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1、储能电池行业调研报告（共7篇） 动力储能-动力电池-锂电池 一、锂电池概述 锂电池通常分两大类： 锂金属电池：锂金属电池一般是用法二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、用法非水电解质溶液的电池。 锂离子电池：锂离子电池一般是用法锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、用法非水电解质的电池。 两者差异：虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复用法的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的力量，被作为主要的动力电池进展。 通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池（三元镍钴

2、锰） 二锂电池产业链结构 n 上游 （1） 正极材料（钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等） 简介：成本占30%，正极材料的性能挺直影响着锂离子电池的性能，其成本也挺直决定电池成本凹凸。 目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂（三元材料）以及磷酸铁锂。 钴酸锂：讨论始于1980 年，20 世纪90 年月开头进入市场。它属于-NaFeO2型层状岩盐结构，结构比较稳定，是一种特别成熟的正极材料产品，目前占据锂电池正极材料市场的主导地位。但由于其昂扬的价格和较差的抗过充电性，使其用法寿命较短，而且钴有放射性，不利于环保，因此进展受到限制。 镍酸锂：氧化镍锂的价格较钴

3、酸锂廉价，理论能量密度达276mAh/g，但制作难度大，且平安性和稳定性不佳。技术上采纳掺杂Co、Mn、Al、F 等元素来提高其性能。由于提高镍酸锂技术讨论需考察诸多参数，工作量大，目前的进展缓慢。 锰酸锂：锰资源丰富、价格廉价，而且平安性较高、易制备，成为锂离子电池较为抱负的正极材料。早先较常用的是尖晶石结构的LiMn2O4，工作电压较高，但理论容量不高，与电解质的相容性不佳，材料在电解质中会缓慢溶解。近年新进展起来层状结构的三价锰氧化物LiMn2O4，其理论容量为286mAh/g，实际容量已达200mAh/g 左右，在理论容量和实际容量上都比LiMn2O4 大幅度提高，但仍旧存在充放电过程

4、中结构不稳定，以及较高工作温度下的溶解问题。 钴镍锰酸锂：即现在常说的三元材料，它融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。但该种电池的材料之一钴是一种贵金属，价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴处于价格高位时，三元材料价格较钴酸锂低，具有较强的市场竞争力；但钴处于价格低位时，三元材料相较于钴酸锂的优势就大大减小。随着性能更加优异的磷酸铁锂的技术开发，三元材料大多被认为是磷酸铁锂未大规模生产前的过渡材料。 磷酸铁锂：在全部的正极材料中，LiFePO4 正极材料做成的锂离子电池在理论上是最廉价的。它的另一个特点是对环境无污染。此外，它在大电流放电率放电（510C

5、放电）、放电电压平稳性、平安性、寿命长等方面都比其它几类材料好，是最被看好的电流输出动力电池。目前A123 公司已能将磷酸铁锂正极材料制造成匀称的纳米级超小颗粒，使颗粒和总表面积剧增，进一步体高了磷酸铁锂电池的放电功率和稳定性。 生产厂家： 国外生产厂商：日亚化学、户旧工业、清美化学、田中化学、韩国L大连融科储能技术进展有限公司在钒液流电池方面有较强的技术积累。中国科学院上海硅酸盐讨论所、上海神力科技有限公司、中信国安盟固利动力科技有限公司等分别在钠硫电池、液流电池、锂离子电池方面开展了深化讨论与应用工作。集盛星泰（北京）科技有限公司、上海奥威科技开发有限公司等在超级电容器产业化方面有较强的技

6、术积累。清华高校、北京航空航天高校等在飞轮方面开展了长期讨论。中国科学院华北电力电工讨论所正在开展兆瓦级以上超导储能系统方面的讨论， 高校在超导材料电磁性能方面开展了一系列工作。 在储能技术示范应用方面，我国核工业西南物理讨论院80MW飞轮脉冲发电机组已运行多年；中国科学院工程热物理讨论所目前正开展兆瓦Advanced Materials Industry 60透 视INSIGHT级以上超临界液态压缩空气储能系统研发与工程示范工作；深圳比亚迪公司于2021年7月领先建成了我国第一座兆瓦级磷酸铁锂电池储能电站；中国电力科学讨论院自2021年下半年起在张北国家风电讨论检测中心电池储能试验室开展1M

7、W锂离子储能电池系统和0.5MW全钒液流储能电池系统与风电机组的联合运行试验。 2、重点省市储能领域产业布局 上海市将电力储能列为智能电网产业进展重点，拟加快进展钠硫电池等液流电池、磷酸铁锂等锂离子电池储能技术；深圳市出台了储能电站示范项目扶持方案，提出大力进展储能电站，核心内容包括储能材料、装备、电站建设及应用的技术研发与产业化；_省出台了_省智能电网产业进展专项规划纲要，将智能电网储能设备（空气压缩储能装置、飞轮设备、超级电容器等）列为核心研发产品，将南通市风光储联合示范工程列为重点支持项目；湖南省出台了湖南省新能源产业振兴实施规划（2021-2021年），将大力扶持进展以蓄电池储能为基础

8、的微型离网式风电站；河北省将改善电网调峰力量、提高电网运行牢靠性和稳定性作为攻关方向，配套建设张家口国家风 光储输示范工程 二、储能市场分析 （一）全球市场 应用需求进一步增大。年上半年，2021全球储能市场持续发酵，月底，全球新增储能项目年6依据CNESA数据库统计，截止到2021463.7MW;个，装机在建项目307.5MW45个，装机，其中投运项目14 196.3MW个，装机。2747.5MW;个，装机规划的项目 其项上半年的应用热点是分布式发电及微网，从应用分布来看， 目数量占规划及在建项目总数的42%。其次是可再生能源并网，帮助服务和电力输配领域。 近年，中国可再生能源进展可谓快速。

9、截至2021年底，中国风能和太阳能的装机容量已达9000万千瓦和3000万千瓦，分别位居全球第一位和其次位。但中国的弃风、弃光现象同样严峻。 虽然目前中国的风电发电量达到全_用电量的2.78%，但中国的风电利用率并不乐观。数据显示，2021年全国风电累计平均利用小时数1884小时，而2021年是2080多小时，同比下降160个小时。 风电资源最为丰富的“三北”地区的弃风问题突出。吉林和甘肃风电平均利用小时分别仅有1501小时和1596小时，低于1900小时-2021小时盈亏平衡点。 国家能源局2021年7月发布的可再生能源发电并网驻点甘肃监管报告显示，该省2021年弃风电量31.02 亿千瓦时

10、弃风率达20.65%。同时，该省2021年弃光电量约为3.03亿千瓦时，弃光率约为13.78%。 风能具有随机性、间歇性特点，风电场输送到电网的能量也是随机波动的，并网风电场对于电网会造成随机性扰动。在中国，风能资源丰富的地区通常人口稀有，负荷量小，电网结构相对比较薄弱，风电波动功率的注入会对局部电网的电能质量和平安稳定运行产生较大的影响。 因此，可以通过大规模储能技术的应用，可以有效地改善和调整风能、太阳能发电的功率特性，使其接近火力发电，满足调度方案需求，从而可以作为有效电源在电力系统中统一调度，提高电网对于风 能、太阳能等可再生能源的接纳力量，切实解决弃风、弃光问题。 这也就是说，风能

11、发电配套大规模储能系统，可有效地平滑风力发电并网功率，提高风电场跟踪方案发电力量，为电力系统将风力发电作为有效电源进行合理调度奠定了基础，从而起到电网对风力发电的接纳力量，削减弃风，提高风电利用小时数。在弃风时段，也可以利用储能系统储存部分弃风电量，当弃风指令解除后，储能系统将储存的电量释放出来，回馈给电网，提高风电场的经济收益。 （二）国内市场 中国储能市场近几年保持较快的增长，但因进展较晚基数较小导致整体市场规模不大。2021年的累计规模为81.3MW，同比增长55%，增量主要来自于用户侧的分布式发、微网项目以及可再生能源并网。从储能技术来看，2021年中国储能市场中以锂离子电池占比最高，

12、达66%，其次是铅蓄电池和液流电池，分别占20%和14%。 三、政策支持 （一）国内现有政策分析 伴随新能源行业的进展，储能行业同样迎来“春风”。中国储能市场近几年保持较快的增长，但因进展较晚基数较小导致整体市场规模不大。但正在酝酿的政策无疑给行业松了绑，全球大市场不断发酵。当然，也有业界专家指出，储能行业进展还需要充分集中产、学、研力气，开发出高平安性、高牢靠性、有肯定商业化程度的整体系统解决方案。 国家电网逐步放开在大力进展清洁能源政策的指导下，近年来， 对风、光等可再生能源电力的接纳限制，储能作为调整可再生能源电力稳定性的配套产业，进入了加速扩张期。现阶段，我国新型储能技术刚刚起步，技术

13、的研发和示范应用都离不开国家政策和资金的支持。我国现行的一系列关于储能进展的政策、制度，已经有力地促进了新型储能技术和产业的进展。如2021年、2021年的中华人民共和国可再生能源法及修正案，通过立法推动可再生能源的开发利用。修正案首次将智能电网规划进展、储能技术应用于电网建设纳入法律范畴。2021年可再生能源产业进展指导名目中，包含两项储能电池项目，这在很大程度上促进储能电池的快速进展和规模化、商业化进度。2021年7月，财政部、国家能源局、科技部制定了金太阳示范工程财政补助资金管理暂行方法，对光伏、风光发电等的补助间接地补助了储能项目。2021年3月发布的“十二五”规划纲要中提出，国家将培

14、育进展与新能源相关的战略性新兴产业，包括风电、光电、智能电网、电动汽车、燃料电池汽车等。“储能”作为智能电网的技术支撑在国家的政策性纲领文件中首次消失。2021年11月19日，国务院办公厅发布了 能源进展战略行动方案 (2021-2021)，明确将储能和大容量储能分别列入9个重点创新领域和20个重点创新方向。而且，9个重点创新领域中的分布式能源、智能电网、新一代核电、先进可再生能源，20个重点创新方向中的现代电网、先进核电、光伏、风电、海洋能发电等也都和储能技术亲密相关。在新的产业结构调整指导名目(2021年本)中，“大容量电能储存技术”在电力类鼓舞条目中消失，此外，还包括“动力电池、储能用电

15、池、电池材料及自动化生产成套装备制造等”，将进一步带动储能技术的 产业化进展。 一系列促进政策起到了确认储能地位、宏观引导储能技术进展的重要作用。政策从宏观引导、指导的角度使讨论机构、企业、投资商等看到了进展储能的重要性、必要性，国家所持的鼓舞和支持看法。政策的方向、目的是明确的，符合我国和国际_进展新能源、支持储能技术、建设低碳、节能、环保的电力体系大潮流和新理念。 储能技术的进展应用是我国“十二五”战略新兴产业的进展重点之一，国家相关部门对储能技术进展及产业化已制定了一系列相关鼓舞政策，这将会引导储能相关厂商更加主动地参加到国内外电力市场中。在确保我国电力系统平安稳定运行的前提下，在保证电

16、力进展与我国经济进展相适应的前提下，平安、合理、高效地用法新型储能技术，逐步完善适应于新条件下的调频(AGC)、无功调整等帮助服务市场，对于提高电力系统运行效率，满足我国大力进展风电、太阳能发电等可再生能源的需要，提高电力运行的综合效益具有重要意义。国际储能政策参考 （二）国外政策阅历借鉴 我国“十二五”期间将重点支持新兴产业的进展，在能源行业，新兴产业涉及风能、太阳能等新能源的开发利用，以及智能电网、分布式能源、车用新能源等技术的产业化应用。这些新兴产业的大规模推广和应用，都需要依靠高效、绿色的储能技术和产品。美国等国家储能的进展阅历，有几点值得我国借鉴： 1、加强储能规划和激励性政策，加强

17、新能源并网及储能，赐予更多政策激励，出台财政补贴政策、明确进展目标、严格的技术标准 和管理规范，驱动储能产业进展。 2、主动开展储能技术示范项目。我国储能行业起步比较晚，技术还不成熟。随着可再生能源的普及应用、电动汽车产业的进展及智能电网的建设，准时把握储能技术进展的最新信息和数据，加大储能研发和应用示范力度，突破关键技术，拓宽应用领域。 3、是建立和进展新型储能产业链，降低成本。目前新型储能技术和产品成本偏高，这有可能使铺张能源比储能更经济，需要建立储能产业链，推动储能行业健康快速进展，从而实现我国新能源振兴和落实节能减排国策。 四、存在的问题和挑战 （一）产业政策和行业标准缺失问题亟待解决

18、 国内在前阶段大力进展新能源的同时，对储能技术进步以及储能在新能源进展中的特别作用认识相对不足，导致储能规划滞后。此外，尚未制定针对储能电站的价格政策和应用示范财政补贴等激励性政策，使得储能产业进展受到极大的政策制约。同时，相关配套管理规范和技术标准缺失，肯定程度上也导致并网发电企业对储能技术的应用缺乏内在动力。政府应在政策方面做到规划先行，解决产业间各方利益安排问题，建立强制性约束机制；在产品方面，应建立强制性认证机制，走“先标准、后制造”之路，为储能产业的进展供应政策保障。但现在看来，政策也存在一些不足。在推动储能的进展方面，政策仍处在初期阶段，尚未到深化、切实地操作阶段。缺乏细化的实施纲

19、要，如进展技术路途图、可能获得的补贴、优待政策、成本效益分 摊和核算等相关的措施或实施方法。同时，政策重复性、雷同性过多，缺乏环环相扣、步步深化的递进性、持续性。 在示范项目的建设方面，政策稍显粗放，缺乏为实现进展目标而进行的系统的方案谋划设计，各项目之间关联性少，不利于项目之间的相互验证、对比，同时对一种储能技术的试验讨论缺乏持续性、连续性。示范项目的作用和效果还有待通过政策明确和加强。且新型储能示范项目缺乏跟踪和准时反馈，没有明确的电价和成本核算、成本回收等方案。 在财政补贴方面，目前有关政策、方法还比较少，仅有的金太阳示范工程对项目的补贴比较笼统，上不封顶，缺乏财政实施方案如步骤、进度和

20、限额掌握。其他相关政策中对有关补贴的多变性、模糊性也都难以达到补贴设想的目标和效果。另外，示范项目政策中还应再细化投资成本，考虑示范项目后期产出及其运维需要，试验期满后实行商业运行获利等一系列问题，使项目能发挥长远效益。 在鼓舞和吸引投融资上，政策也显不足。另外，政策对于新型储能产业链建立进展的推动作用不足，对推动新型储能产业化、工程化应用效果还不明显。我国新型储能产业化进展中的问题。 （二）自主技术有待工程应用验证和进一步完善 压缩空气、锂离子电池、液流电池、飞轮储能等储能技术虽然在国外已得到肯定规模的应用，但国内自主技术由于缺乏应用实践，技术本身还有待完善，格外是其稳定、牢靠、耐久性问题，

21、需要在规模 化应用中加以解决。其他储能技术的成熟度也有待进一步提高。 （三）产品成本过高，推广力度不足 由于产品本身生产规模小，加之关键材料和核心部件的国产化程度低，受制于上游原材料的价格体系、供应链单一、产品对原材料要求严格等条件影响，上游的核心电池材料主要依靠进口，电池储能行业进展受到制约。如锂离子电池用隔膜、钒流电池用离子交换膜等严峻依靠进口，导致储能电池产品成本居高不下，严峻限制了相关技术的推广应用。 （四）商业模式模糊 虽然储能的前景被全都看好，但是不容忽视的是，储能市场机制尚未理清、储能应用收益衡量困难成为目前阻碍储能产业连续向前进展的主要缘由。 目前由于储能的收益很难计算，导致跟

22、储能行业相关的补贴政策、补贴标准以及价格机制很难出台。而储能收益难以衡量的主要缘由是由于储能项目往往在某个特定领域开展，其可以实现的功能往往不是单一性的，会对与之相联系的其他领域产生影响。例如安装在负荷附近以削峰为主要应用目的的储能电站，其应用还可以带来延缓输配电设备升级，使现有机组运行更稳定从而节约燃料消耗和削减温室气体排放，提高现有机组利用率，延缓新建峰荷机组，降低电力系统生产成本等作用。 因此，储能收益的衡量并不仅仅考量某一方面，往往需要考虑与之相关的诸多领域带来的成本效应。清楚的赢利点和利益相关讨论方市场进而为完善现有政策、可以使储能的价值和作用得到充分体现， 机制或出台新的与储能相关

23、的政策、补贴标准、价格机制供应有益的借鉴，使政策的修改或指定有的放矢，并能切实推动储能产业的进展。 五、国内主要储能变流器生产企业分析 （一）北京能高 北京能高FlexVert系列储能系统双向变流器用于实现电网与储能单元之间的能量交换，适用于铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容等常用储能介质的充放电掌握;除基本的储能掌握功能外，FlexVert 系列变流器还可实现无功和谐波补偿、平抑功率波动、移峰填谷等功能;低电压穿越等功能可满足将来智能电网建设对系统关键设备的性能要求;依据储能系统容量及运行维护要求的不同，分为单级和双级结构设计。 针对不同光伏系统解决方案，北京能高在储能微网变流器应用当

24、中还有两款明星产品MicVert系列光储互补微网变流器和NetVert系列多能互补微网变流器。MicVert系列光储互补微网变流器运用直流母线并联方式，使光伏、储能系统接入平安、牢靠、便捷，有效提高系统供电牢靠性，并显著改善电能质量。而NetVert 系列微网变流器，主要应用于多能互补微网系统，即：一个区域配电网中包含光伏发电和小型风力发电等多种分布式发电装置，依据具体安装或用法的便利，与储能元件一起分散在区域配电网中，该系统通常容量较大，多选用沟通母线并联形式。 （二）四方继保 适用于各种类型)系列(GES100双向储能变流器100KVA四方继保 的储能元件，实现储能与电网的柔性接口。具有以

25、下产品特点： 1、充电、放电一体化设计，实现沟通系统和直流系统的能量双向流淌; 2、主功率回路采纳高牢靠性智能功率模块;掌握器采纳总线不出芯片的32位高性能CPU; 3、高效的矢量掌握算法，实现有功、无功的解耦掌握; 4、功率因数任意可调，在容量范围内可以全发无功，实现无功补偿; 5、在MEMS(微网能量管理系统)的调度下，主动参加电网的调峰，有效缓解大电网的压力; 6、支持并网运行、孤网运行;并可以实现并网与孤网状态的自动切换; 7、峰谷电价时，支持在谷电价时储能，高电价时放电的运行模式，实现对负荷的“削峰填谷”，满足对电动汽车等临时性暂态负荷的需求; 8、先进主动式孤岛检测，结合主动式与被

26、动式原理，满足UL1741标准; 9、完善的继电爱护功能，有效防止逆变器的特别损坏; 10、供应CAN和以太网接口，可接入BMS(电池管理系统)与MEMS，支持IEC61850规约; 11、多个100KVA模块可以任意组合，组成更大容量的储能电站(如1MW储能电站); ; 支持多种储能电池，不同的型号仅掌握器的软件不同、12 13、高牢靠性机柜设计，满足不同运行区域需要。 （三）索英电气 索英电气始终专注于新能源发电领域，较早便关注到储能系统在新能源发电领域的应用，并认识到储能是将来进展的必定选择。基于对储能系统的深刻认知和对大功率并网逆变技术的把握，索英电气推出了业内转换效率最高的储能变流器

27、索英电气ES系列储能双向变流器是一款适合智能电网建设，应用于储能环节的中大功率并网双向变流设备。 ES系列储能双向变流器既可以工作在逆变模式，实现直流到沟通的变换，向电网输送电能，也可以工作在有源整流模式，实现沟通到直流的变换，从电网汲取电能储存在电池中。ES系列储能双向变流器采纳先进的掌握技术，最高转换效率达到98.5%以上，保证系统最经济、高效的用法。ES系列储能双向变流器可将电流总谐波含量抑制在3%以内，实现纯正弦波电流自动同步并网，对电网无污染、无冲击，实现软启动自同步，更简单被当地电网系统接纳，投资回报更有保障。ES系列储能双向变流器具有离网孤岛运行功能，能够充分满足微网系统构建的

28、需求，同时可以具有多台并联的力量，更便于功率升级与系统冗余设计。 ES系列储能双向变流器采纳高性能DSP全数字化掌握技术，优化的掌握电路设计，抑制磁场干扰，提高掌握系统的电磁兼容性，具备过压爱护、过流爱护、孤岛爱护、放电爱护等多重完善的爱护功能，保证系统的稳定平安运行。 （四）中船鹏力 中船鹏力公司自主研发了具有智能调度、随网变参、无缝快切、多种工作模式以及数字锁相环等创新技术的分布式储能系统。通过代替高耗能的火电调峰机组，削减污染物的排放量，分布式储能系统节能减排和绿色环保的_效益显著。其静态效益和动态效益，提高了可再生能源接入系统的力量。主要应用于海岛、高原、戈壁等用区域可再生能源独立电站

29、也可用于一般户用型分布式发电系统。 中船鹏力主要从事电源设备研制、生产、销售以及供应新能源发电系统工程整体解决方案，自进入储能领域以来，就非常注重储能技术的投入与研发，公司的双向变流器就是特地针对分布式发电系统储能技术研发生产的最新产品。 双向变流器肩负着充电和馈电作用,是储能系统的关键设备之一。中船鹏力所产的双向变流器不仅能解决能量双向流淌的问题，还能提高电能质量，作为无功发生器，可满足配网侧或用户侧无功等方面的需求，用户不需要购买其他设备。此外，这款产品可实现智能调度，有完善的通信满足家庭或者用户侧以及国家电网的调度，根据自己需要进行设置。最终，也是这款产品区分与一般双向变流器的一点，那

30、就是在传统双向变流器基础上增加了低电压穿越功能，在电网需要无功支撑的状况下，能进行3秒钟支撑，满足电网公司的要求。 第3篇：超导储能调研报告 名目 一、前沿 .2 二、超导储能系统的构成及其工作原理 .3 2、1超导磁体 .4 2、2低温系统 .5 2、3功率调整系统 .6 2、4监控系统 .6 三、SMES在电力系统中的应用途径 .7 3、1提高电力系统的稳定性。 .7 3、2改善电能质量。 .7 3、3供应系统备用容量。 .7 3、4用于可再生能源发电及微电网。 .8 四、超导磁储能(SMES)的进展历史及现状 .8 一、前沿 超导磁储能系统(super conducting magnet

31、ic energy storage，SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms级)，转换效率高(96%)、比容量(1-10Wh/kg)/比功率(104-105kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES在技术方面相对简洁，没有旋转机械部件和动密封问题。目前，世界上1-5MJ/MW低温SMES装置已形成产品，100MJSMES已投入高压输电网中实际运行，5GWhSMES已通过可行性分析和技术论证。SMES可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调整、提高系统稳定性和功率输送力量的要求。 我国经济高速进展使

32、得我国的电力系统已经成为世界上最浩大最简单的系统之一。电力平安已经成为国家平安的一个重要方面。同时，信息化、精密制造以及生产生活对电力的依靠程度已经对电力供给的牢靠性和供电品质提出了更高的要求。石油、煤炭等能源资源将无法满足将来电力的供给需要，开发新能源、可再生能源已成为一项保证国家可持续进展的战略性国策。21世纪电力工业所面临的主要问题有：应用分散电力系统，提高设备利用率，远距离大容量输电，各大电网间联网，高质量供电，改善负荷特性等。针对这些问题，与现有的采纳常规导体技术的解决方案相对应，都有一种甚至多钟超导电力装置能为问题的解决供应新的技术手段。由于超导体的电阻为零，因此其载流密度很高，因

33、此可以使超导电力装置普遍具有体积小、重量轻等特点，制成常规技术难以达到的大容量电力装置，还可以制成运行于强磁场的装置，实现高密度高效率储能。作为一种具备快速功率响应力量的电能存储技术，超导磁储能系统(Super conducting magnetic energy storage，SMES)可以在提高电力平安、改善供电品质、增加新能源发电的可控性中发挥重要作用。 二、超导储能系统的构成及其工作原理 SMES是利用超导磁体将电磁能挺直储存起来，需要是再将电磁能返回电网或者其他负载。超导磁体中储存的能量E可由下式表示： E=0.5LI 超导磁体是SMES系统的核心，它在通过直流电流时没有焦耳损耗。

34、超导导线可传输的平均电流密度比一般常规导体要高1-2个数量级，因此，超导磁体可以达到很高的储能密度，约为10J/m。与其他的储能方式，如蓄电池储能、压缩空气储能、抽水蓄能及飞轮储能相比，SMES具有转换效率可达95%、毫秒级的影响速度、大功率和大能量系统、寿命长及维护简洁、污染小等优点。超导磁体储能装置原理示意图如下： 1、超导线圈 2、制冷剂 3、低温容器 4、直流电源 5、持续电流回路 SMES一般有超导磁体、低温系统、磁体爱护系统、功率调整系统和监控系统等几个主要部分组成。图11是SMES装置的结构原理图，该结构是由美国洛斯阿拉莫斯试验室首先提出来的，以后SMES装置的讨论设计一般都是一

35、次结构作为参考原型。图中的变压器只是为了选择适当的电压水平以便利地连接SMES与电力系统，不属于SMES的必要部件。 图11 SMES装置的结构原理 2、1超导磁体 储能用超导磁体可分为螺管形和环形两种。螺管线圈结构简洁，但四周杂散磁场较大;环形线圈四周杂散磁场小，但结构较为简单。由于超导体的通流力量与所承受的磁场有关，在超导磁体设计中第一个必需考虑的问题是应当满足超导材料对磁场的要求，包括磁场在空间的分布和随时间的改变。除此意外，在磁体设计中还需要从超导线性能、运行牢靠行、磁体的爱护、足够的机械强度、低温技术与冷却方式等几个方面考虑。 螺管形 环形 2、2低温系统 低温系统维持超导磁体处于超

36、导态所必需的低温环境。超导磁体的冷却方式一般为浸泡式，即将超导磁体挺直至于低温液体中。对于低温超导磁体，低温多采纳液氦(4.2K)。对于大型超导磁体，为提高冷却力量和效率，可采纳超流氦冷却，低温系统也需要采纳闭合循环，设置制冷剂回收所蒸发的低温液体。基于Bi系的高温超导磁体冷却只20-30K一下可以实现3-5T的磁场强度，基于Y系的高温超导磁体即使在77K也能实现肯定的磁场强度。随着技术的进步，采纳大功率制冷机挺直冷却超导磁体可成为一种现实的方案，但目前的技术水平，还难以实现大型超导磁体的冷却。 低温杜瓦 制冷系统 2、3功率调整系统 功率调整系统掌握超导磁体和电网之间的能量转换，是储能元件与

37、系统之间进行功率交换的桥梁。目前，功率调整系统一般采纳基于全控型开关器件的PWM变流器，他能够在四象限快速、独立的掌握有功和无功功率，具有谐波含量低、动态响应速度快等特点。依据电路拓扑结构，功率调整系统用变流器可分为电流源型(Current Source Converter，CSC)和电压源型(Voltage Source Converter，VSC)两种基本结构。由于超导磁体固有的电流源特性，CSC的直流侧可以与超导磁体(Superconducting Coil，SC)挺直连接，而VSC用于SMES时在其直流侧必需通过斩波器(Chopper)与超导磁体相连。 2、4监控系统 监控系统由信号采

38、集、掌握器两部分构成，其主要任务是从系统提取信息，依据系统需要掌握SMES的功率输出。信号采集部分检测电力系及SMES的各种技术参量，并供应基本电气数据给掌握器进行电力系统状态分析。掌握器依据电力系统的状态计算功率需求，然后 SMES电流源型和电压源型变流器 通过变流器调整磁体两端的电压，对磁体进行充、放电。掌握器的性能必需和系统的动态过程匹配才能有效的达到掌握目的。SMES的掌握分为内环掌握和外环掌握。外环掌握器做为主掌握器用于供应内环掌握器所需要的有功和无功功率参考值，是由SMES本身特性和系统要求决定的;内环掌握器则是依据外环掌握器童工的参考值产生变流器开关的触发信号。 三、SMES在电

39、力系统中的应用途径 3、1提高电力系统的稳定性。 SMES作为一个可敏捷调控的有功功率源，可以主动参加系统的动态行为，既能调整系统阻尼力矩又能调整同步力矩，因而对解决系统滑行失步和振荡失步均有作用，并能在扰动消退后缩短暂态过渡过程，使系统快速复原稳态。 3、2改善电能质量。 由于SMES可发出或汲取肯定的功率，可用来减小负荷波动或发电机出力改变对电网的冲击，SMES可作为敏感负载和重要设备的不间断电源，同时解决配电网中发生特别或因主网受干扰而引起的配电网向用户宫殿中产生特别的问题，改善供电品质。 3、3供应系统备用容量。 系统备用容量的存在及其大小，既是一个经济问题，又是涉及电网平安的技术问题

40、对于保障电网的平安裕度。事故后快速复原供电具有重要作用。以目前的水平，SMES高效储能特性可用来储存应急备用电力，但是不足以作为大型电网的备用容量。 3、4用于可再生能源发电及微电网。 SMES的高效储能与快速功率调整力量可在风能、太阳能等可再生能源发电系统中平滑输出功率波动，有效抑制这类电源引起的电压波动和闪变等电能质量问题，提高并网运行的可控性与稳定性。微网是有效利用分散的新能源提高电力系统供电牢靠性的一项新兴技术，SMES可以改善微网的并网特性、提高微网的孤岛运行性能。 四、超导磁储能(SMES)的进展历史及现状 近30年来，SMES的讨论始终是超导电力技术讨论的热点之一，20世纪70

41、年月提出SMES的概念时，着重的是其储能力量，期望可以作为一种平衡电力系统日负荷曲线的储能装置。随着技术的进展，SMES已不仅仅是一个储能装置，而是一个可以参加电力系统运行和掌握的有功、无功功率源，它可以主动参加电力系统的功率补偿，从而提高电力系统的稳定性和功率传输力量，改善电能质量。几十年的进展已经是SMES开头进入电力系统试运行，也有了部分商业化产品。 1969年Ferrier提出了利用超导电感储存电能的概念。20世纪70年月初，威斯康辛(Wisconsin)高校应用超导中心利用一个由超导电感线圈和三相AC/DC格里茨(Graetz)桥路组成的电能储存系统，对格里茨桥在能量储存单元与电力系

42、统相互影响中的作用进行了具体分析和讨论，发觉装置的快速响应特性对于抑制电力系统振荡特别有效，开创了超导储能在电力系统应用的先。70年月中期，为了解决BPA(Bonneville Power Administration)电网中从太平洋西北地区到南加州1500km的双回路沟通500kv输电线上的低频振荡问题，提高输电线路的传输容量，LASL和BPA合作研制了一台30MJ/10MW的SMES并将其安装于华盛顿塔科马(Tacoma)变电站进行系统试验。30MJSMES系统是超导技术在美国第一次大规模的电力应用，现场试验结果表明SMES可以有效解决BPA电网中从太平洋西北地区到南加州双回路沟通输电线上

43、的低频振荡问。 1987年起，美国核防备办公室(Defense Nuclear Agency,DNA)启动了SMES-ETM(Engineering Test Model)方案，开展了大容量(15GWh)SMES的方案论证，工程设计和研。到1993年底，R.Bechtel团队建成了1MWh/500MW的示范样机，并将其安装于加利福尼亚州布莱斯，可将南加里福尼亚输电线路的负荷传输极限提高8%。 此外，美国在小容量SMES讨论和应用方面也开展了大量和卓有成效的工作。1988年，SI公司开头进行中小容量(约13MW/110MJ)和可移动SMES的开发和商业化，以解决供电网和特别工业用户的电能质量问题

44、此后，ASC公司在SI的基础上，又提出了分布式SMES(Distributed SMES,D-SMES)等概念，并对诸如改善配电网的电能质量、为对电能质量敏感的工业生产基地供应高质量不间断电源以及提高供电网电压稳定性问题进行了讨论。19902021年间，SI/ASC公司先后有约20多台SMES投入运行。美国、德国和日本等都提出研制100kwh等级的微型SMES，这种SMES可为大型计算中心、高层建筑及重要负荷供应高质量、不间断的电源，同时也可用于补偿大型电动机、电焊机、电弧炉、轧机等波动负载引起的电压波动，它还可用作太阳能和风力发电的储能等。美国AMSC公司还提出研制一种新的D-SMES，用于配电网的功率调整。目前，美国已有多台微型超导储能装置在配电