能源 +储 能 应 用 场 景将更加广泛，包括利用 “ 风 光水火 储 ” 一体化模式支撑高比例新能源基地外送、建 设 系 统 友好型新能源 电 站、构建分布式供能系 统 促 进 分布式新能源就近消 纳 等，新能源的开 发 与 储 能 结 合将越来越 紧 密 。 系 统 友好型新能源 电 站 省 级电 网 调 度中心 电 站智慧 联 合 调 控中心 风 光 储单 元 支撑高比例新能源基地外 送 储 能技 术 路 线 概 述 氢 储 能 物理 电 化学 储 能 储 能 抽水蓄 能 锂 离子 电 池 压缩 空气 储 能 碳 铅电 池 飞轮储 能 液流 电 池 钠 流 电 池 电 磁 储 能 超 级电 容 超 导 储 能 相 变 储 能 熔融 盐储 热 高温相 变储 热 物理 储 能 ●技 术 成 熟 ●成本最 低 ●使用 规 模最 大 ●建 设 周期 短 ●调节 灵 活 ●运行效率 高 ●技 术 路 线 多 元 ●应 用范 围 广 电 化学 储 能 储 能技 术现 状 电 化学 储 能 ●具有布置灵活、快速 响 应 、功率和能量密 度 高等特点 ； ●锂电 池系 统 循 环 寿命 约 8000次，度 电 使 用 成本 0.5-0.6元 。 压缩 空气 储 能 ●属于一种新 兴 的 储 能 形式，在国内尚无大面 积 推广 ； ●西北院 负责 的 鲁 能青 海格 尔 木 压缩 空气 储 能 项 目，含税上网 电 价 为 700元 /MWh； ● 未来 总 体造价将下 降 10～ 20%，下降空 间 有限 ； 储 热 技 术●主要有熔融 盐储热 技 术 和高温相 变储热 技 术 ； ●熔融 盐储热 技 术 的主 要 优 点是 规 模大 ； ●高温相 变储热 技 术 具 有能量密度高、系 统 体 积 小、 储热 和 释热 温度 基本恒定、成本 低、寿 命 长 等 优 点 。 氢 储 能 ●适用于大 规 模 储 能和 长 周期能量 调节 ； ●是 实现电 、气、交通 等多 类 型能源互 联 的 关 键 ； ●在国内， 氢储 能技 术 目前 还处 于示范 应 用 阶 段 。 ●目前技 术 最成熟、 应 用最广泛的能量型 储 能 技 术 ； ● 具有 规 模大、寿命 长 、运行 费 用低等 优 点 ； ●建 设 周期 较长 ，需要 适宜的地理 资 源条件 ； ●度 电 使用成本 0.1元 左右，度 电 成本最 低 抽水 蓄能 未来需求与布 局 ●非化石能源消 费 比 重： 约 16% ● 我国全社会用 电 量 ： 7.5万 亿 千瓦 时 ● 抽蓄装机： 3179万 千 瓦 ● 新型 储 能装机： 约 340万 千 瓦 2020 ●非化石能源消 费 比 重： 需达到 20%以 上 ● 我国全社会用 电 量 ： 预计 将达到 9.5～ 9.8万 亿 千瓦 时 ● 抽蓄装机： 6200万 千 瓦 ● 新型 储 能装机 ： 3000～ 5000万 千 瓦 2025 ●非化石能源消 费 比 重： 需达到 25%以 上 ● 我国全社会用 电 量 ： 将超 过 11万 亿 千 瓦 时 ●抽蓄装机： 1.2亿 千 瓦 ● 新型 储 能装机 ： 1.5 亿 千 瓦 2030 ●“ 十四五 ” 期 间 ，在 西部新能源富集地区 ， 布局 电 源 侧 新型 储 能，重点布局在内蒙古、新 疆、青海、甘 肃 、四川、云南等区域 ； ●在 中 东 部 负 荷中心地区 ，以源网荷 储 模式布 局一批 电 网 侧 和用 户侧 新型 储 能，重点布局在 京津冀、 长 三角、粤港澳大湾区等区域 ； ●在 西藏、青海等地区 结 合分布式新能源将布 局一批新型 储 能，重点解决独立供 电问题 。 ●今后， 储 能将作 为 独立市 场 主体参与 辅 助服 务 市 场 ，探索建 设 共享 储 能 。 储 能布局 预 测 抽水蓄能 10 “ 十二五 ” 、 “ 十三五 ” 期 间 中国抽蓄的主要政 策 新 疆 西 藏 青 海 甘 肃 内 蒙 古 四 川 云 南 广 西 广 东 湖 南 江 西 湖 北 河陕 西 山 西 河 北 山 安 徽 福 建 浙 江 江 苏 黑 龙 江 吉 林 辽 宁 台 湾 北 京 天 津 重 庆 上 海 宁 夏 贵 州 荒沟蓄能（ 120） 单 位：万千 瓦 敦化蓄能（ 140） 蛟河蓄能（ 120） 清原蓄能（ 180） 芝瑞蓄能（ 120） 丰宁二期（ 180）抚 宁蓄能（ 120） 易 县 蓄能（ 120） 文登蓄能（ 180）沂蒙蓄能（ 0）12 潍 坊蓄能（ 120） 镇 安蓄能 （140） 阜康蓄 能（ 120） 哈密天山蓄能（ 120） 南阳 天 东 池蓄能（ 120南 ） 洛宁抽 蓄（ 140） 五岳抽蓄（ 100） ） 句容抽蓄（ 135） 平江 蓄能（ 140） 长龙 山抽蓄（ 210 ） 绩 溪抽蓄（ 49 宁海抽蓄（ 140）缙 云抽蓄（ 90 ） 衢江抽蓄（ 30） 磐安抽蓄（ 30） 绩 溪抽蓄（ 99 ） 金寨抽蓄（ 120） 厦 门 蓄能 （140）永泰蓄能（ 120） 周宁 蓄能（ 120） 能（ 120） 梅州蓄能（ 阳江蓄 120） 中 长 期重点 实 施及 储备项 目分 布 “ 十四五 ” 储 能 发 展 规 模及布 局 抽水蓄能 发 展布 局 目前，在建抽水蓄能 电 站 总规 模 5500万千瓦， 约 60%分布在 华东 和 华 北。中 长 期，一 方 面将服 务 新能源大 规 模 发 展和 电 力外送需要， 加大在 “ 三北 ” 地区抽水蓄能布局；另一方 面， 结 合 负 荷中心 调 峰 及系 统 安全 稳 定运行需求，中 东 部重点在河北 、 山 东 、浙江 、 安徽、河南 、 湖南、湖北、广 东 和广西等地 区 布 局一批抽水蓄能 项 目 。 海 南 “ 十四五 ” 新增投 产 抽水蓄能布 局 5800 9600 15400 8650 6340 11400 10800 华 北 东 北 西北 西南 华 东 华 中 南方 “ 十四五 ” 储 能 发 展 规 模及布 局 北京密云小型抽水蓄能 电 站 黄河上游 龙 羊峡 电 站梯 级电 站 储 能 梯 级 电 站 储 能： 采用 “ 常 规 水 电 +梯 级储 能 泵 站 +新能 源 ” 三位一体的开 发 模式， 围 绕 水 电 站建 设 能源 调节 枢 纽 ， 提 高灵活 调节 能力 。 中小型抽水 蓄能： 一般指水 库总库 容 1亿 立方米以下 且 装机容量 30万千瓦以下的抽水蓄能 电 站 抽水蓄能技 术 路 线 推 动 700米及以上水 头 和 单 机容量 40万千瓦 级 抽水蓄能机 组实现 国 产 自主化。 因地制宜 发 展中小型抽水蓄能，开展小微型抽水蓄能技 术 与分布式 发电结 合研究。 探索推 进 梯 级 水 电 站 储 能，依托常 规 水 电 站增建混合式抽水蓄能，推 进 示范 项 目建 设 并适 时 推广。 压缩 空气 储 能 压缩 空气 储 能技 术 介 绍 压缩 空气 储 能 （ CAES） •压缩 空气 储 能系 统 是基于 燃气 轮 机技 术 发 展起来的一种能量存 储 系 统 。 燃气 轮 机系 统 CAES系 统 压缩 空气 储 能技 术 介 绍 非 补 燃式四 级 先 进绝热 CAES系 统 太阳能 补热 式 CAES系统 压缩 空气 储 能技 术 介 绍 德国 汉 特福商 业 化 压缩 空气 储 能 电 站 世界第一座 压缩 空气 储 能 电 站， 1978年投入商 业 运行，，目前仍在运行中。机 组 的 压缩 机功率 60MW， 释 能 输 出 功率 为 290MW， 系 统 将 压缩 空气存 储 在地下 600m的 废 弃 矿 洞中， 矿 洞 总 容 积 达 31万 m3， 压缩 空气的 压 力 最高 可达 10MPa。机 组 可 连续 充气 8h， 连续发电 2h。冷 态 启 动 至 满负 荷 约 需 6min， 在 25%负 荷 时 的 热 耗比 满负 荷高 211kJ，其排放量 仅 是同容量燃气 轮 机机 组 的 1/3，但燃 烧废 气直接排入大气。 该电 站在 1979-1991年期 间 共启 动 并网 5000多次，平均启 动 可靠性 97.6%， 平均可用率 86.3%， 容量系数平均 为 33.0%～ 46.9%。 压缩 空气 储 能技 术 介 绍 美国阿拉巴 马 商 业 化 压缩 空气 储 能 电 站 美国 Alabama州的 McIntosh压缩 空气 储 能 电 站，世界第二座 压缩 空气 储 能 电 站 ， 1991年投入商 业 运行。其 储 气 洞穴在地下 450m， 总 容 积为 56万 m3， 压缩 空气 储 气 压 力 为 7.5MPa。 该储 能 电 站 压缩 机 组 功率 为 50MW ， 发电 功率 为 110MW， 可以 实现连续 41h空气 压缩 和 26h发电 ，机 组 从启 动 到 满负 荷 约 需 9min。 该 机 组 增 加了回 热 器 用以吸收余 热 ，以提高系 统 效率。 该电 站由 Alabama州 电 力公司的能源控制中心 进 行 远 距离自 动 控 制。 1992年 储 能耗 电 46745MWh， 净发电 量 39255MWh。 飞轮储 能 飞轮储 能的基本构成与工作原 理  充 电 原理： 电 机工作在 电动 机状 态 ，外部 电 能 输 入， 驱动飞轮 高速旋 转 , 电 能 转换为动 能 储 存 AC DC  电动 机  电 能  动 能  飞 轮  动 能的主要存 储载 体  轴 承系 统  起支撑和保 护 的作 用  功率 变换 器  实现 直流和交流的双向 转 换  变频驱 动 飞轮储 能的基本构成与工作原 理  放 电 原理： 电 机工作在 发电 机状 态 ，利用 飞轮 高速旋 转 的 惯 性 带动转 子旋 转 ，通 过发电 机将 飞轮 存 储 的 动 能 转 换 成 电 能 输 出 AC DC  发电 机  动 能  电 能  飞 轮  动 能的主要存 储载 体  轴 承系 统  起支撑和保 护 的作 用  功率 变换 器  实现 直流和交流的双向 转 换  变频驱 动 飞轮储 能技 术 及 发 展 史  飞轮储 能公式： ， 储 能量与 飞轮 的 质 量成正比，与角速度（ 转 速）的平方成正比 第一代 低速 飞轮 （ 3000转 /分 钟 左右），同 轴 方式运行，体 积 大， 损 耗 大 第二代 机械 轴 承 /磁力卸 载 机械 轴 承中速 飞轮 （ 10000转 / 分 钟 左右）、 损 耗大， 轴 承使用寿命 短 第三代 全磁 悬 浮高速 飞轮 （ 30000转 /分 钟 左右） ， 能量密度高， 损 耗小，使用寿命 长 磁 悬 浮 轴 承 五 轴 主 动 控制 电 机定 子 电动 机 /发电 机双模 电 机 转 子 永磁材料飞轮 腔 体 内部真空 环 境 飞轮 本 体 动 能的主要存 储载 体 飞轮储 能的主要技 术对 比  轴 承技 术 ：机械 轴 承 VS 磁 轴 承 VS 磁 悬 浮 轴 承  飞轮 材料技 术 ：合金材 料 VS 复合材 料  应 用技 术 ：功率型 飞 轮 VS 能量型 飞 轮 飞轮储 能 产 品 风电 一次 调频应 用案 例  国家 电 网公司《 规 模化 风电 机 组调频 性能关 键 技 术 研究与 应 用 项 目》科技 项 目  部署地点：国家能源集 团 山西 龙 源 风 力 发电 有限公司右玉老千山 风电场  全国首个完成 35KV并网 试验 的兆瓦 级飞轮储 能系 统  全国首个 飞轮 +锂电 池混合 储 能示范 项 目 重力 储 能 新型抽水 储 能 新型抽水 储 能是 传统 抽水蓄能的 变 种， 虽 然同 样 需要 水来形成液位差，通 过 水 泵 /水 轮 机来 实现 充 放 电 ， 但是不需要修建上下两个水 库 ，占地面 积 大大减少。 目前研究可分 为 海水抽水蓄能、海 下 储 能系 统 和活塞 水 泵 系 统 。 基于构筑物高度差的重力 储 能 固体重物可以利用构筑物高度差来 进 行重力 储 能 。目前的研究主要有 储 能塔、支撑架、承重 墙 等 结 构 。 基于山体落差的重力 储 能 可以利用山体落差和固体重物的提升来 进 行重 力 储 能，相比人工构筑物 结 构更加 稳 定，承重能 力 更 强 。目前的研究主要 有 ARES 轨 道机 车结 构 、 MGES 缆车结 构、 绞盘 机 结 构、直 线电 机 结 构和 传 送 链结 构等 。 基于地下 竖 井的重力 储 能 苏 格 兰 Gravitricity公司提出了一种使用 废 弃 钻 井平台，利用 绞盘 吊 钻 机 进 行 储 能的机构 。 葛洲 坝 中科 储 能技 术 公司 2018年提 出了利用 废 弃 矿 井和 缆绳 提 升重物的方案，解决了 废 弃 矿 井 长 时间 不使用的 风险 和浪 费问题 ，也降低了重力 储 能系 统 的建 设 成本 。 综 合 储 能系 统 ：重力 势 能 储 能 还 可与其他 储 能系 统结 合形成一种 综 合式的 储 能 系 统 重力 储 能国内外研究 现 状根据重力 储 能的 储 能介 质 和落差 实现 路径的不同，本文将重力 储 能分 为 以下四 类 ：新型抽水 储 能、 基于构筑物高度差的重力 储 能、基于山体落差的重力 储 能和基于地下 竖 井的重力 储 能。 重力 储 能国内外研究 现 状 多种新型重力 势 能 储 能技 术对 比 液流 电 池 储 能 全 钒 液流 电 池原理 图 厂房布置 受用地限制， 结 合 储 能 电 站的容量。 车间 采用多 层 布 置 : 一 层 布置 电 解液罐， 二 层 布置 电 池 电 堆， 顶层设备 平台布置了 预 制 舱 式的 PCS 220kV配 电 装置及主 变压 器布置在一 层 厂房内 主要 设备 的布 置 电 解液 储 罐 预 制 舱 式 PCS 安全防 护 防火 • 钒 液流 电 站的火灾 风 险 • 变压 器火 灾 • 电线电缆 火 灾 • DC模 块 及 PCS等功率元件 火 灾 • 电 池本身火灾 风险 极 低 防爆 • 钒 液流 电 站的爆炸 风 险 • 电 池在充 电过 程中会 产 生少 量 氢 气 。 • 措 施 • 对氢 气 进 行 组织 排放 。 • 设 置 氢 气探 测 器， 实时检测 氢 气 浓 度异常 。 • 对储 能 车间进 行爆炸危 险 区 域 划 分 • 对处 于爆炸危 险 区内的 设备 选 择 防爆型 。 钒 液流 电 池 储 能 电 站的 设计 关注 点