1、1储能技术的应用领域储能技术的应用领域物理储能技术物理储能技术化学储能技术化学储能技术储能的背景与意义储能的背景与意义4.14.24.34.42储能技术的应用领域储能技术的应用领域物理储能技术物理储能技术化学储能技术化学储能技术储能的背景与意义储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容主要内容3何为储能？何为储能？ 储能是指能量的存储，即通过一种介储能是指能量的存储，即通过一种介质或者设备，把当前剩余的能量以其本身质或者设备，把当前剩余的能量以其本身的形式，或者换成另一种能量形式存储起的形式，或者换成另一种能量形式存储起来，根据未来使用的需要以特定能量形式来，根据未来使用的需要以特定能量
2、形式释放出来的一个过程。释放出来的一个过程。 储能是针对电能的存储，利用物理或储能是针对电能的存储，利用物理或化学方法将电能存储起来的技术。化学方法将电能存储起来的技术。狭义上狭义上广义上广义上4 要使具有间歇、随机、低密度特点要使具有间歇、随机、低密度特点的可再生能源得到广泛有效的利用，的可再生能源得到广泛有效的利用，并逐步成长为替代能源，最终成为主并逐步成长为替代能源，最终成为主导能源，大规模储能技术是其中必不导能源，大规模储能技术是其中必不可少的关键环节。也只有大规模储能可少的关键环节。也只有大规模储能技术的应用，才能突破电力工业自诞技术的应用，才能突破电力工业自诞生以来受即发、即送、即
3、用方式的困生以来受即发、即送、即用方式的困扰和束缚，让电能真正做到以人为本，扰和束缚，让电能真正做到以人为本，为人类的需要服务，实现电与人的和为人类的需要服务，实现电与人的和谐发展。谐发展。国家能源专家国家能源专家咨询委员会副咨询委员会副主任主任徐锭明徐锭明54.1.1 应用背景应用背景 2011年年3月，十一届全国人大四次会议审议通过月，十一届全国人大四次会议审议通过中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要规划纲要。在。在“十二五十二五”期间，国家将培育发展与期间，国家将培育发展与新能源相关的战略性新兴产业，包括：新一代核能，新能源相关
4、的战略性新兴产业，包括：新一代核能，太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能电网、生物质能、插电式混合动力汽车、纯电动汽车电网、生物质能、插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术、同时，国家将推广分布式能源和燃料电池汽车技术、同时，国家将推广分布式能源系统的应用，推动海上风电、太阳能发电规模化示范系统的应用，推动海上风电、太阳能发电规模化示范工程以及插电式混合动力汽车、纯电动汽车商业化示工程以及插电式混合动力汽车、纯电动汽车商业化示范工程的实施。范工程的实施。储能作为其不可或缺的技术，无论是储能作为其不可或缺的技术，无论是为新能源大规
5、模并网或是为新能源汽车提供动力，都为新能源大规模并网或是为新能源汽车提供动力，都将获得更多的示范机会将获得更多的示范机会。4.1.1.1 国家政策扶持国家政策扶持62011年年3月，国家发改委修订并发布了新的月，国家发改委修订并发布了新的产业产业结构调整指导目录结构调整指导目录。“大容量电能存储技术大容量电能存储技术”在电力类鼓励条目中出现，表明国家层面已经意在电力类鼓励条目中出现，表明国家层面已经意识到该技术能够解决识到该技术能够解决“分布式供电及并网技术推分布式供电及并网技术推广应用广应用”、“智能电网建设智能电网建设”等项目中面临的一等项目中面临的一些大问题。些大问题。2011年年12月
6、，国家能源局发布月，国家能源局发布国家能源科技国家能源科技“十二五十二五”规划规划。规划规划中强调，中强调，突破间歇突破间歇式电源并网和储能技术与装备称为式电源并网和储能技术与装备称为“十二五十二五”期期间重点任务之一。间重点任务之一。其中大容量快速储能装置的研其中大容量快速储能装置的研究，将给储能行业带来新一轮的发展机会。究，将给储能行业带来新一轮的发展机会。74.1.1.2 国家发展需要国家发展需要化石能源日益短缺化石能源日益短缺化石能源过渡消耗带来严重的污染问题化石能源过渡消耗带来严重的污染问题能源和环境问题恶化将严重制约我国经济发展能源和环境问题恶化将严重制约我国经济发展规模化利用可再
7、生能源规模化利用可再生能源实现能源多样化实现能源多样化开展节能减排开展节能减排提高化石能源利用效提高化石能源利用效率率解决可再生能源发解决可再生能源发电不稳定性电不稳定性平衡用电负荷，平衡用电负荷，提高发电效率提高发电效率发展规模化储能（蓄电）技术是国家能源发展规模化储能（蓄电）技术是国家能源安全、经济可持续发展，实现节能减排重安全、经济可持续发展，实现节能减排重大国策的重大需求大国策的重大需求81）具有随机性、波动性的大规模新能源接入电网给传统电网）具有随机性、波动性的大规模新能源接入电网给传统电网造成接入难题！造成接入难题！2）新能源接入带来电网电源结构的变化加大了对于电网调峰）新能源接入
8、带来电网电源结构的变化加大了对于电网调峰调频的应用需求！调频的应用需求！3）分布式电源接入及微电网的发展对于储能系统提出了刚性）分布式电源接入及微电网的发展对于储能系统提出了刚性需求！需求！4）基于减小碳排放的电动汽车的发展对于配套储能系统的需）基于减小碳排放的电动汽车的发展对于配套储能系统的需求不断增加！求不断增加！5）军用、工业及民用用户基于提高供电可靠性的要求对于储）军用、工业及民用用户基于提高供电可靠性的要求对于储能提出了新的需求能提出了新的需求94.1.2.1 大规模高效储能技术是实现太阳能、风大规模高效储能技术是实现太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术能等可再生能源普及应用的
9、关键技术 风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电受季节、气象和风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电力波动较大，可调节性差。当电网接入的风电发电容量过多力波动较大，可调节性差。当电网接入的风电发电容量过多时，电网的稳定性将受到影响。目前，可再生能源发电的大时，电网的稳定性将受到影响。目前，可再生能源发电的大规模电网接入是制约其发展的瓶颈。配套大规模高效储能装规模电网接入是制约其发展的瓶颈。配套大规模高效储能装置，可以解决发电与用电的时差矛盾及间歇式可再生能源发置，可以解决发电与用电
10、的时差矛盾及间歇式可再生能源发电直接并网对电网冲击，调节电能品质。同时，储能技术在电直接并网对电网冲击，调节电能品质。同时，储能技术在离网的太阳能、风能等可再生能源发电应用中具有不可或缺离网的太阳能、风能等可再生能源发电应用中具有不可或缺的重要作用。的重要作用。10 4.1.2.2 大规模高效储能技术是构建坚强智能大规模高效储能技术是构建坚强智能电网的关键电网的关键 电力工业是国民经济的基础产业，为经济发展和社电力工业是国民经济的基础产业，为经济发展和社会进步提供了重要保障。智能电网技术是提高电力系会进步提供了重要保障。智能电网技术是提高电力系统安全性、稳定性、可靠性和电力质量的重要技术。统安
11、全性、稳定性、可靠性和电力质量的重要技术。储能技术作为提高智能电网对可再生能源发电兼容量储能技术作为提高智能电网对可再生能源发电兼容量的重要手段和实现智能电网能量双向互动的中枢和纽的重要手段和实现智能电网能量双向互动的中枢和纽带，是智能电网建设中的关键技术之一。带，是智能电网建设中的关键技术之一。11 4.1.2.3 高效储能系统是用于高耗能企业和高效储能系统是用于高耗能企业和国家重要部门的备用电源国家重要部门的备用电源 电解、电镀及冶金等行业，电车、轻轨和地铁等交电解、电镀及冶金等行业，电车、轻轨和地铁等交通部门，都是集中用电大户。使用储能电池用通部门，都是集中用电大户。使用储能电池用“谷电
12、谷电”对储能系统充电，在高峰期应用于生产、运营，电能对储能系统充电，在高峰期应用于生产、运营，电能的利用效率高，不仅可以减轻电网负担，还可以降低的利用效率高，不仅可以减轻电网负担，还可以降低运营成本。运营成本。高效储能系统的另外一个重要应用是用作政府、高效储能系统的另外一个重要应用是用作政府、医院、军事指挥部等重要部门的备用电站。在非常时医院、军事指挥部等重要部门的备用电站。在非常时期保证稳定、及时的应急电力供应。期保证稳定、及时的应急电力供应。12储能技术的应用领域储能技术的应用领域物理储能技术物理储能技术化学储能技术化学储能技术储能的背景与意义储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内
13、容主要内容13a. 备用电站备用电站南方电网深圳宝清电池储能电站南方电网深圳宝清电池储能电站14b. 智能电网储能智能电网储能15c. 太阳能发电储能太阳能发电储能日本光伏日本光伏电池联合储能电站电池联合储能电站16c. 风能发电储能风能发电储能17d. 电动汽车储能电动汽车储能18e. 太阳能路灯太阳能路灯19f. 电动汽车充电站电动汽车充电站20g. 家庭微电网家庭微电网21h. 平稳可再生能源输出平稳可再生能源输出22i. 电力系统电力系统“削峰填谷削峰填谷”23j. 维持电力供需平衡维持电力供需平衡24储能技术的应用领域储能技术的应用领域物理储能技术物理储能技术化学储能技术化学储能技术
14、储能的背景与意义储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容主要内容2526化学化学储能储能电池电池储能储能超级超级电容电容储能储能按有无化学反应分类按有无化学反应分类2728各种储能技术的发展情况各种储能技术的发展情况29储能类型储能类型典型额定功率典型额定功率放电时间放电时间特点特点应用场合应用场合物物理理储储能能抽水蓄能抽水蓄能1002000MW410小时小时适合大规模，技术成熟，适合大规模，技术成熟，响应慢响应慢.需要地理资源需要地理资源日负荷调节，频率日负荷调节，频率控制和系统备用控制和系统备用压缩空气压缩空气10300MW120小时小时适合大规模，响应慢，需适合大规模，响应慢，
15、需要地理资源要地理资源调峰，调频，系统调峰，调频，系统备用，风电储备备用，风电储备飞轮储能飞轮储能5kw10MW1秒秒30分分钟钟比功率较大，成本高、噪比功率较大，成本高、噪音大音大调峰、频率控制、调峰、频率控制、UPS和电能质量和电能质量超导磁储能超导磁储能10kw50MW2秒秒5分钟分钟响应快，比功率高响应快，比功率高 成本高，成本高，维护困难维护困难输配电稳定输配电稳定化化学学储储能能超级电容超级电容10kw50MW130秒秒响应快，比功率高。成本响应快，比功率高。成本高，储能量低高，储能量低可应用于定制电力可应用于定制电力和和FACTS铅酸电池铅酸电池Kw50MW分钟分钟小时小时技术成
16、熟，成本低技术成熟，成本低寿命短，环保问题寿命短，环保问题电能质量、电站备电能质量、电站备用、用、液流电池液流电池50kw100MW120小时小时寿命长，可深度放电，效寿命长，可深度放电，效率高。但储能密度稍低率高。但储能密度稍低电能质量，备用电电能质量，备用电源，削峰填谷源，削峰填谷钠硫电池钠硫电池100kw100MW数小时数小时比能量和比功率较高；运比能量和比功率较高；运行安全问题有待改进比行安全问题有待改进比电能质量，备用电电能质量，备用电源，削峰填谷源，削峰填谷锂离子电池锂离子电池KwMW分钟分钟数小数小时时比能量高，成组寿命和安比能量高，成组寿命和安全问题有待改进全问题有待改进电能质
17、量，备用电电能质量，备用电源，源，UPS30储电：储电： 在电力负荷低谷期，利用电站提供的剩在电力负荷低谷期，利用电站提供的剩余电量驱动水泵，将低水位库中的水抽至余电量驱动水泵，将低水位库中的水抽至高水位库，电能转为势能。高水位库，电能转为势能。发电：发电： 在用电负荷高峰期，释放高位水库的水，在用电负荷高峰期，释放高位水库的水，驱动水轮机发电机组发电，将势能转换为电驱动水轮机发电机组发电，将势能转换为电能。能。工作原理工作原理31抽水蓄能电站示意图抽水蓄能电站示意图32 抽水蓄能技术是目前最成熟、应用最广泛的大规模储能技抽水蓄能技术是目前最成熟、应用最广泛的大规模储能技术，具有容量大，寿命长
18、（经济寿命术，具有容量大，寿命长（经济寿命50年）、运行费用低的年）、运行费用低的特点。可为电网提供调峰、填谷、调频、事故备用等服务，特点。可为电网提供调峰、填谷、调频、事故备用等服务，其良好的调节性能和快速负荷变化响应能力，对于有效减少其良好的调节性能和快速负荷变化响应能力，对于有效减少新能源发电输入电网时引起的不稳定性具有重要意义。新能源发电输入电网时引起的不稳定性具有重要意义。 电站选择上需要有水平间距小，上下水库高度差大的地形电站选择上需要有水平间距小，上下水库高度差大的地形条件，岩石强度高、防渗水性能好的地质条件，以及充足的条件，岩石强度高、防渗水性能好的地质条件，以及充足的水源保证
19、发电用水的需求。另外还需要考虑上下水库的库区水源保证发电用水的需求。另外还需要考虑上下水库的库区淹没问题，水质的变化以及库区土壤碱化等一系列环保问题。淹没问题，水质的变化以及库区土壤碱化等一系列环保问题。优点优点缺点缺点33 抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天不抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天不等，综合效率在等，综合效率在70%到到85%之间；主要用于电力之间；主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。效率与应用范围效率与应用范围34世界第二大抽水蓄能水电站世界第二大抽水蓄能水电站天荒坪电站天荒坪电站 天荒坪抽水蓄能电站位于浙
20、江省安吉县境内。电站装机容量天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内。电站装机容量180万万kW，上水，上水库蓄能能力库蓄能能力1046万万kWh，其中日循环蓄能量，其中日循环蓄能量866万万kWh，年发电量，年发电量316亿亿kWh，年抽水用电量，年抽水用电量4286亿亿kWh，承担系统峰谷差，承担系统峰谷差360万万kW任务。任务。35广州抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站 广州抽水蓄能电站位于广州市从化区吕田镇深山大谷中。总装广州抽水蓄能电站位于广州市从化区吕田镇深山大谷中。总装机容量机容量240万千瓦，装备万千瓦，装备8台台30万千瓦具有水泵和发电双向调节能万千瓦具有水泵和发电双向调节能力的机
21、组。力的机组。36北京十三陵抽水蓄能电站北京十三陵抽水蓄能电站 十三陵抽水蓄能电站位于北京十三陵风景区，电站装机发电容量十三陵抽水蓄能电站位于北京十三陵风景区，电站装机发电容量800 MW，年，年发电量发电量12亿亿kWh；抽水容量；抽水容量816 MW，年抽水用电量，年抽水用电量16.5亿亿kWh。为京津唐地。为京津唐地区提供可靠的调峰、调频填谷和紧急事故备用电源。区提供可靠的调峰、调频填谷和紧急事故备用电源。37泰山抽水蓄能电站泰山抽水蓄能电站 泰山抽水蓄能电站隶属国网新源控股有限公司泰山抽水蓄能电站隶属国网新源控股有限公司,是全国第四座大型抽水是全国第四座大型抽水蓄能电站，山东省第一座大
22、型水电站，装机总容量为蓄能电站，山东省第一座大型水电站，装机总容量为100万千瓦，总投资万千瓦，总投资43.26 亿元。亿元。38我国抽水蓄能的发展呈现以下特点：我国抽水蓄能的发展呈现以下特点： （1）我国的抽水蓄能电站近）我国的抽水蓄能电站近20年得到了快速发展。截止年得到了快速发展。截止2010年年底，投产装机容量达到底，投产装机容量达到16345MW，跃居世界第三；在建装机容量，跃居世界第三；在建装机容量达到达到12040MW，居世界第一。虽然如此，但抽水蓄能电站装机容，居世界第一。虽然如此，但抽水蓄能电站装机容量占我国总装机容量的比例还较低。量占我国总装机容量的比例还较低。 （2）施工
23、技术达到世界先进水平，大型机电设备原来依赖进口，）施工技术达到世界先进水平，大型机电设备原来依赖进口，但经过近几年的技术引进、消化和吸收，已经基本配备了生产能力。但经过近几年的技术引进、消化和吸收，已经基本配备了生产能力。 （3）按照目前国家政策，抽水蓄能电站原则上由电网企业建设和）按照目前国家政策，抽水蓄能电站原则上由电网企业建设和管理。管理。“十二五十二五”期间，政府对水电的开发十分重视，来自中国电期间，政府对水电的开发十分重视，来自中国电力企业联合会的相关数据显示，抽水蓄能的规划目标是到力企业联合会的相关数据显示，抽水蓄能的规划目标是到2015年年达到达到41000MW,2020年达到年
24、达到60000MW。意味着在为了十年内，新。意味着在为了十年内，新增抽水蓄能装机将超过增抽水蓄能装机将超过40000MW，我国抽水蓄能正在经历新一轮，我国抽水蓄能正在经历新一轮的发展高潮。的发展高潮。39储电：储电： 在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中。山洞、过期油气井或新建储气井中。 发电：发电： 在电网负荷高峰期，释放压缩空气，进入在电网负荷高峰期，释放压缩空气，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧后，驱动汽燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧后，
25、驱动汽轮机做功发电。轮机做功发电。工作原理工作原理40压缩空气储能原理图压缩空气储能原理图41压缩空气储能电站压缩空气储能电站42压缩空气储能电站压缩空气储能电站43优点：优点： 储能容量大：数十储能容量大：数十MWGW，世界范，世界范围内已建成围内已建成440MW 运行维护成本低运行维护成本低缺点：缺点： 需要大的岩洞以存储压缩空气，受地需要大的岩洞以存储压缩空气，受地理条件限制，适合地点非常有限理条件限制，适合地点非常有限 需耗燃料，且有二氧化碳排放需耗燃料，且有二氧化碳排放 建设周期长。初次投资大建设周期长。初次投资大44世界首座压缩空气储能电站世界首座压缩空气储能电站德国亨托夫电站德国
26、亨托夫电站45压缩空气储能发展现状压缩空气储能发展现状 至今至今, 只有德国、美国和日本具有大规模的压缩空气储能电只有德国、美国和日本具有大规模的压缩空气储能电站。站。德国的德国的Huntorf电站建于电站建于1978年年, 压缩功率压缩功率60MW,发电功率发电功率290MW, 压缩时间压缩时间/发电时间发电时间=4，启动过上万次，可靠率达，启动过上万次，可靠率达97%； 美国的美国的Mcintosh电站建于电站建于1991年年, 压缩功率压缩功率110MW,压缩时压缩时间间/发电时间发电时间=1.6，如连续输出，如连续输出100MW 可维持可维持26小时；小时； 日本的日本的Sunagaw
27、a电站建于电站建于1997年年, 压缩功率压缩功率35MW,压缩时压缩时间间/发电时间发电时间=1.17； 近来此类技术的研究和开发的热度在不断上升近来此类技术的研究和开发的热度在不断上升,国家电网公国家电网公司已立项研究，项目负责人清华大学卢强院士，中国电科院司已立项研究，项目负责人清华大学卢强院士，中国电科院参加，电科院周孝信院士负责建模和分析研究（参加，电科院周孝信院士负责建模和分析研究（500kW压缩压缩空气储能发电原型系统开发空气储能发电原型系统开发-储气罐式，储气罐式，10MW压缩空气储能压缩空气储能发电系统建设方案研究）发电系统建设方案研究）464.3.3 飞轮储能飞轮储能 现代
28、意义上的飞轮储能概念最早在现代意义上的飞轮储能概念最早在20世纪世纪50年代才年代才被提出，其后到被提出，其后到20世纪世纪70年代，美国能量研究发展署年代，美国能量研究发展署和美国能源部开始资助飞轮系统的开发，日本和欧洲和美国能源部开始资助飞轮系统的开发，日本和欧洲也陆续开展了相关技术的产品的研究。进入也陆续开展了相关技术的产品的研究。进入20世纪世纪90年代后，由于磁悬浮、碳素纤维合成材料和电力电子年代后，由于磁悬浮、碳素纤维合成材料和电力电子技术的成熟，飞轮储能才真正进入高速发展期。技术的成熟，飞轮储能才真正进入高速发展期。 47储电：储电： 在用电低谷期，利在用电低谷期，利用电动机带动
29、飞轮高用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化速旋转，将电能转化成动能储存起来。成动能储存起来。发电：发电： 在用电高峰期，在用电高峰期，用飞轮带动发电机用飞轮带动发电机发电。发电。 工作原理工作原理484.3.3 飞轮储能飞轮储能飞轮储能系统结构图飞轮储能系统结构图494.3.3 飞轮储能飞轮储能1.工作寿命长工作寿命长 20年年5万次万次2.动态响应快动态响应快 20ms3.循环效率高循环效率高 85%-98%4.环境友好无污染、维护成本低环境友好无污染、维护成本低5.深度放电、能量可预测深度放电、能量可预测 适合于配合配电系统运行以进行频率调节适合于配合配电系统运行以进行频率调节, 可可用作
30、一个不带蓄电池的用作一个不带蓄电池的UPS，提高电能质量，提高电能质量(供供电中断、电压波动等电中断、电压波动等)。特点特点效率与适用范围效率与适用范围504.3.3 飞轮储能飞轮储能Beacon 电力公司的飞轮单体电力公司的飞轮单体514.3.3 飞轮储能飞轮储能Beacon电力电力20MW飞轮储能项目现场飞轮储能项目现场52飞轮储能发展现状飞轮储能发展现状 近近10 年来年来,一大批新型复合材料和新技术的诞生和发展一大批新型复合材料和新技术的诞生和发展,如高强度如高强度的碳素纤维复合材料的碳素纤维复合材料 、磁悬浮技术和高温超导技术、高速电机、磁悬浮技术和高温超导技术、高速电机/ 发发电机
31、技术以及电力电子技术等电机技术以及电力电子技术等,使得飞轮能够储存大量的能量使得飞轮能够储存大量的能量,给飞给飞轮的应用带来了新的活力。轮的应用带来了新的活力。 美国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日美国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统。美国马本已经制造出界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的里兰大学也已研究出用于电力调峰的24kwh的电磁悬浮飞轮系统。的电磁悬浮飞轮系统。欧洲的法国国家物理高技术研究所、意大利的欧洲的法国国家物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展
32、高温超均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。 目前国内从事与飞轮研究相关的单位有目前国内从事与飞轮研究相关的单位有:华北电力大学、飞轮储能华北电力大学、飞轮储能柔性研究所中国科大、中科院力学所等。我国对飞轮储能的研究起柔性研究所中国科大、中科院力学所等。我国对飞轮储能的研究起步较晚，与世界先进水平差距仍然很大。步较晚，与世界先进水平差距仍然很大。53 20世纪世纪70年代国际上首次提出超导储能的概念。年代国际上首次提出超导储能的概念。起初着重的是其储能能力，期望可以作为一种平衡电起初着重的是其储能能力，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
33、着技术的发展，超力系统日负荷曲线的储能装置。随着技术的发展，超导储能已不仅仅是一个储能装置，而是一个可以参与导储能已不仅仅是一个储能装置，而是一个可以参与电力系统运行和控制的有功、无功功率源，它可以主电力系统运行和控制的有功、无功功率源，它可以主动参与电力系统的功率补偿，从而提高电力系统的稳动参与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能力，改善电能质量。定性和功率传输能力，改善电能质量。544.3.4 超导储能超导储能 超导储能通过流过超导超导储能通过流过超导线圈的直流电建立磁场，线圈的直流电建立磁场，将电能以电磁能形式储存将电能以电磁能形式储存于磁场中；于磁场中； 是利用了超
34、导体的电阻是利用了超导体的电阻为零特性制成的储存电能为零特性制成的储存电能的装置。的装置。 主要分为低温超导和高主要分为低温超导和高温超导两种。温超导两种。 工作原理：工作原理：554.3.4 超导储能超导储能超导磁储能系统应用示意图超导磁储能系统应用示意图564.3.4 超导储能超导储能运行在超导状态下无直流热损耗运行在超导状态下无直流热损耗能量效率高达能量效率高达95%充放电速度快（几毫秒到几十毫秒）充放电速度快（几毫秒到几十毫秒）不受地点限制，维护简单，污染小不受地点限制，维护简单，污染小 超导线圈需要液氮使超导体维持在临界温度以超导线圈需要液氮使超导体维持在临界温度以下，投入昂贵。下，
35、投入昂贵。优点：优点：缺点：缺点：574.3.4 超导储能超导储能 适合用于调节电力系统的蜂谷，而且可用于降适合用于调节电力系统的蜂谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性；此外，它还可用于无功和功率电压和频率特性；此外，它还可用于无功和功率因数的调节以改善系统的稳定性。因数的调节以改善系统的稳定性。适用范围：适用范围：584.3.4 超导储能超导储能中科院中科院100KJ超导限流储能系统超导限流储能系统594.3.4 超导储能超导储能中科院中科院100MJ超导储能系统超导储能系统60储能技术的应用领域储能技术的应用领域
36、物理储能技术物理储能技术化学储能技术化学储能技术储能的背景与意义储能的背景与意义4.14.24.34.4主要内容主要内容61 上节介绍的各种储能方式，均具有容量大，运行寿命上节介绍的各种储能方式，均具有容量大，运行寿命长、功率密度高的特点，但也存在一些不可回避的问题。长、功率密度高的特点，但也存在一些不可回避的问题。 抽水蓄能抽水蓄能选址受地理位置、地质、水源等条件的选址受地理位置、地质、水源等条件的限制，其运行会造成水质变化，生态环境改变等问题。限制，其运行会造成水质变化，生态环境改变等问题。 压缩空气压缩空气能量转换率低，对化石燃料高度依赖，能量转换率低，对化石燃料高度依赖，对地理条件要求
37、非常高。对地理条件要求非常高。 飞轮储能飞轮储能自放电现象使得飞轮储能在能量型应用自放电现象使得飞轮储能在能量型应用时价格过于昂贵。时价格过于昂贵。 超导储能超导储能高温超导线材技术还不成熟，日常维护高温超导线材技术还不成熟，日常维护成本高，交流损耗大，安全稳定性低，成本还需要进一步成本高，交流损耗大，安全稳定性低，成本还需要进一步降低。降低。 与物理储能技术相比，化学储能技术因工作原理，材与物理储能技术相比，化学储能技术因工作原理，材料和制造工艺的不同，在使用规模、便利程度、研发及发料和制造工艺的不同，在使用规模、便利程度、研发及发展潜力方面都具有相对的优势。展潜力方面都具有相对的优势。 6
38、2电池的基本知识电池的基本知识可规模储能电池体系可规模储能电池体系4.4 化学储能技术化学储能技术4.4.14.4.14.4.24.4.2 634.4.1 电池基本知识电池基本知识电池的发展历史电池的发展历史1748年年 美国科学家本杰明美国科学家本杰明富兰克林发现了富兰克林发现了“电电”；1800年年 意大利物理学家亚历桑德罗意大利物理学家亚历桑德罗伏特（发明世界伏特（发明世界上第一个电池；上第一个电池；1859年年 法国物理学家加斯顿法国物理学家加斯顿普兰特发明可充电的铅普兰特发明可充电的铅酸电池酸电池1881年年 J. A. Thiebaut 取得干电池专利取得干电池专利1890年年 托
39、马斯托马斯爱迪生发明可充电的铁镍电池爱迪生发明可充电的铁镍电池1899年年 Waldmar Jungner 发明镍镉电池发明镍镉电池1910年年 可充电的铁镍电池商业化生产可充电的铁镍电池商业化生产 1911年年 我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池（上海交我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂）通部电池厂）1914年年 托马斯托马斯爱迪生发明碱性电池爱迪生发明碱性电池644.4.1 电池基本知识电池基本知识电池的发展历史电池的发展历史1954年年 Gerald Pearson, Calvin Fuller 和和Daryl Chapin 开发开发出太阳能电池出太阳能电池1956年年 我国建
40、设第一个镍镉电池工厂（风云器材厂（我国建设第一个镍镉电池工厂（风云器材厂（755厂）厂） 1976年年 荷兰飞利浦研究中心（荷兰飞利浦研究中心（Philips Research）发明镍氢电）发明镍氢电池池1990前后镍氢电池商业化生产前后镍氢电池商业化生产1991年年 日本索尼（日本索尼（Sony）可充电锂离子电池商业化生产）可充电锂离子电池商业化生产1995年年 我国镍氢电池商业化生产初具规模我国镍氢电池商业化生产初具规模1999年年 可充电锂聚合物电池商业化生产可充电锂聚合物电池商业化生产2000年年 我国锂离子电池商业化生产我国锂离子电池商业化生产 2000后后 动力离子电池，燃料电池，
41、太阳能电池成为全世界瞩目动力离子电池，燃料电池，太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点的新能源发展问题的焦点654.4.1 电池基本知识电池基本知识 化学电源：把氧化还原反应的能量转化成电能的化学电源：把氧化还原反应的能量转化成电能的装置装置化学电源实现条件：化学电源实现条件：必须有两种电极，其上分别发生氧化必须有两种电极，其上分别发生氧化( (负极负极) )和和还原反应还原反应( (正极正极) )；两种电极之间必须有离子导体而非电子导体分两种电极之间必须有离子导体而非电子导体分隔；隔；化学变化的电子传递须通过外电路。化学变化的电子传递须通过外电路。二次电池：正负电极均在物理化学上可逆
42、二次电池：正负电极均在物理化学上可逆1）化学电源原理）化学电源原理664.4.1 电池基本知识电池基本知识a.按电解质种类分类按电解质种类分类碱性电池碱性电池电解质以电解质以KOHKOH溶液为主，如碱性锌锰电溶液为主，如碱性锌锰电池池、镍镉电池和镍氢电池等镍镉电池和镍氢电池等酸性电池酸性电池电解质以硫酸水溶液为主，如铅酸电电解质以硫酸水溶液为主，如铅酸电池池中性电池中性电池电解质为盐溶液，如锌锰电池和海水电解质为盐溶液，如锌锰电池和海水电池电池有机电解质电池有机电解质电池电解质为有机溶液，如锂电池、电解质为有机溶液，如锂电池、锂离子电池锂离子电池 2）电池的分类依据）电池的分类依据67b.以电
43、池所用正负极材料分类以电池所用正负极材料分类锌系列电池锌系列电池锌锰电池和锌银电池等锌锰电池和锌银电池等镍系列电池镍系列电池镍镉电池和镍氢电池等镍镉电池和镍氢电池等铅系列电池铅系列电池铅酸电池等铅酸电池等锂系列电池锂系列电池锂离子电池和锂锰电池等锂离子电池和锂锰电池等二氧化锰系列电池二氧化锰系列电池锌锰电池和碱锰电池锌锰电池和碱锰电池空气（氧气）系列电池空气（氧气）系列电池锌空气电池锌空气电池 2）电池的分类依据）电池的分类依据4.4.1 电池基本知识电池基本知识684.4.1 电池基本知识电池基本知识c.以工作特性和储存方式分类以工作特性和储存方式分类一次电池一次电池又称原电池，即不能再次充
44、电的电池，又称原电池，即不能再次充电的电池，如锌锰电池等如锌锰电池等二次电池二次电池又称蓄电池，即可充电电池，如铅酸又称蓄电池，即可充电电池，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等燃料电池燃料电池正、负极本身不包含活性物质，活性正、负极本身不包含活性物质，活性材料连续不断从外部加入的电池材料连续不断从外部加入的电池储备电池储备电池电池储备时不直接接触电解质，直到电池储备时不直接接触电解质，直到电池使用时，才加入电解液，如镁氯化银（海水电池使用时，才加入电解液，如镁氯化银（海水电池）。电池）。2）电池的分类依据）电池的分类依据69一一次次电电池池70二
45、次电池二次电池下下面面将将详详细细介介绍绍71 贮备电池贮备电池镁氯化亚铜电池用海水激活；镁氯化亚铜电池用海水激活；锌银电池用锌银电池用KOHKOH水溶液激活；水溶液激活；锂二硫化亚铁电池用高温熔融盐激活锂二硫化亚铁电池用高温熔融盐激活( (俗称热电池俗称热电池) )。贮备电池用来满足贮存时间极长的要求，主要用于在短时间内需要提贮备电池用来满足贮存时间极长的要求，主要用于在短时间内需要提供高功率的场合，如导弹、鱼雷以及其他武器系统供高功率的场合，如导弹、鱼雷以及其他武器系统 。72燃料电池燃料电池金属金属/ /氧气氧气( (空气空气) )电池现在也有称作金属燃料电池的。电池现在也有称作金属燃料
46、电池的。73燃料电池燃料电池 燃料电池是一种不受热机卡诺循环限制将化学燃料电池是一种不受热机卡诺循环限制将化学能直接转换成电能的原电池，它的工作原理和电池能直接转换成电能的原电池，它的工作原理和电池一致，只是活性材料不是构成电池的一部分，而是一致，只是活性材料不是构成电池的一部分，而是按功率要求从外部供给。只要反应物质能够从外部按功率要求从外部供给。只要反应物质能够从外部源源不断供应和内部电极及其他成分不发生变化，源源不断供应和内部电极及其他成分不发生变化，电池就能连续供电。电池就能连续供电。 燃料电池可以分成两类：燃料电池可以分成两类： 1.直接燃料电池直接燃料电池 如燃料氢气、甲醇等直接参
47、与反应。如燃料氢气、甲醇等直接参与反应。2.间接燃料电池间接燃料电池 首先通过重整将天然气或其他化石燃料转换为首先通过重整将天然气或其他化石燃料转换为富氢气体，然后提供给燃料电池。富氢气体，然后提供给燃料电池。744.4.1 电池基本知识电池基本知识 电动势：电动势：两电极电势之差（平衡电极电法）两电极电势之差（平衡电极电法） 内阻内阻R R：是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。的阻力。 开路电压、工作电压开路电压、工作电压 开路电压：开路电压：是指电池在非工作状态下，即电路中无电流是指电池在非工作状态下，即电路中无电流流过时，电池正负极之间
48、的电势差。流过时，电池正负极之间的电势差。 工作电压：工作电压：又称端电压，是指电池的工作状态下，即电又称端电压，是指电池的工作状态下，即电路中有电流，流过时电池正负极之间的电势差。路中有电流，流过时电池正负极之间的电势差。 V = V V = V开开 - IR - IR 额定容量（额定容量（C C额额）：）：设计和制造电池时，规定或保证电池设计和制造电池时，规定或保证电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的容量。在一定放电条件下应该放出的最低限度的容量。 内压：内压：指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中，指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中，产生的气体所致，主要受电池材料制造工艺
49、、电池结构产生的气体所致，主要受电池材料制造工艺、电池结构等因素影响。等因素影响。3）电池专业术语）电池专业术语75贮存性能和循环寿命：贮存性能和循环寿命： 贮存性能（自放电）：贮存性能（自放电）：电池的贮存性能是衡量电池综合性电池的贮存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数，电池经过一定时间的贮存后，能稳定程度的一个重要参数，电池经过一定时间的贮存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。电池自放电与允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。电池自放电与活性物质本身、电极结构、制造工艺、电池工作条件等因活性物质本身、电极结构、制造工艺、电池工作条件等因素相关。素相关。 循环寿命循环寿命:
50、:充、放电循环的数目。充、放电循环的数目。充放电效率和充放电倍率充放电效率和充放电倍率 充电效率：充电效率：指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程序的量度所能储存的化学能程序的量度。 放电效率：放电效率：指电池在一定的放电条件下放电至终点电压所指电池在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比。放出的实际电量与电池的额定容量之比。 充放电倍率：充放电倍率：是指电池在规定的时间内放出其额定容量时是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，所需要的电流值，它在数值上等于电
