儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展課件

儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展昝小舒儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展昝小舒應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)什么是儲(chǔ)能技術(shù)？應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)特指通過機(jī)械的、電磁的、電化學(xué)電等方法，將能量存儲(chǔ)起來，在需要的時(shí)候，再通過機(jī)械的、電磁的、電化學(xué)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為用電設(shè)備提供電能的技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)什么是儲(chǔ)能技術(shù)？應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)特指通儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)智能電網(wǎng)風(fēng)能發(fā)電光伏發(fā)電電動(dòng)車通信電源電子產(chǎn)品軍工產(chǎn)品儲(chǔ)能技術(shù)有什么用？儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)智能電網(wǎng)風(fēng)能發(fā)電光伏發(fā)電電動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)功率等級(jí)能量等級(jí)設(shè)備類型用戶舉例≤1WMWh便攜儲(chǔ)能設(shè)備電子表、手機(jī)1W～100WWh電子設(shè)備、電動(dòng)工具≤500W≤500Wh移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備電動(dòng)自行車10kW～200kW2kWh～200kWH節(jié)能與新能源汽車100kW～500kW～500kWh鐵路機(jī)車、城市軌道交通車1kW5kWh固定儲(chǔ)能設(shè)備家用儲(chǔ)能設(shè)備10kW～100kW30kWh小型工業(yè)和商業(yè)設(shè)施兆瓦吉瓦M(jìn)Wh、GWh級(jí)智能電網(wǎng)、風(fēng)能、光伏移峰填谷儲(chǔ)能電站儲(chǔ)能設(shè)備分類儲(chǔ)能技術(shù)功率等級(jí)能量等級(jí)設(shè)備類型用戶舉例≤1WMWh便攜電子儲(chǔ)能技術(shù)

近幾十年來，儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的高度重視發(fā)展創(chuàng)新性儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)加快發(fā)展我國新能源產(chǎn)業(yè)有決定性意義

儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)分類：機(jī)械儲(chǔ)能：抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能化學(xué)儲(chǔ)能：鉛酸電池、鎳系電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池電磁儲(chǔ)能：超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能

儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)分類：機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能指電能通過轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形態(tài)儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)，可再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能為用電設(shè)備提供電能。機(jī)械儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能指電能通過轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形態(tài)儲(chǔ)存起來機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀：19世紀(jì)90年代于意大利和瑞士得到應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全世界共有超過90GW的抽水蓄能機(jī)組投入運(yùn)行。日、美、西歐等國20世紀(jì)60～70年代出現(xiàn)抽水蓄能電站的建設(shè)高峰。其中日本是世界上機(jī)組水平最高的國家，在技術(shù)方面引領(lǐng)世界潮流。我國上世紀(jì)90年代開始發(fā)展，有廣州抽水蓄能1期，十三陵，浙江天荒坪等抽水蓄能電站。資料統(tǒng)計(jì)，已裝機(jī)5.7GW，占全國裝機(jī)容量的1.8%。機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀：機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)上成熟可靠，容量可以做的很大，受水庫庫容限制。缺點(diǎn)：建造受地理?xiàng)l件限制，需合適落差的高低水庫，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心；抽水和發(fā)電中有相當(dāng)數(shù)量的能量被損失，儲(chǔ)能密度較差；建設(shè)周期長，投資大；機(jī)械儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮控制儲(chǔ)能（compressedairenergystorage，CAES）是一種類似于燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備。需要儲(chǔ)能時(shí)，采用電動(dòng)空氣壓縮設(shè)備，將空氣縮到大型儲(chǔ)氣設(shè)備中實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。需要釋放能量時(shí)，利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮控制儲(chǔ)能（compre機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能

發(fā)展現(xiàn)狀：世界上第一個(gè)商業(yè)化CAES電站為1978年在德國建造，裝機(jī)容量為290MW，換能效率77%。美國在2009年將壓縮空氣儲(chǔ)能列為未來十大技術(shù)。美國電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）建有220MW壓縮空氣試驗(yàn)站。我國對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)尚處于初始研究階段。機(jī)械儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能（FlywheelEnergyStorage）將能量以動(dòng)能形式儲(chǔ)存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。由高強(qiáng)度合金和復(fù)合材料的轉(zhuǎn)子、高速軸承、雙饋電機(jī)，電力轉(zhuǎn)換器和真空安全罩組成。

電能驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能變飛輪動(dòng)能儲(chǔ)存，需要時(shí)，飛輪減速，電動(dòng)機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，飛輪的加速和減速實(shí)現(xiàn)了充電和放電。機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能（FlywheelE機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能1999年歐洲UrencPower公司利用高強(qiáng)度碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料制作飛輪，轉(zhuǎn)速為42000rad/min，2001年1月系統(tǒng)投入運(yùn)行，充當(dāng)UPS，儲(chǔ)能量達(dá)到18MJ機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能1999年歐洲UrencPower機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能特點(diǎn)：儲(chǔ)能密度高、充放電速度快、效率高、壽命長、無污染、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前用于調(diào)峰、風(fēng)力發(fā)電，太陽能儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、UPS、低軌道衛(wèi)星、電磁炮、魚雷。國內(nèi)相關(guān)單位：清華大學(xué)工程物理系飛輪儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室、華科大、華北電大、中科院電工所。2009年8月5日，國內(nèi)最先進(jìn)和可靠的兩臺(tái)250kVA移動(dòng)式飛輪發(fā)電車落戶北京電力公司，執(zhí)行供電保障和應(yīng)急供電任務(wù)機(jī)械儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能特點(diǎn)：化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池鎳系電池鋰系電池液流電池鈉硫電池化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下：

陽極板(過氧化鉛.PbO2)--->活性物質(zhì)陰極板(海綿狀鉛.Pb)--->活性物質(zhì)電解液(稀硫酸)--->硫酸(H2SO4)+水(H2O)電池外殼隔離板其它(液口栓.蓋子等)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池

原理：鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電力。 放電狀態(tài)，陰陽極及電解液即會(huì)發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbO2+2H2SO4+Pb--->PbSO4+2H2O+PbSO4(放電反應(yīng))

(過氧化鉛)(硫酸)(海綿狀鉛)

蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),生成新化合物『硫酸鉛』。應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池

充電，則陰陽極及電解液即會(huì)發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbSO4+2H2O+PbSO4--->PbO2+2H2SO4+Pb(充電反應(yīng))

(硫酸鉛)(水)(硫酸鉛)

由于放電時(shí)在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛。充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧?；瘜W(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池充電，則陰陽極及電解液即會(huì)化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)：

1壽命長 2價(jià)格低 3可以大電流放電缺點(diǎn)：

1鉛的污染 2能量密度低，也就是說過于笨重化學(xué)儲(chǔ)能——鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

1良好的大電流放電特性 2耐過充放電能力強(qiáng) 3維護(hù)簡單缺點(diǎn)：

1鎘是有毒的，環(huán)境污染 2在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-CadmiunBatteries,Ni-CdRechargeableBattery）是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類。

Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：鎳鎘電池（Ni-Cd化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池鎳氫電池化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池鎳氫電池化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn) 鎳氫電池能量密度比鎳鎘電池大二倍缺點(diǎn)：

1輕微記憶效應(yīng) 2鎳氫電池串連電池組的管理問題比較多，一旦發(fā)生過充電以后，就會(huì)形成單體電池隔板熔化的問題，導(dǎo)致整組電池迅速失效。鎳氫電池化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：鎳氫電池化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池鋰電池所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池鋰電池所謂鋰離子電池是指分化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn) 循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次

缺點(diǎn)：

鋰離子電池主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會(huì)發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池電解質(zhì)溶液（儲(chǔ)能介質(zhì)）存儲(chǔ)在電池外部的電解液儲(chǔ)罐中，電池內(nèi)部正負(fù)極之間由離子交換膜分隔成彼此相互獨(dú)立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時(shí)正負(fù)極電解液由各自的送液泵強(qiáng)制通過各自反應(yīng)室循環(huán)流動(dòng)，參與電化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)儲(chǔ)能——液流電池電解質(zhì)溶液（儲(chǔ)能介質(zhì)）存化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池液流儲(chǔ)能電池是一類適合于固定式大規(guī)模儲(chǔ)能（蓄電）的裝置，相比于目前常用的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等二次蓄電池，具有功率和儲(chǔ)能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)（儲(chǔ)能介質(zhì)存儲(chǔ)在電池外部）、效率高、壽命長、可深度放電、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一。化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池液流儲(chǔ)能電池是一類適合于固化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的MariaSkyllas-Kazacos教授提出概念;1993年日本住友電工(SEI)獲得相關(guān)專利，并對(duì)關(guān)鍵材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行探索;1998年澳大利亞PinnacleVRB獲得新專利許可，并在1999年將專利授予日本住友電工和加拿大的Vanteck公司;2001年Vanteck公司控股pinnacleVRB，更名為VRBPowerSystems，并開始在大范圍內(nèi)推廣釩電池;我國于1995年開始VRB的研究工作，研究單位主要有中國工程物理研究院電子工程研究所、中科院大連化學(xué)物理所、中南大學(xué)以及清華大學(xué)。全釩液流電池研究現(xiàn)狀化學(xué)儲(chǔ)能——液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Mar化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（Ford）公司于1967年首先發(fā)明公布的

鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。

基本的電池反應(yīng)是：2Na+xS=Na2Sx化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（For化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：鈉硫電池的理論比能量高達(dá)760Wh／kg，且沒有自放電現(xiàn)象。放電效率幾乎可達(dá)100％。鈉硫電池的基本單元為單體電池，用于儲(chǔ)能的單體電池最大容量達(dá)到650安時(shí)，功率120W以上。將多個(gè)單體電池組合后形成模塊。模塊的功率通常為數(shù)十kW，可直接用于儲(chǔ)能。鈉硫電池在國外已是發(fā)展相對(duì)成熟的儲(chǔ)能電池。其壽命可以達(dá)到使用10～15年。缺點(diǎn)：

高溫350oC熔解硫和鈉化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池國際：1976年美國福特(Ford)公司發(fā)明公布2002年日本東京電力公司(TEPCO)和日本NGK推出鈉硫電池產(chǎn)品

目前只有東京電力和NGK下屬企業(yè)生產(chǎn)鈉硫電池國內(nèi)：2006年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司開始研發(fā)大容量鈉硫單體電池2007年1月650Ah單體電池試制成功，標(biāo)志我國掌握單體電池核心技術(shù)2007年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司攻克制備關(guān)鍵技術(shù)，建成中試線研究現(xiàn)狀化學(xué)儲(chǔ)能——鈉硫電池國際：研究現(xiàn)狀電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)(superconductingmagneticenergystorage，SMES)利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ)存電能的裝置，其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無損耗地儲(chǔ)存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)(superconductingm電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)用快速充放電高溫超導(dǎo)磁體用于維持超導(dǎo)磁體低溫環(huán)境的低漏熱低溫杜瓦，將與外部的熱交換降至最低中國科學(xué)院電工研究所1.0MJ超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)用快速充放電高溫超導(dǎo)磁體電磁儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)：超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)由于其存儲(chǔ)的是電磁能，這就保證超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠非常迅速以大功率形式與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換。另外，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率規(guī)模和儲(chǔ)能規(guī)模可以做的很大，并具有系統(tǒng)效率高、技術(shù)較簡單、沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分、沒有動(dòng)密封問題等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：

對(duì)材料要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電磁儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)：電磁儲(chǔ)能研究現(xiàn)狀：70年代中期，美國的LASL和BPA合作研制了一臺(tái)30MJ/10MW的SMES，是超導(dǎo)技術(shù)在美國第一次大規(guī)模的電力應(yīng)用。1993年底，R.Bechtel團(tuán)隊(duì)建成了1MWh/500MW的示范樣機(jī)，可將南加里福尼亞輸電線路的負(fù)荷傳輸極限提高8%。目前，美國已有多臺(tái)微型超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在配電網(wǎng)中實(shí)際應(yīng)用。1999年，德國的ACCEL、AEG和DEW聯(lián)合研制了2MJ/800kWSMES，解決DEW實(shí)驗(yàn)室敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量問題。日本九州電力公司先后研制了30kJ以及3.6MJ/1MW的SMES。

在國內(nèi)，中國科學(xué)院電工研究所、中國科學(xué)院合肥分院等離子體物理研究所等單位很早就開始了超導(dǎo)磁體的研究工作，清華大學(xué)研制了150kVA的低溫超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)。中科院電工所提出了基于超導(dǎo)儲(chǔ)能的限流器方案并研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。電磁儲(chǔ)能研究現(xiàn)狀：超