火电厂灵活性改造背景下储能技术应用现状与发展

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.03.009

综合智慧能源 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (3): 66-73.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.03.009

火电厂灵活性改造背景下储能技术应用现状与发展

李琦¹(), 王放放², 杨鹏威¹, 赵光金², 刘晓娜¹, 马双忱¹^,^*()

1.华北电力大学环境科学与工程系，河北保定 071003
2.国网河南省电力公司电力科学研究院，郑州 450052

收稿日期:2022-12-21 修回日期:2023-02-17 出版日期:2023-03-25 发布日期:2023-03-30
通讯作者: 马双忱（1968），男，教授，博士生导师，博士，从事燃煤电厂污染控制和电厂化学等方面的研究，msc1225@163.com
作者简介:李琦（1999），男，在读硕士研究生，从事电化学制氨和氨储能方面的研究，3181592726@qq.com
基金资助:
国网河南省电力公司电力科学研究院科技项目(52170222000Q)

Application status and development of energy storage technology in the context of flexibility transformation of thermal power plants

LI Qi¹(), WANG Fangfang², YANG Pengwei¹, ZHAO Guangjin², LIU Xiaona¹, MA Shuangchen¹^,^*()

1. Department of Environmental Science and Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China
2. Electric Power Research Institute， State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450052，China

Received:2022-12-21 Revised:2023-02-17 Online:2023-03-25 Published:2023-03-30
Supported by:
Science & Technology Project of Electric Power Research Institute，State Grid Henan Electric Power Company(52170222000Q)

摘要/Abstract

摘要：

新能源的发展冲击着以火电为主体的传统能源结构，然而新能源的波动性和随机性也限制了电网供电的稳定运行。因此储能技术和火电厂灵活性改造成为了维护电网稳定运行和平抑电网峰谷差的重要手段。就目前较为流行的几项储能技术进行了对比评估，创新性地提出了一种基于储氨的火电厂灵活性改造提升技术。该技术将储能和火电厂灵活性改造相结合，为电力企业未来发展提供了新思路。

关键词: 火电企业, 新能源, 储能技术, 灵活性改造, 双碳, 削峰填谷

Abstract:

The development of renewable energy is impacting the traditional energy mix with thermal power as its main body， but the fluctuation and randomness of renewable energy damage the stable operation of power grid. Therefore， energy storage technology and thermal power plant flexibility transformation have become the important means to maintain the stable operation of power grid and smooth the load curve. Four popular energy storage technologies are compared and evaluated， and a new thermal power plant flexibility transformation technology based on ammonia storage is proposed. This technology will be energy storage and thermal power plant flexibility transformation， is expected to become a new way for the future development of power enterprises.

Key words: thermal power enterprise, new energy, energy storage technology, flexibility transformation, dual carbon, peak shaving and valley filling

中图分类号:

TK02：TK019

李琦, 王放放, 杨鹏威, 赵光金, 刘晓娜, 马双忱. 火电厂灵活性改造背景下储能技术应用现状与发展[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(3): 66-73.

LI Qi, WANG Fangfang, YANG Pengwei, ZHAO Guangjin, LIU Xiaona, MA Shuangchen. Application status and development of energy storage technology in the context of flexibility transformation of thermal power plants[J]. Integrated Intelligent Energy, 2023, 45(3): 66-73.

图/表 8

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参考文献 29

[1]	赵国涛, 钱国明, 王盛, 等. “双碳”目标下火电企业绿色低碳转型的对策分析[J]. 华电技术, 2021, 43(10):11-21.
	ZHAO Guotao, QIAN Guoming, WANG Sheng, et al. Analysis on solution for green and low-carbon transformation of thermal power enterprises to achieve carbon peak and carbon neutrality[J]. Huadian Technology, 2021, 43(10): 11-21.
[2]	王成山, 于波, 肖峻, 等. 平滑可再生能源发电系统输出波动的储能系统容量优化方法[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(16):1-8.
	WANG Chengshan, YU Bo, XIAO Jun, et al. Sizing of energy storage systems for output smoothing of renewable energy systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(16):1-8.
[3]	AKINYELE D O, RAYUDU R K. Review of energy storage technologies for sustainable power networks[J]. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2014, 8:74-91. doi: 10.1016/j.seta.2014.07.004
[4]	CHEN H S, CONG T N, YANG W, et al. Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Progress in Natural Science, 2009, 19(3):291-312. doi: 10.1016/j.pnsc.2008.07.014
[5]	吴燕. 新型电力系统场景下抽水蓄能的应用探讨[J]. 电器工业, 2022,(6):61-64.
	WU Yan. Application of pumped storage in new electric power system[J]. China Electrical Equipment Industry, 2022,(6):61-64.
[6]	李世超, 胡国稳, 卓灵书. 绿水青山间崛起大国重器[N]. 浙江日报,2021-07-05(008).
[7]	DENHOLM P, KULCINSKI G L. Life cycle energy requirements and greenhouse gas emissions from large scale energy storage systems[J]. Energy Conversion and Management, 2004, 45(13/14):2153-2172. doi: 10.1016/j.enconman.2003.10.014
[8]	FERTIG E, APT J. Economics of Compressed air energy storage to integrate wind power:A case study in ERCOT[J]. Energy Policy, 2011, 39(5):2330-2342. doi: 10.1016/j.enpol.2011.01.049
[9]	梅生伟, 李瑞, 陈来军, 等. 先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(10):2893-2907,3140
	MEI Shengwei, LI Rui, CHEN Laijun, et al. Research Progress and prospect of advanced compressed air energy storage technology[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(10):2893-2907,3140
[10]	童家麟, 洪庆, 吕洪坤, 等. 电源侧储能技术发展现状及应用前景综述[J]. 华电技术, 2021, 43(7): 17-23.
	TONG Jialin, HONG Qing, LYU Hongkun, et al. Development status and application prospect of power side energy storage technology[J]. Huadian Technology, 2021, 43(7): 17-23.
[11]	刘文军, 贾东强, 曾昊旻, 等. 飞轮储能系统的发展与工程应用现状[J]. 微特电机, 2021, 49(12):52-58.
	LIU Wenjun, JIA Dongqiang, ZENG Haomin, et al. Development and engineering application of flywheel energy storage system[J]. Small & Special Electrical Machines, 2021, 49(12):52-58.
[12]	王松岑, 来小康, 程时杰. 大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(1):3-8,30.
	WANG Songcen, LAI Xiaokang, CHENG Shijie. An analysis of prospects for application of large-scale energy storage technology in power systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(1):3-8,30.
[13]	饶宇飞, 司学振, 谷青发, 等. 储能技术发展趋势及技术现状分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020(10):7-15.
	RAO Yufei, SI Xuezhen, GU Qingfa, et al. Energy storage technology development trend and technology status analysis[J]. Electrical & Energy Management Technology, 2020(10):7-15.
[14]	缪平, 姚祯, LEMMON John, 等. 电池储能技术研究进展及展望[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3):670-678.
	MIAO Ping, YAO Zhen, LEMMON John, et al. Current situations and prospects of energy storage batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(3):670-678.
[15]	张纯江, 董杰, 刘君, 等. 蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略[J]. 电工技术学报, 2014, 29(4):334-340.
	ZHANG Chunjiang, DONG Jie, LIU Jun, et al. A control strategy for battery-ultracapacitor hybrid energy storage system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(4):334-340.
[16]	彭占磊, 杨之乐, 杨文强, 等. 电化学储能参与电力系统规划运行方法综述[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(6): 37-44. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.004
	PENG Zhanlei, YANG Zhile, YANG Wenqiang, et al. Review on planning and operation methods for power system with participation of electrochemical energy storage systems[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(6): 37-44. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.004
[17]	丁明, 陈忠, 苏建徽, 等. 可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(1):19-25,102.
	DING Ming, CHEN Zhong, SU Jianhui, et al. An overview of battery energy storage system for renewable energy generation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(1):19-25,102.
[18]	袁治章, 刘宗浩, 李先锋. 液流电池储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(9):2944-2958.
	YUAN Zhizhang, LIU Zonghao, LI Xianfeng. Research progress of flow battery technologies[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(9):2944-2958.
[19]	吴玉庭, 任楠, 马重芳. 熔融盐显热蓄热技术的研究与应用进展[J]. 储能科学与技术, 2013, 2(6):586-592.
	WU Yuting, REN Nan, MA Chongfang. Research and application of molten salts for sensible heat storage[J]. Energy Storage Science and Technology, 2013, 2(6):586-592.
[20]	新华社. 我国首个大型太阳能光热示范电站投运[EB/OL].(2018-10-10)[2022-12-01]. http://www.gov.cn/xinwen/2018-10/10/content_5329291.htm.
[21]	浙江在线. 全国首个海岛“绿氢”示范工程正式投运[EB/OL].(2018-10-10)[2022-12-01]. http://www.gov.cn/xinwen/2018-10/10/content_5329291.htm. .
[22]	曹军文, 覃祥富, 耿嘎, 等. 氢气储运技术的发展现状与展望[J]. 石油学报(石油加工), 2021, 37(6):1461-1478.
	CAO Junwen, QIN Xiangfu, GENG Ga, et al. Current status and prospects of hydrogen storage and transportation technology[J]. Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2021, 37(6):1461-1478.
[23]	侯玉婷, 李晓博, 刘畅, 等. 火电机组灵活性改造形势及技术应用[J]. 热力发电, 2018, 47(5):8-13.
	HOU Yuting, LI Xiaobo, LIU Chang, et al. Flexibility reform situation and technical application of thermal power units[J]. Thermal Power Generation, 2018, 47(5):8-13.
[24]	许焕焕, 葛一, 李强, 等. 氨燃料及应用技术研究进展[J]. 东北电力大学学报, 2022, 42(2):1-13.
	XU Huanhuan, GE Yi, LI Qiang, et al. Research progress of ammonia fuel and application technology[J]. Journal of Northeast Electric Power University, 2022, 42(2):1-13.
[25]	LI Q L, FANG C, YANG Z H, et al. Modulating the oxidation state of titanium via dual anions substitution for efficient N₂ electroreduction[J]. Small, 2022, 18(25): 2201343.
[26]	QI H, YANG J, LIU F, et al. Highly selective and robust single-atom catalyst Ru1/NC for reductive amination of aldehydes/ketones[J]. Nature Communications, 2021, 12(1):3295-3295. doi: 10.1038/s41467-021-23429-w
[27]	FU X, PEDERSEN J B, ZHOU Y, et al. Continuous-flow electrosynthesis of ammonia by nitrogen reduction and hydrogen oxidation[J]. Science, 2023, 6633(379):707-712.
[28]	LESMANA L, ZHANG Z, LI X, et al. NH₃ as a transport fuel in internal combustion engines:A technical review[J]. Journal of Energy Resources Technology, 2019, 141(7):070703. doi: 10.1115/1.4042915
[29]	杨于驰, 张媛. 储能电池技术发展研究浅析[J]. 东方电气评论, 2022, 36(3):1-4.
	YANG Yuchi, ZHANG Yuan. Latest technological developments of energy storage batteries[J]. Dongfang Electric Review, 2022, 36(3):1-4.

项目	储能容量	电池类型	投运时间
北京石景山电厂	2 MW/0.5 MW·h	磷酸铁锂	2014年
山西阳光电厂	9 MW/ 4.5 MW·h	三元锂	2017年
内蒙古上都电厂	18 MW/ 9.0 MW·h	磷酸铁锂	2018年
广东海丰电厂	30 MW/15.0 MW·h	磷酸铁锂	2019年
湖南桥口电厂	18 MW/9.0 MW·h	磷酸铁锂	2020年
华电滕州公司	101 MW/202.0 MW·h	磷酸铁锂、液流电池	2021年

储能技术	能量密度/（W·h·kg^-1）	额定功率/MW	能量转化效率/%	响应时间(级别)	储能周期(级别)
抽水蓄能	0.5~15.0	100.0~5 000.0	71~80	小时	数小时至数月
压缩空气储能	30.0~60.0	5.0~300.0	45~60	小时	数小时至数月
飞轮储能	10.0~30.0	0~1.5	86~94	毫秒至分钟	数秒至数分钟
电化学储能	2.0~15.0	0~8.0	70~90	秒至小时	数分钟至数天
蓄热储能	80.0~200.0	0~60.0	—	小时	数分钟至数月
氢/氨储能	350.0/45.0	0~6.0	<50	小时	数小时至数月

储能技术	使用寿命/a	经济成本/（元·kW^-1）	安全与环境问题
抽水蓄能	30~60	5 000~6 000	受地形和气候影响较大，主要问题是在水资源较少的西部地区补给水不好解决和平原地区难以实现
压缩空气储能	20~40	9 000	受到地形的影响，需要地下的储气空间；若使用罐装又会增加成本，空气成分复杂，在绝热压缩过程中存在安全隐患
飞轮储能	≤15	2 000~3 000	稳定性高，对环境无污染
电化学储能	5~15	2 000~4 000	电池的化学成分对环境污染严重，环境与安全问题是首先要解决的关键
蓄热储能	5~15	400~800	熔融盐等在替换后需要集中处理；放热过程不会对环境造成污染，稳定性较高，安全性可以保障
氢/氨储能	催化剂易中毒，设备寿命不高	20 000	无污染，安全性仍较难保证

项目	氨气	氢气
密度/（g·cm^-3）	0.60	0.071
沸点/℃	-33	-253
储存方式	加压罐	金属氢化物
能量密度/(GJ·m^-3）	13.6	3.6
单位能量成本/（美元·GJ^-1）	13.3	35.2
最大火焰速度/（m·s^-1）	0.07	2.90
最小点火能/mJ	8.00	0.02
辛烷值(RON)	>111	≥120

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Application status and development of energy storage technology in the context of flexibility transformation of thermal power plants

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[1]	李华, 陆明璇, 佟永吉, 仲崇飞. 态势感知技术在新型电力系统运行中的应用[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(3): 24-33.
[2]	马志程, 李维俊, 周强, 王定美, 吕清泉, 董海鹰. 含光热电站的风光联合发电系统互补效益评估[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(2): 1-9.
[3]	曾慧, 杜源, 李涛, 薛屹洵, 孙开元, 夏天, 孙宏斌. 考虑碳交易与绿证交易的电-热耦合园区低碳规划[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(2): 22-29.
[4]	张金平, 周强, 王定美, 李津, 刘丽娟. 太阳能光热发电技术及其发展综述[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(2): 44-52.
[5]	魏妍萍, 王军, 李南帆, 师长立. 基于Markov链的园区随机功率多场景预测模型[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(1): 14-22.
[6]	郑真, 朱峰, 马小丽, 田书欣, 姜皓喆. 基于TL-LSTM的新能源功率短期预测[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(1): 41-48.
[7]	赵鑫, 钱本华, 王睿, 柳虎, 翟硕, 赵梓亦. 电化学储能参与电网安全稳定控制的研究综述[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(1): 58-66.
[8]	董伟杰, 崔全胜, 郝澜欣, 王义龙, 刘国琳. 居民小区电动汽车有序充电策略研究[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(1): 82-87.
[9]	李彬, 胡纯瑾, 王婧. 基于EEMD-BiLSTM的可调节负荷预测方法[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 33-39.
[10]	余果, 吴军, 夏热, 陈逸珲, 郭子辉, 黄文鑫. 构网型变流器技术的发展现状与趋势研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 65-70.
[11]	唐琦雯, 沈琪, 祝俊, 苏宜靖. 浙江调频辅助服务市场机制设计及运营实践[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 71-77.
[12]	高圆, 李智, 李甲鸿, 高九涛, 李成新, 李长久. 金属支撑固体氧化物燃料电池技术进展[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(8): 1-24.
[13]	陈晗钰, 周晓亮, 刘立敏, 钱欣源, 王宙, 何非凡, 绳阳. 质子导体固体电解池电解水制氢研究进展[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(8): 75-85.
[14]	张荣权, 李刚强, 卜思齐, 刘芳, 朱玉祥. 基于自适应学习率萤火虫算法的多能源系统联合优化调度[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 49-57.
[15]	路尧, 顾晓希, 尹硕, 陈兴, 金曼. 考虑断面负载率的县域内部新能源电力自平衡交易调度策略研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(7): 66-72.