大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)

第三章大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)——大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)智能電網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)是太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電成為主力能源需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)儲(chǔ)能電池發(fā)展趨勢(shì)?

在美國(guó)“電網(wǎng)2030”計(jì)劃中，把用于調(diào)峰的儲(chǔ)

能、用于暫態(tài)限制的儲(chǔ)能列為2010年發(fā)展

目標(biāo)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，把高壓直流

儲(chǔ)能列為2020年區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，

大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)列為優(yōu)先級(jí)最高的目標(biāo)技

術(shù)。在地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中也把開(kāi)發(fā)大

規(guī)模儲(chǔ)能列為優(yōu)先級(jí)最高的技術(shù)，包括儲(chǔ)

能電池、超級(jí)電容器、功率變換器、控制

器、儲(chǔ)能與電能質(zhì)量相結(jié)合的設(shè)備開(kāi)發(fā)等。歐洲儲(chǔ)能電池發(fā)展趨勢(shì)?

歐洲電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要是面向可再生

能源系統(tǒng)和未來(lái)的電力系統(tǒng)，在電網(wǎng)的近

期、中期及長(zhǎng)期的研究計(jì)劃中，將能量?jī)?chǔ)

存和電能質(zhì)量的保證放在重要研究地位。

如在英國(guó)科學(xué)基金和國(guó)家項(xiàng)目中，有關(guān)英

國(guó)電網(wǎng)的大部分支撐技術(shù)都是儲(chǔ)能技術(shù)。

歐共體同樣關(guān)注儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，它是解

決可再生能源的有效利用問(wèn)題的關(guān)鍵。日本能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的市場(chǎng)機(jī)遇上世紀(jì)80年代：–采用飛輪、超級(jí)電容器和可充電電池作為電站調(diào)峰目的的儲(chǔ)能系統(tǒng)曾經(jīng)得到發(fā)展，但沒(méi)有取得實(shí)用價(jià)值21世紀(jì)始：–伴隨風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電規(guī)模增大，蓄電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)被考慮用于穩(wěn)定它們的輸出，因?yàn)樗鼈兪艿綒夂虻挠绊懆C光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)–風(fēng)力發(fā)電及大型太陽(yáng)電站儲(chǔ)能裝置（ESS)日本IIT：當(dāng)今焦點(diǎn)在鋰離子電池

（LIB)小型應(yīng)用

90年代起始；電動(dòng)車應(yīng)用

2010年代起始；儲(chǔ)能應(yīng)用2020年代起始；穩(wěn)定增長(zhǎng)；

產(chǎn)品問(wèn)世；日本與韓國(guó)競(jìng)爭(zhēng)；

定位游戲；

市場(chǎng)測(cè)試；光伏？輔助系統(tǒng)？投資游戲；儲(chǔ)能將是第三個(gè)大市場(chǎng)？三大蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖我國(guó)已將儲(chǔ)能電池技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)?

“電能利用和電能儲(chǔ)存技術(shù)”已被列為我國(guó)

電網(wǎng)前瞻性關(guān)鍵技術(shù)之一，以確?；ヂ?lián)大

電網(wǎng)安全，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，改善區(qū)

域供電品質(zhì)和綠色能源電力輸出特性。大規(guī)模儲(chǔ)能蓄電的作用用于調(diào)節(jié)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性用于電網(wǎng)的“削峰填谷”用于用電大戶的“谷電”蓄電用于重要部門和重要設(shè)施的應(yīng)急電源及備用電源用于“非并網(wǎng)”風(fēng)電光伏直接利用中的調(diào)節(jié)電源設(shè)備類型用戶類型功率等級(jí)能量等級(jí)便攜式設(shè)備-1~100WWh運(yùn)輸工具汽車25~100KW100KWh火車、輕軌列車100~500KW500KWh潛艇1~20MW10MWh靜止設(shè)備家庭1KW5KWh小型工業(yè)和商業(yè)設(shè)施10~100KW25KWh配電網(wǎng)MWMWh輸電網(wǎng)10MW10MWh發(fā)電站10~100MW10~100MWh不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)

能量和功率密度的要求是不同的電能可以轉(zhuǎn)換為化學(xué)能、勢(shì)能、動(dòng)能、電磁能等形態(tài)存儲(chǔ)，按照其具體方式可分為物理、電磁、電化學(xué)和相變儲(chǔ)能四大類型物理儲(chǔ)能抽水蓄能壓縮空氣儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能電磁儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能相變儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能超級(jí)電容儲(chǔ)能鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲(chǔ)能冰蓄冷儲(chǔ)能無(wú)機(jī)鹽高溫相變儲(chǔ)能P.S.：以下主要介紹大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)的分類1.

機(jī)械儲(chǔ)能)抽水蓄能壓縮空氣儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能配備上、下游兩個(gè)水庫(kù)，負(fù)荷低谷時(shí)段抽水儲(chǔ)能設(shè)備工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，將下游水庫(kù)的水抽到上游水庫(kù)保存，負(fù)荷高峰時(shí)抽水儲(chǔ)能設(shè)備工作于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，利用儲(chǔ)存在上游水庫(kù)中的水發(fā)電原理抽水蓄能上水庫(kù)有無(wú)天然徑流匯入純抽水

蓄能電站混合抽水

蓄能電站調(diào)水式抽水

蓄能電站按一定容量建設(shè)，儲(chǔ)存能量的釋放時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾天，綜合效率在70%~85%之間抽水蓄能的分類

抽水儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)從幾小時(shí)到幾天的儲(chǔ)能，儲(chǔ)能效率在70%～85%之間。儲(chǔ)能量?jī)H與水庫(kù)容量和落差有關(guān)，可提供最大能量和最長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能。抽水儲(chǔ)能電站技術(shù)成熟，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，一般工業(yè)國(guó)家抽水儲(chǔ)能電站可達(dá)總裝機(jī)容量的10%左右。

主要用于移峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、備用容量和黑啟動(dòng)等。抽水蓄能的特點(diǎn)功率、容量大響應(yīng)迅速抽水儲(chǔ)能的缺點(diǎn)是：只能建在符合條件的山區(qū)，距主要用電高峰的人口稠密的平原地區(qū)和城區(qū)距離遠(yuǎn)，輸變電成本高。日、美、西歐等國(guó)家和地區(qū)在20世紀(jì)60~70年代進(jìn)入抽水蓄能電站建設(shè)的高峰期，到目前為止，美國(guó)和西歐經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水儲(chǔ)能機(jī)組容量占世界抽水蓄能電站總裝機(jī)容量55%以上，其中：美國(guó)約占3%，日本超過(guò)10%；中國(guó)、韓國(guó)和泰國(guó)3個(gè)國(guó)家在建抽水蓄能電站17.53GW，加上日本的在建量達(dá)24.65GW。近年國(guó)外投入運(yùn)行的8大抽水蓄能電站：電站國(guó)家裝機(jī)容量/MW投入年份落基山美國(guó)7601995錫亞比舍伊朗10001996奧清津Ⅱ日本6001996葛野川日本16001999拉姆它昆泰國(guó)10002000金谷德國(guó)10602003神流川日本28202005小丸川日本12002007抽水蓄能的應(yīng)用壓縮空氣儲(chǔ)能電站（compressedairenergystorage,CAES）是一種調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，主要利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在典型壓力7.5MPa的高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。壓縮空氣蓄能在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電過(guò)程中，燃料的2/3用于空氣壓縮，其燃料消耗可以減少2/3，所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少70%，同時(shí)可以降低投資費(fèi)用、減少排放。CAES建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站，但其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制。地下儲(chǔ)氣站有多種模式，其中最理想的是水封恒壓儲(chǔ)氣站，能保持輸出恒壓氣體，保障燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。壓縮空氣蓄能的特點(diǎn)CAES儲(chǔ)氣庫(kù)漏氣開(kāi)裂可能性極小，安全系數(shù)高，壽命長(zhǎng)，可以冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快，主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)節(jié)、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。100MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)成熟，利用渠氏超導(dǎo)熱管技術(shù)可使系統(tǒng)換能效率達(dá)到90%。大容量化和復(fù)合發(fā)電化將進(jìn)一步降低成本。隨著分布式能量系統(tǒng)的發(fā)展以及減小儲(chǔ)氣庫(kù)容積和提高儲(chǔ)氣壓力至10~14MPa的需要，8~12MW微型壓縮空氣蓄能系統(tǒng)（micro-CAES）已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。應(yīng)用發(fā)展方向壓縮空氣蓄能世界上第一個(gè)商業(yè)化CAES電站為1978年在德國(guó)建造的Huntdorf電站，裝機(jī)容量為290MW，換能效率77%，運(yùn)行至今，累計(jì)啟動(dòng)超過(guò)7000次，主要用于熱備用和平滑負(fù)荷。在美國(guó)，McIntosh電站裝機(jī)容量為100MW，Norton電站裝機(jī)容量為2.7GW，用于系統(tǒng)調(diào)峰；2005年由Ridge和EIPaso能源公司在Texas開(kāi)始建造Markham電站，容量為540MW。在日本，1998年施工建設(shè)北海道三井砂川礦坑儲(chǔ)氣庫(kù)，2001年CAES運(yùn)行，輸出功率2MW。在瑞士，ABB公司正在開(kāi)發(fā)大容量聯(lián)合循環(huán)CAES電站，輸出功率442MW，運(yùn)行時(shí)間為8h，貯氣空洞采用水封方式。此外，俄羅斯、法國(guó)、意大利、盧森堡、以色列等國(guó)也在長(zhǎng)期致力于CAES的開(kāi)發(fā)。壓縮空氣儲(chǔ)能電站的建設(shè)飛輪儲(chǔ)能裝置主要包括3個(gè)核心部分：飛輪、電機(jī)和電力電子裝置。他將外界輸入的電能通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)外界需要電能的時(shí)候，又通過(guò)發(fā)電機(jī)將飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，輸出到外部負(fù)載，要求空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候損耗非常小。飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能特點(diǎn)

優(yōu)勢(shì)效率：70%-90%；能量密度：最高130Wh/kg；輸出功率：kW-MW，由電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和電力變換裝置決定；響應(yīng)速度：5-25ms，5-15s達(dá)到額定輸出；壽命：大于20年；工作溫度：-40℃～50℃低維護(hù)、環(huán)境友好

限制系統(tǒng)復(fù)雜；有高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件；軸承待機(jī)損耗問(wèn)題無(wú)噪音、無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)單，主要用于不間斷電源(UPS)/應(yīng)急電源(EPS)、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。應(yīng)用發(fā)展

方向飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能技術(shù)取得突破性進(jìn)展是基于下述三項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展:一是高能永磁及高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)；二是高強(qiáng)纖維復(fù)合材料的問(wèn)世；三是電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展。

當(dāng)我們將一塊永磁體的一個(gè)極對(duì)準(zhǔn)超導(dǎo)體，并接近超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體上便產(chǎn)生了感應(yīng)電流。該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)剛好與永磁的磁場(chǎng)相反，于是二者便產(chǎn)生了斥力。由于超導(dǎo)體的電阻為零，感生電流強(qiáng)度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導(dǎo)體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對(duì)上下左右的干擾都產(chǎn)生抗力，干擾力消除后仍能回到原來(lái)位置，從而形成穩(wěn)定的磁懸浮。若將下面的超導(dǎo)體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產(chǎn)生斥力，故永磁懸浮是不穩(wěn)定的。超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)示意圖Beaconpower50kWh/100kW的飛輪儲(chǔ)能示范電站8個(gè)6kWh/15kW飛輪單體MW級(jí)飛輪儲(chǔ)能示范電站25kWh/100kW飛輪單體飛輪儲(chǔ)能ActivePower單體容量可達(dá)130-1200kVA，可并聯(lián)成MW級(jí)系統(tǒng)；飛輪UPS系統(tǒng)飛輪儲(chǔ)能年份研發(fā)機(jī)構(gòu)基本參數(shù)技術(shù)特點(diǎn)作用不詳日本四國(guó)綜合研究所8MWh，儲(chǔ)能放電各4h，待機(jī)16h高溫超導(dǎo)磁浮立式軸承，儲(chǔ)能效率84%平滑負(fù)荷不詳日本原子力研究所215MW/8GJ輸出電壓18kV，輸出電流6896A，儲(chǔ)能效率85%UPS不詳美國(guó)Vista公司277kWh引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全程調(diào)峰1991美國(guó)馬里蘭大學(xué)24kWh，轉(zhuǎn)速11610~46345rad/min電磁懸浮軸承,輸出恒壓110V/240V，全程效率81%電力調(diào)峰1996德國(guó)5MW/100MWh，轉(zhuǎn)速2250~4500rad/min超導(dǎo)磁浮軸承,儲(chǔ)能效率96%儲(chǔ)能電站2004巴西額定轉(zhuǎn)速30000rad/min超導(dǎo)與永磁懸浮軸承電壓補(bǔ)償世界范圍內(nèi)飛輪儲(chǔ)能典型的應(yīng)用案例2電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能（SMES）超級(jí)電容儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能（SMES）超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載。

SMES一般由超導(dǎo)線圈及低溫容器、制冷裝置、變流裝置和測(cè)控系統(tǒng)組成。SMES可以分為低溫超導(dǎo)儲(chǔ)能與高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能兩種。

超導(dǎo)線圈在通過(guò)直流電流時(shí)沒(méi)有焦耳損耗。因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能適用于直流系統(tǒng)。它可傳輸?shù)钠骄娏髅芏缺纫话愠Ｒ?guī)線圈要高１－２個(gè)數(shù)量級(jí)；可以達(dá)到很高的能量密度，約為108J／m3。

它與其他的儲(chǔ)能方式如蓄電池儲(chǔ)能、壓縮空氣蓄能、抽水儲(chǔ)能及飛輪儲(chǔ)能相比，具有轉(zhuǎn)換效率高（可達(dá)９５％），響應(yīng)速度快(毫秒級(jí))，功率密度和能量密度大，壽命長(zhǎng)、污染小等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是成本高，包括裝置成本和運(yùn)行成本。

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷，而且可用于降低甚至消除電網(wǎng)的低頻功率振蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性。此外，它還可用于無(wú)功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。超級(jí)電容儲(chǔ)能（SCES）

超級(jí)電容器是一種具有超級(jí)儲(chǔ)電能力，可提供強(qiáng)大的脈沖功率的物理二次電源。它是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，所以又稱雙電層電容器。

超級(jí)電容器的問(wèn)世實(shí)現(xiàn)了電容量由微法級(jí)向法拉級(jí)的飛躍，徹底改變了人們對(duì)電容器的傳統(tǒng)印象。目前，超級(jí)電容器已形成系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)電容量

0.5-1000F

，工作電壓

12-400V

，最大放電電流

400-2000A

。

優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)壽命若干萬(wàn)次，比功率高；缺點(diǎn)：比容量?。粏挝荒芰客顿Y高；關(guān)鍵：開(kāi)拓毫秒-秒級(jí)的應(yīng)用、降低成本超級(jí)電容工作原理：

性能特點(diǎn)：

1.

具有法拉級(jí)的超大電容量；

2.

比脈沖功率比蓄電池高近十倍；

3.

充放電循環(huán)壽命在十萬(wàn)次以上；

4.

能在

-40oC-60oC

的環(huán)境溫度中正常使用；

5.

有超強(qiáng)的荷電保持能力，漏電源非常小；

6.

充電迅速，使用便捷，充電電路簡(jiǎn)單，無(wú)記憶效應(yīng)；

7.

無(wú)污染，真正免維護(hù)。多孔化電極采用活性炭粉、活性碳和活性炭纖維，電解液采用有機(jī)電解質(zhì)。多孔性的活性碳有極大的表面積，在電解液中吸附著電荷，因而將具有極大的電容量，并可以存儲(chǔ)很大的靜電能量。 雙電層

超級(jí)電容器的充放電過(guò)程始終是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。超級(jí)電容的應(yīng)用：1.

配合蓄電池應(yīng)用于各種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的電啟動(dòng)系統(tǒng)，如：

汽車、坦克、鐵路內(nèi)燃機(jī)車等，能有效保護(hù)蓄電池，延

長(zhǎng)其壽命，減小其配備容量，特別是在低溫和蓄電池虧

電的情況下，確?？煽繂?dòng)。2.

用作高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的直流操作電源。3.

用作電動(dòng)車輛起步，加速及制動(dòng)能量的回收，提高加速

度，有效保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，節(jié)能。4.

代替蓄電池用于短距離移動(dòng)工具（車輛），其優(yōu)勢(shì)是充電時(shí)間非常短。5.

用于重要用戶的不間斷供電系統(tǒng)。6.

用于風(fēng)力及太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。7.

應(yīng)用電脈沖技術(shù)設(shè)備，如：點(diǎn)焊機(jī)、軌道電路光焊機(jī)、充磁機(jī)、

X

光機(jī)等。超級(jí)電容器用于電力機(jī)車節(jié)電功率300kW；儲(chǔ)能量850Wh；組成：雙向DC/DC，640支超級(jí)電容器，2.5V/2600F；重量477kg；體積1900×950×455mm車載儲(chǔ)能裝置龐巴迪Mitrac節(jié)電裝置3.電化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸蓄電池鈉硫電池液流電池鋰離子電池電能化學(xué)能電池種類鉛酸鎳鎘鎳氫鋰離子鈉硫全釩液流單體標(biāo)稱電壓/V2.01.0~1.31.0~1.33.72.081.4研發(fā)機(jī)構(gòu)主要電池廠家主要電池廠家主要電池廠家主要電池廠家東京電力公司、NGK、上海電力公司VRB、V-FuelPty、住友電工、關(guān)西電力公司、中國(guó)電力科學(xué)研究院電力儲(chǔ)能系統(tǒng)可利用的主要電池3.電化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池(Lead

Acid

Battery)工作原理：鉛酸蓄電池的負(fù)極是海綿狀的鉛制成，正極是二氧化鉛制成，海綿狀的鉛和二氧化鉛均為活性物質(zhì)，在比重為1.28的硫酸水溶液（電解液）中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。放電反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充電反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4閥控鉛酸蓄電池(VRLA,

Valve

Regulated

Lead

Acid

Battery)閥控鉛酸蓄電池與汽車等用的普通鉛酸蓄電池相比有二個(gè)主要特點(diǎn)：一是密封；二是干態(tài)。

密封是指基本無(wú)酸霧排出。一般情況下閥控鉛酸蓄電池在運(yùn)行（充放電）過(guò)程中是“零排放”，只有在充電后期蓄電池內(nèi)的氣體壓力超過(guò)安全閥的開(kāi)放壓力時(shí)才有少量的氫和氧混合氣體排放，此時(shí)用過(guò)濾材料濾去帶出的少量酸霧。干態(tài)是指閥控鉛酸蓄電池沒(méi)有自由流動(dòng)的電解液，可以任何方向放置，不怕顛簸、碰撞，即使外殼破裂也不會(huì)有酸漏出。磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)2002年出現(xiàn)，由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的應(yīng)用，也稱磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。LiFePO4電池的結(jié)構(gòu)與工作原理：

左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開(kāi)，鋰離子Li+可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò)，右邊是由碳（石墨）組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。

LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過(guò)程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)回遷移而命名的。鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)：高比能量；高比功率；高能量轉(zhuǎn)換效率；長(zhǎng)循環(huán)壽命不足：有的體系安全性較差；價(jià)格還不夠低鋰離子動(dòng)力電池，是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)興起的關(guān)鍵磷酸亞鐵鋰、鈦酸鋰等新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，大大改善了鋰離子電池的安全性能和循環(huán)壽命，從而可能將鋰離子電池用于更大規(guī)模的儲(chǔ)能磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的主要性能LiFePO4電池的特點(diǎn)：1.

高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10s）可達(dá)20C；2.

高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，

電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；3.

即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；4.

極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；5.

過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；6.

可快速充電；7.

低成本；8.

對(duì)環(huán)境無(wú)污染。一種型號(hào)為STL18650的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池（容量為1100mAh）在不同的放電率時(shí)其放電特性：不管哪一種放電率，其放電過(guò)程中電壓是很平坦的（即放電電壓平穩(wěn)，基本保持不變），只有快到終止放電電壓時(shí)，曲線才向下彎曲（放電量達(dá)到800mAh以后才出現(xiàn)向下彎曲）。在0.5～10C的放電率范圍內(nèi)，輸出電壓大部分在

2.7～3.2V范圍內(nèi)變化。這說(shuō)明該電池有很好的放電特性。STL18650的充放電循環(huán)壽命曲線在經(jīng)過(guò)570次充放電循環(huán)，其放電容量未變，說(shuō)明該電池有很高的壽命。鈉硫電池（Sodium-Sulfur

Battery

）

鈉硫電池是美國(guó)福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，其比能量高、可大電流、高功率放電。日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開(kāi)發(fā)鈉硫電池作為儲(chǔ)能電池，其應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)電站負(fù)荷調(diào)平、UPS應(yīng)急電源及瞬間補(bǔ)償電源等，并于2002年開(kāi)始進(jìn)入商品化實(shí)施階段，截止2007統(tǒng)計(jì)，日本年產(chǎn)鈉硫電池電池量已超過(guò)100MW，同時(shí)開(kāi)始向海外輸出。

鈉硫電池是以beta-氧化鋁為電解質(zhì)和隔膜，并分別以金屬鈉和多硫化鈉為負(fù)極和正極的二次電池。

該電池最大的特點(diǎn)是：比能量高，是鉛酸電池的3~4倍；可大電流、高功率放電；充放電效率幾乎高達(dá)100％。但鈉硫電池的不足之處是其工作溫度在300℃~350℃，需要一定的加熱保溫。另外過(guò)充時(shí)很危險(xiǎn)。鈉硫電池的工作原理：以固體電解質(zhì)導(dǎo)電陶瓷（beta-Al2O3）為電解質(zhì)隔膜,

熔融硫和鈉分別作陰陽(yáng)極.正是因?yàn)殁c硫電池采用的材料特殊

,

所以能連續(xù)充電近兩萬(wàn)次

,

也就是說(shuō)相當(dāng)于近60年的使用壽命

,

且終生不用維修

,

不排放任何有害物質(zhì)

,

也無(wú)二次污染公害

,

這是別的電池?zé)o法達(dá)到的。鈉硫電池是靠電子轉(zhuǎn)移而再生能量

,

所以它充電時(shí)間相當(dāng)短暫

,

一次充電可運(yùn)行

10

―

11

小時(shí)

,

它經(jīng)熱反應(yīng)后所產(chǎn)生的理論能量密度為786

Wh/kg

,

實(shí)際能量密度為

300

Wh/kg

.

這約是鉛酸電池的十倍

,鎳氫電池的四倍

,

鋰電池的三倍

.陰極反應(yīng)：2Na

–

2e

=

2Na+陽(yáng)極反應(yīng)：xS

+

2e

=

Sx2-總反應(yīng)：

2N

a

+

xS=

Na2Sx我國(guó)的鈉硫電池研究現(xiàn)狀：鈉硫電池的研發(fā)在國(guó)際上方興未艾。

2006年8月,上海硅酸鹽研究所與上海市電力公司開(kāi)展了大容量鈉硫單體電池的合作研發(fā)。5個(gè)月后，650Ah的單體電池試制成功,我國(guó)成為繼日本之后世界上第二個(gè)掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國(guó)家。2007年8月,雙方共建“上海鈉硫電池研制基地”，不久便攻克了鈉硫電池制備關(guān)鍵技術(shù)，成功研制170余臺(tái)套具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)與性能評(píng)價(jià)裝備，貫通了年產(chǎn)2兆瓦的鈉硫儲(chǔ)能電池中試線，實(shí)現(xiàn)10千瓦儲(chǔ)能系統(tǒng)成功演示。鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在上海世博園示范運(yùn)行。鈉硫電池不足：高溫運(yùn)行，啟動(dòng)慢；費(fèi)用較高；材料腐蝕、安全性較差。優(yōu)點(diǎn)：高比功率；高比能量；轉(zhuǎn)換率高。34MW鈉硫電池儲(chǔ)能電站全釩液流電池

工作原理：液流電池全礬液流電池與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)6MW/6MWh清華大學(xué)電機(jī)系電工新技術(shù)研究所的VRB樣機(jī)試驗(yàn)用釩電池參數(shù)：額定電壓：50V額定電流：50A額定功率：2.5kW額定容量：5kWh最大功率：9kW端電壓區(qū)間：40~64VVRB

的應(yīng)用v

不間斷電源供應(yīng)系統(tǒng)v

太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)能v

風(fēng)電的緩沖系統(tǒng)v

調(diào)峰電站v

邊遠(yuǎn)地區(qū)電力系統(tǒng)v

分散式儲(chǔ)能v

交通工具的動(dòng)力國(guó)外VRB

樣機(jī)

1--

加拿大VRBPOWER公司

輸出功率:

200KW

電池容量

1100KWh

最大輸出功率:

400KW×10秒

電解液體積:

55m3

占地面積：

70m2國(guó)外VRB

樣機(jī)2

–

日本住友電工的風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)1998年建成20KW實(shí)驗(yàn)電堆，運(yùn)行超過(guò)16000次循環(huán)2001年開(kāi)始170

kW×6h規(guī)模的示范工程2005年，擴(kuò)大到6

MW×25min

;

4MW×90min機(jī)械儲(chǔ)能

抽水蓄能

電力系統(tǒng)最早采

用的大規(guī)模、集

中式儲(chǔ)能手段；

技術(shù)成熟、可靠

，容量大；

建造受地理?xiàng)l件

限制，工程工期

長(zhǎng)。

飛輪

功率幾kW—MW，

時(shí)間分鐘-小時(shí)；

幾乎不需運(yùn)行維護(hù)

，壽命長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境

無(wú)不良影響；

適用于在時(shí)間和容

量方面介于短時(shí)和

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能之間的場(chǎng)

合。

壓縮空氣目前只有德國(guó)、美國(guó)、日

本和以色列建成過(guò)示范性

工程；容量大；建造受地質(zhì)條件限制，需

要配以天然氣或油等非可

再生一次能源。各儲(chǔ)能技術(shù)比較分析電化學(xué)儲(chǔ)能

鈉硫電池

目前最大容量達(dá)

到34MW/51MWh

原材料豐富，能

量密度和轉(zhuǎn)換效

率高；

成本高，降價(jià)空間

小，存在安全隱

患；

鋰離子電池容量達(dá)到MW/MWh

級(jí)；

儲(chǔ)能密度和功率密

度高、效率高、循

環(huán)壽命長(zhǎng)；

安全性有待提高；

存在較大的降價(jià)空

間。

液流電池容量達(dá)到MW/MWh級(jí)；功率與容量彼此獨(dú)立，循

環(huán)壽命長(zhǎng)，可深放電而不

影響電池壽命，可響應(yīng)頻

繁充放電切換；能量密度低、效率低；各儲(chǔ)能技術(shù)比較分析電化學(xué)儲(chǔ)能

鉛酸電池

目前最大容量達(dá)

到40MWh

技術(shù)成熟，成本

低；

循環(huán)壽命短，存

在環(huán)保問(wèn)題；各儲(chǔ)能技術(shù)比較分析電磁場(chǎng)儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

功率特性好

能量密度較低