太陽能光伏儲能技術(shù)

1、1.1.發(fā)展背景發(fā)展背景2.2.儲能裝置分類儲能裝置分類 2.1. 2.1.機(jī)械儲能機(jī)械儲能 2.2. 2.2.電磁儲能電磁儲能 2.3. 2.3.化學(xué)儲能化學(xué)儲能3.3.結(jié)語結(jié)語 1.太陽能光伏技術(shù)的自身局限性。太陽能光伏技術(shù)的自身局限性。 以太陽能光伏發(fā)電為代表的新能源的利用受到自然條件的顯以太陽能光伏發(fā)電為代表的新能源的利用受到自然條件的顯著影響和限制，包括天氣、季節(jié)，時間、地域、地形地貌等著影響和限制，包括天氣、季節(jié)，時間、地域、地形地貌等各種因素。各種因素。 它不像傳統(tǒng)化石資源那樣穩(wěn)定、持續(xù)地提供能源，輸出功率它不像傳統(tǒng)化石資源那樣穩(wěn)定、持續(xù)地提供能源，輸出功率波動顯著，對電網(wǎng)而言是

2、一種沖擊性的電源。在同一地區(qū)，并網(wǎng)波動顯著，對電網(wǎng)而言是一種沖擊性的電源。在同一地區(qū)，并網(wǎng)的光伏發(fā)電輸出功率的波動可能是同步的，但隨著光伏發(fā)電技術(shù)的光伏發(fā)電輸出功率的波動可能是同步的，但隨著光伏發(fā)電技術(shù)和市場的不斷擴(kuò)展，裝機(jī)容量越來越大，潛在的沖擊力隨之越來和市場的不斷擴(kuò)展，裝機(jī)容量越來越大，潛在的沖擊力隨之越來越大。因此，發(fā)展儲能技術(shù)已成為目前電力和新能源領(lǐng)域全球關(guān)越大。因此，發(fā)展儲能技術(shù)已成為目前電力和新能源領(lǐng)域全球關(guān)注和支持的焦點，許多國家都將大規(guī)模儲能技術(shù)定位為支撐新能注和支持的焦點，許多國家都將大規(guī)模儲能技術(shù)定位為支撐新能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)。源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)。2.太陽能光伏技術(shù)的發(fā)

3、展。太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展。 可再生能源正在由輔助能源逐漸轉(zhuǎn)為主要可再生能源正在由輔助能源逐漸轉(zhuǎn)為主要的甚至是主導(dǎo)能源。當(dāng)不穩(wěn)定的可再生能源的甚至是主導(dǎo)能源。當(dāng)不穩(wěn)定的可再生能源利用率到如此高的程度時，對它們的輸出進(jìn)利用率到如此高的程度時，對它們的輸出進(jìn)行穩(wěn)定是必要的。行穩(wěn)定是必要的。 3.儲能裝置的作用。儲能裝置的作用。 儲能就是對來自太陽能電池板發(fā)出的電能進(jìn)行儲儲能就是對來自太陽能電池板發(fā)出的電能進(jìn)行儲存，利用儲能環(huán)節(jié)在可再生能源的發(fā)電功率大于負(fù)載存，利用儲能環(huán)節(jié)在可再生能源的發(fā)電功率大于負(fù)載需要時儲存電能，在他們不能夠滿足負(fù)載需要時提供需要時儲存電能，在他們不能夠滿足負(fù)載需要時提供電能的補

4、充，以最大效率收集和利用可再生能源，這電能的補充，以最大效率收集和利用可再生能源，這對于可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)來說是必須的，是建對于可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)來說是必須的，是建立穩(wěn)定的本地供電的基礎(chǔ)，對電網(wǎng)接入的發(fā)電系統(tǒng)來立穩(wěn)定的本地供電的基礎(chǔ)，對電網(wǎng)接入的發(fā)電系統(tǒng)來說，儲能是一種靈活的可調(diào)度手段，可以最大限度地說，儲能是一種靈活的可調(diào)度手段，可以最大限度地利用新能源，降低對電網(wǎng)的沖擊和依賴，具有迫切的利用新能源，降低對電網(wǎng)的沖擊和依賴，具有迫切的需求。需求。2.2.儲能裝置分類儲能裝置分類 2.12.1機(jī)械儲能裝置機(jī)械儲能裝置2.1.1.抽水儲能一.原理與分類：1.原理： 抽水蓄能是集抽水與

5、發(fā)電于一體的一種蓄能方式，實現(xiàn)的是勢能與電能的轉(zhuǎn)換。在滿足地質(zhì)和水文等條件的前提下，分別在上下游設(shè)置水庫； 在電力負(fù)荷低谷時，將低地勢的下水庫的水抽到高地勢的上水庫中，將電能轉(zhuǎn)換為勢能； 在用電高峰時，再將上水庫的水釋放，驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將勢能轉(zhuǎn)換為電能。 2.抽水蓄能電站的類型：抽水蓄能電站的類型：按開發(fā)方式可分為：純抽水蓄能電站、按開發(fā)方式可分為：純抽水蓄能電站、 混合式抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站、 調(diào)水式抽水蓄能電站；調(diào)水式抽水蓄能電站；按調(diào)節(jié)周期分為：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和季調(diào)節(jié)等；按調(diào)節(jié)周期分為：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和季調(diào)節(jié)等； 按水頭分為：高水頭和中低水頭；按水頭分為：高水頭和中

6、低水頭；按機(jī)組類型分為：四機(jī)分置式、按機(jī)組類型分為：四機(jī)分置式、 三機(jī)串聯(lián)式、三機(jī)串聯(lián)式、 二機(jī)可逆式；二機(jī)可逆式；按布置特點分為：地面式、地下式、和特殊布置按布置特點分為：地面式、地下式、和特殊布置 形式（人工地下水庫）形式（人工地下水庫）3.抽水蓄能的特點及應(yīng)用：抽水蓄能的特點及應(yīng)用：優(yōu)點優(yōu)點： 抽水抽水蓄能蓄能技術(shù)比較成熟，儲存能量巨大，設(shè)備的使用技術(shù)比較成熟，儲存能量巨大，設(shè)備的使用 壽命較長（一般可達(dá)壽命較長（一般可達(dá)30-40年），綜合效率高（一般年），綜合效率高（一般 可達(dá)可達(dá)70%-85%）。）。不足：不足： 抽水蓄能工程量較大而且受到地理環(huán)境的限制。抽水蓄能工程量較大而且受到

7、地理環(huán)境的限制。應(yīng)用：應(yīng)用： 抽水蓄能已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中調(diào)峰填谷、調(diào)頻、抽水蓄能已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中調(diào)峰填谷、調(diào)頻、 調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動以及為系統(tǒng)提供備用容調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動以及為系統(tǒng)提供備用容 量等方面，是電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的有效調(diào)控手段量等方面，是電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的有效調(diào)控手段二、抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀二、抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀三、抽水蓄能的發(fā)展趨勢三、抽水蓄能的發(fā)展趨勢 抽水蓄能作為一種技術(shù)較為成熟，且市場應(yīng)用較抽水蓄能作為一種技術(shù)較為成熟，且市場應(yīng)用較成功的大容量儲能技術(shù)，受到了世界各國的高度重視，成功的大容量儲能技術(shù)，受到了世界各國的高度重視，但每

8、個國家都有不同的環(huán)境，并面臨不同的現(xiàn)實情況，但每個國家都有不同的環(huán)境，并面臨不同的現(xiàn)實情況，需要有針對性地制訂發(fā)展計劃，解決發(fā)展過程中遇到需要有針對性地制訂發(fā)展計劃，解決發(fā)展過程中遇到的各種問題。的各種問題。 在我國，抽水蓄能站址資源較為豐富，能夠滿足各地在我國，抽水蓄能站址資源較為豐富，能夠滿足各地區(qū)電網(wǎng)自身發(fā)展的需要。經(jīng)初步經(jīng)濟(jì)分析，抽水蓄能電站區(qū)電網(wǎng)自身發(fā)展的需要。經(jīng)初步經(jīng)濟(jì)分析，抽水蓄能電站前期選址總量可達(dá)前期選址總量可達(dá)1.5億億KW以上，這些這些抽水蓄能站址以上，這些這些抽水蓄能站址主要分布在南方電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、和華北電網(wǎng)主要分布在南方電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、和華北電網(wǎng)

9、內(nèi)，占據(jù)已知全國抽水蓄能站址容量的內(nèi)，占據(jù)已知全國抽水蓄能站址容量的80%。2.12.1機(jī)械儲能裝置機(jī)械儲能裝置一一.壓縮空氣儲能的原理特點及分類壓縮空氣儲能的原理特點及分類1.原理：原理： 壓縮空氣儲能一般包括壓縮空氣儲能一般包括5個主要部件：壓氣機(jī)、燃燒個主要部件：壓氣機(jī)、燃燒室及換熱器、渦輪（透平）機(jī)、儲氣裝置、電動機(jī)室及換熱器、渦輪（透平）機(jī)、儲氣裝置、電動機(jī)/發(fā)發(fā)電機(jī)。電機(jī)。在儲能時：壓縮空氣儲能系統(tǒng)耗用電能將空氣壓縮并在儲能時：壓縮空氣儲能系統(tǒng)耗用電能將空氣壓縮并 存于儲氣室中；存于儲氣室中；在釋能時：高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃在釋能時：高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)

10、燃 燒室同燃料一起燃燒后，驅(qū)動渦輪機(jī)帶動燒室同燃料一起燃燒后，驅(qū)動渦輪機(jī)帶動 發(fā)電機(jī)輸出電能。發(fā)電機(jī)輸出電能。 2.特點特點（1）規(guī)模上僅次于抽水蓄能，適合建造大型電站。壓縮空氣儲能）規(guī)模上僅次于抽水蓄能，適合建造大型電站。壓縮空氣儲能 系統(tǒng)工作時間長，可以持續(xù)數(shù)小時乃至數(shù)天。系統(tǒng)工作時間長，可以持續(xù)數(shù)小時乃至數(shù)天。（2）建造成本和運行成本較低，低于鈉硫電池和液流電池，也低）建造成本和運行成本較低，低于鈉硫電池和液流電池，也低 于抽水蓄能電站，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。其次由于使用高性能于抽水蓄能電站，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。其次由于使用高性能 絕絕 熱材料，僅使用少量或不使用天然氣或石油等燃料即可實熱材料

11、，僅使用少量或不使用天然氣或石油等燃料即可實 現(xiàn)對壓縮空氣的加熱，從而降低燃料成本占比。現(xiàn)對壓縮空氣的加熱，從而降低燃料成本占比。（3）場地限制少。）場地限制少。（4）壽命長，通常維護(hù)可以達(dá)到）壽命長，通常維護(hù)可以達(dá)到4050年，并且其效率可以達(dá)到年，并且其效率可以達(dá)到 60%左右，接近抽水蓄能電站。左右，接近抽水蓄能電站。（5）安全性和可靠性高。壓縮空氣儲能使用的原料是空氣，不會）安全性和可靠性高。壓縮空氣儲能使用的原料是空氣，不會 燃燒，不產(chǎn)生任何有毒有害氣體，也沒有爆炸的危險。燃燒，不產(chǎn)生任何有毒有害氣體，也沒有爆炸的危險。3.分類：分類：（1）根據(jù)熱源不同分為：燃燒燃料的、帶儲熱的和無

12、熱）根據(jù)熱源不同分為：燃燒燃料的、帶儲熱的和無熱 源的壓縮空氣儲能系統(tǒng)；源的壓縮空氣儲能系統(tǒng)；（2）根據(jù)規(guī)模不同可分為：大型（單臺機(jī)組規(guī)模為）根據(jù)規(guī)模不同可分為：大型（單臺機(jī)組規(guī)模為 100MW級）、小型（級）、小型（10MW）和微型（）和微型（100KW級）；級）；（3）根據(jù)能否和其他熱力循環(huán)系統(tǒng)耦合可分為：）根據(jù)能否和其他熱力循環(huán)系統(tǒng)耦合可分為： 傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)、傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)、 壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能燃?xì)廨啓C(jī)耦合系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)耦合系統(tǒng)、 壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)耦合系統(tǒng)、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)耦合系統(tǒng)、 壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能內(nèi)燃機(jī)耦合系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)耦合系統(tǒng)、 壓

13、縮空氣儲能壓縮空氣儲能制冷循環(huán)耦合系統(tǒng)、制冷循環(huán)耦合系統(tǒng)、 壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能可再生能源耦合系統(tǒng)。可再生能源耦合系統(tǒng)。 壓縮空氣儲能可以實現(xiàn)大容量和長時間電能儲存的電壓縮空氣儲能可以實現(xiàn)大容量和長時間電能儲存的電力儲能系統(tǒng)，是指將低谷、風(fēng)電、太陽能等不易儲藏的電力儲能系統(tǒng)，是指將低谷、風(fēng)電、太陽能等不易儲藏的電力用于壓縮空氣，將壓縮后的高壓空氣密封在儲氣設(shè)施中，力用于壓縮空氣，將壓縮后的高壓空氣密封在儲氣設(shè)施中，在需要需要釋放壓縮空氣推動透平發(fā)電的儲能方式。目前，在需要需要釋放壓縮空氣推動透平發(fā)電的儲能方式。目前，地下儲氣站可采用報廢礦井、沉降在海底的儲氣罐、山洞、地下儲氣站可采用報廢礦

14、井、沉降在海底的儲氣罐、山洞、過期油氣井和新建儲氣井等多種模式，其中最理想的水封過期油氣井和新建儲氣井等多種模式，其中最理想的水封恒壓儲氣站，能保持輸出恒壓氣體。地上儲氣站采用高壓恒壓儲氣站，能保持輸出恒壓氣體。地上儲氣站采用高壓的儲氣罐模式。壓縮空氣儲能具有容量大、工作時間長、的儲氣罐模式。壓縮空氣儲能具有容量大、工作時間長、經(jīng)濟(jì)性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點。經(jīng)濟(jì)性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點。二。發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況：二。發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況： 壓縮空氣儲能發(fā)電已有成熟的運行經(jīng)驗，最早投運的機(jī)組已安全壓縮空氣儲能發(fā)電已有成熟的運行經(jīng)驗，最早投運的機(jī)組已安全運行運行3030多年。多年。 壓壓縮空氣儲能

15、是一項靈活而可靠的技術(shù)，可迅速滿足各種變負(fù)荷要求，縮空氣儲能是一項靈活而可靠的技術(shù)，可迅速滿足各種變負(fù)荷要求，具有快速起動能力，有良好的負(fù)荷跟蹤和頻率控制特性，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距具有快速起動能力，有良好的負(fù)荷跟蹤和頻率控制特性，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動控制。壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量大、工作時間長、經(jīng)濟(jì)性能離自動控制。壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量大、工作時間長、經(jīng)濟(jì)性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點，但目前還存在傳統(tǒng)壓縮空氣儲能需要燃燒好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點，但目前還存在傳統(tǒng)壓縮空氣儲能需要燃燒化石能源、小型系統(tǒng)的效率不高和大型系統(tǒng)需要特定的地理條件建造化石能源、小型系統(tǒng)的效率不高和大型系統(tǒng)需要特定的地理條件建造儲氣室等缺

16、點。壓縮空氣蓄能電站正在向大型化聯(lián)合循環(huán)和微型化方儲氣室等缺點。壓縮空氣蓄能電站正在向大型化聯(lián)合循環(huán)和微型化方向發(fā)展，聯(lián)合循環(huán)以及熱、電、冷多聯(lián)供都可以大幅度提高能源利用向發(fā)展，聯(lián)合循環(huán)以及熱、電、冷多聯(lián)供都可以大幅度提高能源利用效率，在世界范圍內(nèi)受到了廣泛的關(guān)注，未來將成為除抽水蓄能之外效率，在世界范圍內(nèi)受到了廣泛的關(guān)注，未來將成為除抽水蓄能之外最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲能系統(tǒng)。最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲能系統(tǒng)。一一.飛輪儲能的原理特點及分類飛輪儲能的原理特點及分類1.原理：原理： 將將能量從外界輸入后，電動機(jī)將在電子電力輸入設(shè)備能量從外界輸入后，電動機(jī)將在電子電力輸入設(shè)備的驅(qū)動下帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，

17、這一過程相當(dāng)于給飛輪儲的驅(qū)動下帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，這一過程相當(dāng)于給飛輪儲能系統(tǒng)充電；能系統(tǒng)充電； 當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子達(dá)到一定工作轉(zhuǎn)速時，電力電子輸入設(shè)備當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子達(dá)到一定工作轉(zhuǎn)速時，電力電子輸入設(shè)備停止驅(qū)動電動機(jī)，系統(tǒng)完成充電；停止驅(qū)動電動機(jī)，系統(tǒng)完成充電； 當(dāng)外界需要能量輸出時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子降低轉(zhuǎn)當(dāng)外界需要能量輸出時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子降低轉(zhuǎn)速，通過發(fā)電機(jī)的發(fā)電功能將動能轉(zhuǎn)化成電能釋放，通速，通過發(fā)電機(jī)的發(fā)電功能將動能轉(zhuǎn)化成電能釋放，通過給負(fù)載提供能量，完成系統(tǒng)的放電過程。過給負(fù)載提供能量，完成系統(tǒng)的放電過程。2.結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 飛飛 輪、輪、 軸軸 承、承、 電電 機(jī)、機(jī)、 真真 空空 容容

18、 器器 電力電子裝置電力電子裝置一一.飛輪儲能的工程應(yīng)用：飛輪儲能的工程應(yīng)用：（1）智能電網(wǎng)的應(yīng)用）智能電網(wǎng)的應(yīng)用（2）交通運輸?shù)膽?yīng)用）交通運輸?shù)膽?yīng)用（3）UPS電源的應(yīng)用電源的應(yīng)用（4）新能源電力的儲存）新能源電力的儲存2.2.2.2.電磁儲能技術(shù)電磁儲能技術(shù)-超導(dǎo)儲能超導(dǎo)儲能一、超導(dǎo)儲能的原理與特點一、超導(dǎo)儲能的原理與特點1.原理：原理： 超超導(dǎo)體：許多金屬和合金都具有低溫下失去電阻的特性，這種特殊導(dǎo)體：許多金屬和合金都具有低溫下失去電阻的特性，這種特殊的導(dǎo)電性能被稱為的導(dǎo)電性能被稱為“超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)”，處于超導(dǎo)態(tài)的導(dǎo)體稱之為，處于超導(dǎo)態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體超導(dǎo)體”。 零零電阻效應(yīng)：超導(dǎo)體的

19、直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱電阻效應(yīng)：超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱為為“零電阻效應(yīng)零電阻效應(yīng)”。用超導(dǎo)體導(dǎo)線制成螺旋形線圈，線圈通電產(chǎn)生磁。用超導(dǎo)體導(dǎo)線制成螺旋形線圈，線圈通電產(chǎn)生磁場，其所儲能量與電流的平方和電感的乘積成正比。場，其所儲能量與電流的平方和電感的乘積成正比。 若若線圈導(dǎo)體有電阻，能量會以焦耳熱的形式消耗，而超導(dǎo)體在深冷線圈導(dǎo)體有電阻，能量會以焦耳熱的形式消耗，而超導(dǎo)體在深冷狀態(tài)下電阻為零，不存在焦耳熱損耗，將螺旋線管兩端短接，磁能可狀態(tài)下電阻為零，不存在焦耳熱損耗，將螺旋線管兩端短接，磁能可被永久儲存。需要時將線圈兩端外接負(fù)載，即可將儲存于線圈內(nèi)的磁

20、被永久儲存。需要時將線圈兩端外接負(fù)載，即可將儲存于線圈內(nèi)的磁能轉(zhuǎn)化為電能，隨時取出。能轉(zhuǎn)化為電能，隨時取出。2.2.2.2.電磁儲能電磁儲能2.特點特點（1）可長期無損耗地儲存能量，轉(zhuǎn)換效率超過）可長期無損耗地儲存能量，轉(zhuǎn)換效率超過90%。（2）可通過采用電力電子器件的變流技術(shù)實現(xiàn)與電）可通過采用電力電子器件的變流技術(shù)實現(xiàn)與電 網(wǎng)的連接，響應(yīng)速度快（毫秒級）。網(wǎng)的連接，響應(yīng)速度快（毫秒級）。（3）由于其儲存能量與功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量可獨立）由于其儲存能量與功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量可獨立 地在大范圍內(nèi)選取，因此可將超導(dǎo)儲能系統(tǒng)建地在大范圍內(nèi)選取，因此可將超導(dǎo)儲能系統(tǒng)建 成所需成所需 的大功率和大能量系統(tǒng)

21、。的大功率和大能量系統(tǒng)。（4）除了真空和制冷系統(tǒng)外沒有轉(zhuǎn)動部分，使用壽）除了真空和制冷系統(tǒng)外沒有轉(zhuǎn)動部分，使用壽 命長。命長。（5）建造時不受地點限制，維護(hù)簡單，污染小。）建造時不受地點限制，維護(hù)簡單，污染小。2.2.2.2.電磁儲能電磁儲能二二 發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀展現(xiàn)狀 目前，國際上在在超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)方面投目前，國際上在在超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)方面投入了大量的人力物力，主要是開發(fā)微型超導(dǎo)儲能裝置的實入了大量的人力物力，主要是開發(fā)微型超導(dǎo)儲能裝置的實際應(yīng)用。美國、德國和日本等提出了開發(fā)際應(yīng)用。美國、德國和日本等提出了開發(fā)100kWh100kWh等級的等級的微型超導(dǎo)儲能裝置的建議，如用于磁懸浮列

22、車、計算機(jī)大微型超導(dǎo)儲能裝置的建議，如用于磁懸浮列車、計算機(jī)大樓和高層建筑等用的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)；美國樓和高層建筑等用的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)；美國IGCIGC和和AMSCAMSC公公司的微型超導(dǎo)儲能裝置（司的微型超導(dǎo)儲能裝置（110MJ110MJ）已經(jīng)商品化，）已經(jīng)商品化，AMSCAMSC公公司目前正在開發(fā)一種新的配電司目前正在開發(fā)一種新的配電SMESSMES（D-SMESD-SMES）用于功率）用于功率調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。2.2.2.2.電磁儲能電磁儲能三、面臨的問題三、面臨的問題（1）超導(dǎo)材料的臨界溫度有待提高；）超導(dǎo)材料的臨界溫度有待提高；（2）超導(dǎo)材料的價格比較高，有的比常規(guī)材料）超導(dǎo)材料的價格比較高，有

23、的比常規(guī)材料 高幾十倍甚至上百倍；高幾十倍甚至上百倍；（3）超導(dǎo)技術(shù)所應(yīng)用的低溫制冷系統(tǒng)的制備還）超導(dǎo)技術(shù)所應(yīng)用的低溫制冷系統(tǒng)的制備還 比較復(fù)雜，且制冷機(jī)的免維護(hù)壽命較短。比較復(fù)雜，且制冷機(jī)的免維護(hù)壽命較短。（4）超導(dǎo)裝備的低溫高電壓絕緣技術(shù)，實時）超導(dǎo)裝備的低溫高電壓絕緣技術(shù)，實時 監(jiān)測技術(shù)，集成技術(shù)以及與常規(guī)系統(tǒng)的匹監(jiān)測技術(shù)，集成技術(shù)以及與常規(guī)系統(tǒng)的匹 配協(xié)調(diào)運行等也需要進(jìn)一步研究。配協(xié)調(diào)運行等也需要進(jìn)一步研究。2.2.2.2.電磁儲能電磁儲能四、研究方向四、研究方向 1.降低成本。降低成本。 2.開發(fā)高溫超導(dǎo)線材。開發(fā)高溫超導(dǎo)線材。 3.研究變流器。研究變流器。 4.研究控制策略。研究控

24、制策略。 5.降低損耗和提高穩(wěn)定性。降低損耗和提高穩(wěn)定性。 6.研究失超保護(hù)技術(shù)。研究失超保護(hù)技術(shù)。2.3 2.3 化學(xué)儲能化學(xué)儲能2.3.1.鈉硫電池儲能鈉硫電池儲能2.3.2鋰離子電池儲能鋰離子電池儲能2.3.3.液流電池儲能液流電池儲能2.3.4超級電容儲能超級電容儲能2.3.5制氫儲能制氫儲能2.3.1.2.3.1.鈉硫電池儲能鈉硫電池儲能一、鈉硫電池的原理與特點一、鈉硫電池的原理與特點1.原理原理 鈉硫電池（鈉硫電池（NAS）以鈉和硫分別作陽極和陰）以鈉和硫分別作陽極和陰極，氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質(zhì)的雙極，氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質(zhì)的雙從作用。從作用。 電池形式電池形式：(-)

25、Na(液液)|氧化鋁氧化鋁|Na2SX,S(液液)(+)基本的電池反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：2Na 2Na+ + 2e-正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：2Na+ + xS + 2e- Na2Sx總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Na + xS Na2Sx2.結(jié)構(gòu)3.特點（1）比能量高。理論比能量為）比能量高。理論比能量為760Wh/kg,是鉛酸是鉛酸 電池的電池的3-4倍；倍；（2）功率大。單體電池功率可達(dá)到）功率大。單體電池功率可達(dá)到120W以上，以上， 形成模塊后功率可達(dá)數(shù)十千瓦，可直接用形成模塊后功率可達(dá)數(shù)十千瓦，可直接用 于儲能；于儲能；（3）庫倫效率高。由于采用固體電解質(zhì)，幾乎）庫倫效率高。由于采用固體電解質(zhì)，

26、幾乎 無自放電現(xiàn)象，充放電效率幾乎為無自放電現(xiàn)象，充放電效率幾乎為100%；（4）運行無污染。采用全密封結(jié)構(gòu)，運行中無）運行無污染。采用全密封結(jié)構(gòu)，運行中無 振動無噪聲，沒有氣體放出，預(yù)期壽命長。振動無噪聲，沒有氣體放出，預(yù)期壽命長。（5）制造便利、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。）制造便利、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。二、鈉硫電池發(fā)展現(xiàn)狀2.3.22.3.2鋰離子電池儲能鋰離子電池儲能一、鋰離子電池工作原理及結(jié)構(gòu)一、鋰離子電池工作原理及結(jié)構(gòu)1.原理原理 鋰鋰離子電池俗稱離子電池俗稱“搖椅電池?fù)u椅電池”，是由可脫嵌，是由可脫嵌LiLi+ + 為正、負(fù)級的二次電池，由正極、負(fù)極、電解液為正、負(fù)級的二

27、次電池，由正極、負(fù)極、電解液及隔膜，外加正負(fù)引線、電池殼、安全裝置等組及隔膜，外加正負(fù)引線、電池殼、安全裝置等組成。成。 正正極材料一般為鋰的化合物；負(fù)極材料一般為碳極材料一般為鋰的化合物；負(fù)極材料一般為碳材料等，目前硅等合金類負(fù)極也有部分應(yīng)用；電材料等，目前硅等合金類負(fù)極也有部分應(yīng)用；電解液一般由有機(jī)溶劑和電解質(zhì)（鋰鹽）組成。解液一般由有機(jī)溶劑和電解質(zhì)（鋰鹽）組成。以C負(fù)極、LiCoO2 正極為例的電化學(xué)表達(dá)式為(-)C6 | 1molL-1 LiPF6 EC + DEC | LiCoO2(+)正極反應(yīng)：LiCoO2 放電 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 充電 負(fù)極反應(yīng) ： x

28、Li+ + C6 +xe- 放電 C6 Lix 充電 常見鋰離子電池結(jié)構(gòu)參數(shù)電池結(jié)構(gòu)電池結(jié)構(gòu)外外 形形容量容量/mAh圓柱形18mm，高65mm22003000方形 長50mm、 寬34mm、 高4-8mm10003000聚合物可定制， ?。?.1mm）、大5010000扣式20mm,高2.5mm200二、鋰離子電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用 由于鋰離子電池能量密度大、自放電小，無記由于鋰離子電池能量密度大、自放電小，無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、可快速充放電、使用壽憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、可快速充放電、使用壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點，不僅可以滿足儲能系統(tǒng)命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點，不僅可以滿足儲能系統(tǒng)的電力調(diào)峰的

29、需要，而且具備向電力系統(tǒng)提供頻率的電力調(diào)峰的需要，而且具備向電力系統(tǒng)提供頻率控制、快速功率響應(yīng)等輔助服務(wù)的能力?？刂?、快速功率響應(yīng)等輔助服務(wù)的能力。 鋰鋰離子動力電池現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動儲存設(shè)備、離子動力電池現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動儲存設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)已經(jīng)比較成熟，屬電動汽車等領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)已經(jīng)比較成熟，屬于目前效率很高的儲能方式。許多國家已建或在建于目前效率很高的儲能方式。許多國家已建或在建鋰離子電池儲能示范工程，我國風(fēng)光儲示范工程中鋰離子電池儲能示范工程，我國風(fēng)光儲示范工程中的鋰離子電池儲能系統(tǒng)也是目前很有影響力的展示的鋰離子電池儲能系統(tǒng)也是目前很有影響力的展示成果。成果。2

30、.3.3.2.3.3.液流電池儲能液流電池儲能 1. 1.的基本特征：的基本特征： 液液流電池是一種電化學(xué)儲能技術(shù)，它由電堆單元、流電池是一種電化學(xué)儲能技術(shù)，它由電堆單元、電解質(zhì)溶液及電解質(zhì)溶液儲供單元、控制管理單電解質(zhì)溶液及電解質(zhì)溶液儲供單元、控制管理單元等部分組成。元等部分組成。 液液流電池系統(tǒng)的核心是由電堆和實現(xiàn)充、放電過流電池系統(tǒng)的核心是由電堆和實現(xiàn)充、放電過程的單電池按特定要求串聯(lián)而成的，結(jié)構(gòu)與燃料程的單電池按特定要求串聯(lián)而成的，結(jié)構(gòu)與燃料電池電堆相似。電池電堆相似。 電電堆儲能系統(tǒng)的成本、功率、循環(huán)壽命、效率、堆儲能系統(tǒng)的成本、功率、循環(huán)壽命、效率、維護(hù)等性能有很大影響。電堆是提供

31、電化學(xué)反應(yīng)維護(hù)等性能有很大影響。電堆是提供電化學(xué)反應(yīng)的場所，是實現(xiàn)儲能系統(tǒng)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的場所，是實現(xiàn)儲能系統(tǒng)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的場所，是釩電池系統(tǒng)的核心部分。的場所，是釩電池系統(tǒng)的核心部分。液流電池原理圖及電堆結(jié)構(gòu)示意圖2.電極反應(yīng) 全釩液流電池（全釩液流電池（VFB）正極電對為：）正極電對為：VO2+ /VO+2 ,負(fù)極負(fù)極為為V 2+/V3+ .電解質(zhì)在電池中循環(huán)。全釩液流電池充電電解質(zhì)在電池中循環(huán)。全釩液流電池充電時，電極反應(yīng)為：時，電極反應(yīng)為：正極：正極： VO2+ + H2O - e- VO+2 +2H+負(fù)極：負(fù)極： V3+ + e- V 2+ 總反應(yīng)總反應(yīng) ： VO2+

32、+ H2O + V3+ V 2+ + VO+2 + 2H+全釩液流電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為全釩液流電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為1.26V，實際使用中，由于電解液濃度、電，實際使用中，由于電解液濃度、電極性能、隔膜電導(dǎo)率等因素的影響，開路電壓可達(dá)到極性能、隔膜電導(dǎo)率等因素的影響，開路電壓可達(dá)到1.51.6V.3.全釩液流電池特點優(yōu)點：優(yōu)點：（1）輸出功率與儲能容量可控。）輸出功率與儲能容量可控。（2）安全性高。）安全性高。（3）啟動速度快。）啟動速度快。（4）電池倍率性能好。）電池倍率性能好。（5）電池壽命長。）電池壽命長。（6）電池自放電可控。）電池自放電可控。（7）制造和安置便利。）制造和安置便利。（8）電

33、池材料回收和再利用容易。）電池材料回收和再利用容易。不足：不足：（1）全釩液流電池的能量密度偏低。）全釩液流電池的能量密度偏低。（2）釩遷移與水?dāng)U散造成的物流失衡及容量）釩遷移與水?dāng)U散造成的物流失衡及容量 衰減。衰減。（3）液流電池運行的電流密度低。）液流電池運行的電流密度低。（4）電池系統(tǒng)成本高。）電池系統(tǒng)成本高。4.液流電池應(yīng)用 1.普能公司全釩液流電池布置普能公司全釩液流電池布置2.3.4 2.3.4 超級電容儲能超級電容儲能一、基本原理與分類： 超級電容器是以多孔性材料為電極，由正負(fù)電荷層形成的可實現(xiàn)可逆充放電的高靜電容量電容器，與普通電容器相比，它具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和

34、更大的存儲容量，有保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量快的特點，逐漸在儲能領(lǐng)域中被接受。根據(jù)工作原理不同分為雙電層電容雙電層電容器器和贗電容器贗電容器兩種。1.雙電層電容器（EDLC）工作原理圖工作原理圖2.贗電容器（也稱法拉第電容）原理：原理：電極表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)電極表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)反應(yīng)方程式：反應(yīng)方程式： NiO+OH- NiOOH + e- 與電池中的電化學(xué)反應(yīng)不同，贗電容中的電與電池中的電化學(xué)反應(yīng)不同，贗電容中的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)只發(fā)生在電極材料的表面，其充放電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)只發(fā)生在電極材料的表面，其充放電過程要遠(yuǎn)快于普通電池。過程要遠(yuǎn)快于普通電池。3.特點優(yōu)點：優(yōu)點：（1）在很小的體積下達(dá)到法

35、拉級的電容量；）在很小的體積下達(dá)到法拉級的電容量；（2）無須特別的充電電路和控制放電電路；）無須特別的充電電路和控制放電電路；（3）和電池相比，過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù)）和電池相比，過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù) 面影響。面影響。（4）超級電容可焊接，不存在像電池接觸不牢固等問題。）超級電容可焊接，不存在像電池接觸不牢固等問題。不足：不足：（5）使用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄露等現(xiàn)象。）使用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄露等現(xiàn)象。（6）和鋁電解質(zhì)相比，內(nèi)阻較大，因而不可以）和鋁電解質(zhì)相比，內(nèi)阻較大，因而不可以 用于用于 交流電路交流電路（7）儲能密度不如蓄電池）儲能密度不如蓄電池二、研究與發(fā)展現(xiàn)狀2.3.5 2

36、.3.5 制氫儲能制氫儲能 可再生能源包括太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿龋档米⒁獾氖?，這些能源均有同樣的載體，即氫。 在所有的能源中，氫能被認(rèn)為是最環(huán)保的能源。如使用燃料電池技術(shù)，將其與氧氣反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能過程中，僅有水生成，沒有任何污染物有害氣體排除；另一方面，當(dāng)將其進(jìn)行儲存時，利用電能或則太陽能將水分解制氫或則高壓儲氫均不會產(chǎn)生其他有害的氣體或污染物。一、電能及熱能向氫能的轉(zhuǎn)化1.電解水制氫（電能電解水制氫（電能-氫能系統(tǒng)）氫能系統(tǒng)）原理：原理：陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：4e- +4H2O=2H 2+4OH- 陽極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：4OH- =O2 + 2H2O + 4e-二、熱和光化學(xué)制

37、氫（太陽能-氫能系統(tǒng)） 利用太陽能制氫的方式有以下幾種：利用太陽能制氫的方式有以下幾種： 太陽能電解水制氫、熱化學(xué)制氫、熱解水制氫、光催太陽能電解水制氫、熱化學(xué)制氫、熱解水制氫、光催化制氫以及光合作用制氫等。化制氫以及光合作用制氫等。 太陽能電解水制氫包括兩種工作模式：一種是將太陽太陽能電解水制氫包括兩種工作模式：一種是將太陽能基于光伏效應(yīng)先轉(zhuǎn)化成電能，再將電能用于電解水制氫，能基于光伏效應(yīng)先轉(zhuǎn)化成電能，再將電能用于電解水制氫，稱為間接電解水制氫；另一種是將太陽能直接電解制氫，稱為間接電解水制氫；另一種是將太陽能直接電解制氫，主要是基于光化學(xué)電池和半導(dǎo)體光催化法，它的特別之處主要是基于光化學(xué)電池和半導(dǎo)體光催化法，它的特別之處是陽極與傳統(tǒng)電極不同，多為光電半導(dǎo)體材料，可以感光是陽極與傳統(tǒng)電極不同，多為光電半導(dǎo)體材料，可以感光并吸收太陽能并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，從而制備出氫氣。并吸收太陽能并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，從而制備出氫氣。 熱化學(xué)制氫被認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的熱化學(xué)制氫被認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的太陽能制氫技術(shù)。太陽能制氫技術(shù)。 三 、燃料電池1.氫能向電能及熱能的轉(zhuǎn)化：氫能向電能及熱能的轉(zhuǎn)化： 氫能的使用，一般來說是以燃料電池的工作