清洁能源概论第十一章储能技术

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可再生能源第十一章储能技术new

第十一章储能技术
引言
储能技术可以分为三大类：机械储能，包括抽水储能（参见第七章）、压缩空气储能、飞轮储能等；化学储能，包括铅酸蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池等；电磁储能，包括超导储能、超级电容器储能等。
11.1 飞轮储能
飞轮储能的基本原理是利用旋转飞轮的角动量守恒。储能时，电能通过电力电子装置变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储能过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；储能后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号。释能时，高速旋转的飞轮带动发电机发电，经电力电子装置输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出。
(11-4)
总反应： v1M1 v2M2 0 或 Zn+Cu2+=Zn2++Cu
(11-5)
11.2.2 平衡电位和标准电位
当大多数金属和各种溶液接触时，都会自发的离子化，即金属变成金属离子进入溶液，在金属表面留下相应的电子。进入溶液的离子越多，留在表面的电子也越多。由于正离子和负电子的相互吸引，金属的离子化越来越困难，终于达到平衡，如下式： M=Mn+ ne (11-6) 当锌片与硫酸锌溶液接触时，金属锌中Zn2+的化学势大于溶液中Zn2+的化学势，则锌不断溶解到溶液中，而电子留在锌片上。结果是金属带负电，溶液带正电，形成双电层。双电层的形成建立了相间的电位差，电位差排斥Zn2+继续进入溶液，金属表面的负电荷又吸引Zn2+,达到动态平衡。此时的电极电位即平衡电极电位。

储能技术-储热技术

6.2 储热技术的理论基础
6.2.1 热力学基础
例6-3：如图所示为世界上最古老的储热设备之一，该设备由岩石或砖块堆积而成，在白
天日照充足时，该设备被置于露天环境吸收和储存太阳能，在夜间，该设备通过释放白天
储存的热量为室内供暖。假设该设备由岩石组成，岩石质量为200 kg，比热容为2
kJ/(kgK)，在白天吸热时，由于热损不可忽视，该设备能够吸收40%的太阳能，太阳辐照

−
∆

由题目已知水的密度恒定，则上式可变为
= ሶ − ሶ ∆ + =
1.2
0.12
− 0.5 ×
× 24 × 3600 + 1000 = 2389 m3
60
4
6.2 储热技术的理论基础
6.2.1 热力学基础
➢ 能量平衡
求得
对整个系统，可列出㶲平衡方程
300
例6-5示意图
ሶ ,
0 = 1000 − 1 −
1000 −
373
ሶ , = 804.3 W =
ሶ ,1 +
ሶ ,2
可求得
6.2 储热技术的理论基础
6.2.2 传热学基础

差分时间后可得：
− = 0.4 × 8 × 3600
最后可求得：
=
0.4 × (450 × 5)
× 8 × 3600 + 15 ℃ = 79.8 ℃
200 × 2000
例6-3示意图
6.2 储热技术的理论基础
6.2.1 热力学基础
= 450 /m2 ，有效辐照面积和辐照时间为别为5 m2 和8 h，岩石起始温度为

清洁能源概论第十一章储能技术

02
电化学储能技术
电池
1 2
锂离子电池
具有高能量密度、自放电率低、无记忆效应等优点，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。
铅酸电池
作为一种成熟、廉价的电池技术，被广泛用于电力系统中。
3
镍镉电池
具有较高的能量密度和自放电率，被广泛应用于航空航天等领域。
超级电容器
原理
超级电容器是一种电化学电容器，通过极化电解质来储存能量，具有高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点。
06
储能技术的经济效益与环境影响
储能技术的投资成本与运行维护费用
投资成本
储能技术的投资成本因类型和技术参数而异，一般包括设备购置费、安装费、土地使用费等。其中，电池储能的投资成本较高，但随着技术进步和规模化生产，成本逐渐降低。
运行维护费用
不同储能技术的运行维护费用差别较大。电池储能的运行维护费用主要包括电池的更换、充电和放电损耗、设备维修等。抽水蓄能电站的运行维护费用则包括水泵和发电机的维护、水库清理等。
自20世纪70年代石油危机以来，各国开始重视储能技术的研究与开发。进入21 世纪，随着可再生能源的大规模利用和智能电网的发展，储能技术的应用逐渐得到广泛。
VS
趋势
随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，储能技术的发展前景广阔。未来，将会有更多的政策支持和资金投入，储能技术的研究与开发也将不断深化。同时，随着能源互联网的不断发展，储能技术将与智能电网、新能源等领域更加深入地融合，形成更加智能化、高效化的能源体系。
应用场景
主要用于冷能储存和温度调节等方面。
技术优势
储能密度高、节能环保、运行安全。
04

新型储能技术简介

contents•储能技术概述•新型储能技术介绍目录•新型储能技术的发展趋势•新型储能技术的应用案例储能技术是指通过特定手段将能量转化为可以在空间和时间上分离的形式储存起来，并在需要时以有效的方式释放出来的技术。

分类储能技术可分为物理储能和化学储能两大类。

物理储能主要包括机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能等）、电磁储能（如超导储能、超级电容器储能等）。

化学储能主要包括电池储能（如锂离子电池、铅酸电池等）和氢能储能等。

初始阶段01发展阶段02成熟阶段03储能技术在能源系统中的作用平衡供需矛盾提高能源系统稳定性推动能源转型高能量密度锂离子电池支持快速充放电，适用于各种需要迅速响应的储能应用场景。

快速充放电环保锂离子电池储能大规模储能长寿命安全可靠030201液流电池储能高效率长寿命地域适应性强压缩空气储能快速增长预测乐观储能技术的市场规模和预测压缩空气储能利用过剩电力将空气压缩并存储，在需要时释放，通过涡轮机发电。

先进电池技术如固态电池、锂硫电池等，具有更高的能量密度和更快的充电速度。

飞轮储能通过电力驱动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能存储，需要时再通过飞轮驱动发电机发电。

新型储能技术的研究动态新型储能技术的挑战与展望可再生能源并网分布式能源系统电网调峰填谷新型储能技术在电力系统中的应用1 2 3电动汽车储能公共交通储能航空航天储能新型储能技术在交通领域的应用03便携式储能设备01家庭备用电源02能源管理优化新型储能技术在家庭储能中的应用。

清洁能源发电与储能技术

光伏系统组成与运行方式
光伏系统组成
包括光伏电池组件、逆变器、控制器、蓄电池组、配电系统等。其中，光伏电池组件是核心部分，用于将太阳能转换为直流电能；逆变器将直流电转换为交流电以供负载使用；控制器用于控制蓄电池的充放电过程，保护蓄电池并延长其使用寿命；配电系统用于将光伏系统接入电网或离网负载。
运行方式
清洁能源分类
主要包括水能、风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源，以及核能、氢能等非可再生能源。
清洁能源发电现状及趋势
清洁能源发电现状
近年来，全球清洁能源发电装机容量和发电量持续增长，清洁能源已成为全球能源转型的主导力量。
清洁能源发电趋势
未来，随着技术进步和成本降低，清洁能源发电将继续保持快速增长，并逐渐在能源结构中占据主导地位。
离网应用案例
偏远地区居民用电、移动通讯基站、海岛等无电或缺电地区。在这些地区，由于电网覆盖不足或成本过高，采用离网光伏系统可以为当地居民或设施提供可靠的电力供应。离网光伏系统通常配备蓄电池组以储存多余的电能，并通过控制器实现智能充资源评估与开发潜力
风能资源评估
通过对特定地区的风速、风向、空气密度等气象数据进行长期观测和统计分析，评估该地区的风能资源潜力和开发价值。
未来发展趋势预测及建议
01
建议
02
1. 加强技术研发和创新，提高清洁能源发电和储能技术的成熟度和竞争力。
03
2. 加大政策支持力度，推动清洁能源发电和储能技术的商业化应用和推广。
未来发展趋势预测及建议
01
3. 加强基础设施建设，提高电网的智能化和储能设备的普及率，为清洁能源的广泛应用提供有力保障。
• 微电网应用：微电网是一种由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。储能技术在微电网中可以实现能量的优化管理和调度，提高微电网的运行稳定性和经济性。

储能技术基础讲解材料

发展的重要方向。
快速充电
提高充电速度可以提高储能设备的利用效率，缩短充电时间
，提高使用便利性。
智能化管理
通过智能化管理可以提高储能设备的运行效率和可靠性，降
低运行成本。
02
CHAPTER
电池储能技术
锂离子电池
总结词
锂离子电池是一种高能量密度、高效率的储能技术，广泛应用于电动汽车、移动设备等领域。
绿色储能技术
发展环保、可持续的储能技术，减少对环境的影响，推动储
能产业的绿色发展。
储能技术在新能源领域的应用前景
分布式能源系统
智能电网
储能技术可以与太阳能、风能等新能源结合，构建分布式能源系统，实现能源的分散式生产和消费。
储能技术可以作为智能电网的重要组成部分，实现电网的稳定运行和优化调度，提高电力系统的可靠性和效率。
原理
在电力负荷低谷时，将剩余电力用于压缩空气，将空气存储在地下洞穴或储气罐中。在电力负荷高峰时，释放压缩空气，驱动涡轮机发电。
优势
储能容量大、储能效率较高、运行稳定。
限制
需要具备合适的地理和地质条件，以及较高的压缩空气处理技术要求。
飞轮储能
01 02
原理
利用高速旋转的飞轮储存能量，在电力负荷低谷时，将剩余电力转化为飞轮的动能并储存。在电力负荷高峰时，将飞轮的动能转化为电能进行发电。
，确保储能设备的安全运行。
储能技术的效率问题
要点一
总结词
效率问题是储能技术的重要评价指标之一。
要点二
详细描述
储能技术的效率主要涉及到储能设备的充电和放电速度、能量转换效率等方面。为了提高效率，需要加强技术研发，提高储能设备的能效和性能，同时优化储能系统的设计和运行方式，提高系统的整体效率。此外，加强储能技术的应用研究，探索适合不同场景的储能技术方案，也可以提高储能技术的效率。

储能原理与技术课件

储能原理与技术课件第一部分：引言（200字）随着能源需求的不断增长和可再生能源的快速发展，储能技术作为关键的能源转换和调度工具，正成为能源领域的热门话题。

储能技术通过将能源转化成另一种形式并在需要时释放出来，有助于解决可再生能源不稳定、间歇性发电的问题，同时提高能源利用效率。

本课件将介绍储能的基本原理、主要技术和应用场景，旨在帮助学习者深入了解储能技术的重要性和发展趋势。

第二部分：储能原理（600字）（1）储能基本原理储能是指将能量从一种形式转化成另一种形式，并在需要时再转化回来的过程。

常见的储能形式包括机械能、化学能、电能等，而储能的基本原理即是将能量存储在适当的介质中，并在需要时释放出来。

（2）储能技术分类根据储能形式的不同，储能技术主要分为物理储能技术和化学储能技术两大类。

物理储能技术包括压缩空气储能、抽水蓄能、液压储能等，而化学储能技术则包括电化学储能（如电池技术）、燃料电池等。

第三部分：储能技术（600字）（1）压缩空气储能技术压缩空气储能技术是指将电能利用电动机驱动空气压缩机将空气压缩储存起来，待需要时通过膨胀机释放压缩空气并驱动发电机产生电能。

这种技术适用于大规模储能，具有响应速度快、存储容量大等优点。

（2）电化学储能技术电化学储能技术是指通过化学反应将电能储存起来，并在需要时释放出来。

目前常用的电化学储能技术包括锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等，它们具有高能量密度、环保等特点，适用于小型便携式设备、电动车、光伏发电场等领域。

第四部分：储能应用场景（400字）（1）电网调度储能技术可以在电网调度中发挥重要作用，帮助平衡电网供需、提高电网稳定性和可靠性，并提高可再生能源的利用率。

（2）交通运输储能技术应用于电动汽车、混合动力汽车等，减少燃料消耗、降低尾气排放，为交通运输领域注入新的动力源。

结语（100字）储能技术的发展对能源行业和社会都具有重要意义，希望本课件能帮助学习者对储能原理与技术有更深入的理解，促进储能技术的发展和应用。

储能技术习题答案1

第1章习题答案1-1简述广义的储能方式与狭义的储能方式的联系与区别。

解：联系：广义的储能方式包含狭义的储能方式。

区别：广义的储能方式包括基础燃料（煤、石油和天然气等）、二次燃料（氢、煤气和太阳能燃料等）、电能和热能等各种形式的能量的存储；而狭义的储能方式通常指储电和储热。

1-2简述能量密度与功率密度的区别。

解：能量密度是指单位质量或体积的储能系统所具有的有效储存能量，又称比能量，包括质量能量密度（质量比能量）与体积能量密度（体积比能量），常用单位分别为Wh/kg或Wh/Lo 功率密度功率密度是指单位质量或体积的储能系统所能输出的最大功率，又称比功率, 包括质量功率密度（质量比功率）与体积功率密度（体积比功率），常用单位分别为W/kg或W/Lo1-3简述储能技术在三个历史时期的发展特点。

解：根据各历史阶段储能使用的不同特点，可以把整个储能发展历史大致分为三个时期，即初步探索期、多元发展期和高速发展期。

初步探索期：以电力储能技术为代表的多种储能技术逐渐登上了历史舞台。

其中，电化学储能和抽水蓄能的发展相对较快,并得到了一定程度的应用；氢储能也得到了初步的探索, 并在少数领域中得到了使用。

多元发展期：电化学储能、抽水蓄能等多种储能技术进入了新的发展阶段，一些新的储能技术，如压缩空气储能、超导磁储能和热储能逐渐登上了储能的历史舞台。

高速发展期：新能源的推广使用和科学技术的发展大大推动了储能技术的推广与应用。

其中，抽水蓄能储能技术发展较为成熟，装机容量大幅提升；电化学储能逐步实现大规模产业化，具有广泛的应用前景；超级电容储能、超导磁储能、飞轮储能、压缩空气储能发展迅速，并得到了一定的应用；热储能和氢储能也展示了良好的发展态势和应用前景。

1-4简要对比分析抽水蓄能与压缩空气储能的工作特性。

解：抽水蓄能电站具有上、下游两个水库。

负荷低谷时段抽水蓄能设备工作在电动机状态, 将下游水库的水抽到上游水库保存；负荷高峰时抽水蓄能设备工作于发电机状态，利用储存在上游水库中的水发电。

新能源发电的储能技术

新能源发电的储能技术由于风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响，发电功率难以保证平稳，而我们知道电力系统要求是供需一致，电能消耗和发电量相等，一旦这平衡遭到破坏，轻则电能质量恶化，造成频率和电压不稳，重则引发停电事故，为了解决这一问题，在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备有储能装置，在电力充沛时，多余电力可以储存起来，在晚上、弱风或者超大风发电机组停运或者停运机组过多，发电量不足的时候释放出来以满足负荷需求。

1 蓄电池蓄电池有着漫长的历史。

铅酸蓄电池是最老也是最成熟的，可组成蓄电池组来提高容量，优点是成本低，缺点是电池寿命比较短。

此后各种新型蓄电池相继研发成功，并逐渐应用于电力系统中。

蓄电池储能得到广泛应用。

风力发电、太阳能光伏发电中，由于发电受季节、气候影响大，发电功率随机性大，蓄电池是必备的储能装置。

2 抽水储能电站在电力系统中，用抽水储能电站来大规模解决负荷峰谷差。

在技术上成熟可靠，容量仅受到水库容量的限制。

抽水储能是电力系统中应用最为广泛的一种储能技术。

抽水储能必须具有上下水库，利用电力系统中多余的电能、把下水库(下池)的水抽到上水库(上池)内，以位能的的方式蓄能;现在抽水储能电站的能量转换效率已经提高到了75%以上。

除蓄电池和抽水储能电站这些储能方式，新发展起来的有超导储能、飞轮储能、超级电容器储能、氢储能等。

3 超导储能超导储能系统(SMES)利用由超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要的时候再将储存的电能释放回电网或作为它用，超导储能主要受到运行环境的影响，即使是高温超导体也需要运行在液氮的温度下，目前技术还有待突破。

文献[1]建立了超导储能装置在暂态电压稳定性分析中的简化数学模型，仿真结果表明，超导储能装置安装在动态负荷处，采用无功-电压控制方式能够有效地提高系统的暂态电压稳定性。

4 飞轮储能飞轮储能是一个被人们普遍看好的大规模储能手段，主要源于三个技术点的突破，一是高温超导磁悬浮方面的发展，使磁悬浮轴承成为可能，这样可以让摩擦阻力减到很小，能很好地实现储能供能;二是高强度材料的出现，使飞轮能以更高的速度旋转，储存更多的能量;三是电力电子技术的进步，使能量转换，频率控制能满足电力系统稳定安全运行的要求。

储能技术总结

储能技术能源是人类赖以生存的基础，随着人类生活以及生产活动的高速发展，能源的需求量越来越大，由此，能源因开采或利用而引起的环境问题日益凸显。

（1）如何提高能源的利用效率？（2）如何最大限度地利用低品位能源？随着太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源的发展，储能技术在工业节能和新能源利用领域日益受到关注。

一、储能技术概述储能技术是能源科学技术中的重要分支，可解决在能量供求在时间与空间不匹配的问题，可以作为提高能源利用效率的有效手段。

如：（1）电力负荷的峰谷差；（2）太阳能、风能和海洋能的间歇性；（3）工业窑炉的间断运行等。

●储能技术分类（依据：储能技术能量存储原理的不同）（1）物理储能，如：飞轮储能、水储能和压缩空气储能方式；（2）电磁储能，如：超导储能方式；（3）电化学储能，如：蓄电池储能、超级电容器储能方式；（4）相变储能：相变储能技术是以相变材料为基础的高薪技术，具有熔化、潜热高，相变过程可逆性好等特点。

●材料（1）储能材料：储能材料主要是储热材料为主，储热材料主要包括有机相变储热材料、熔融盐类相变储热材料、合金相变储热材料及复合类储热材料。

（2）微胶囊相变储能材料：是应用微胶囊技术在固液相变材料表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的复合材料。

●储能技术发展历史储能技术名称领域原理水储能技术抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，从而达到储能的目的。

冰储能技术（蓄冷技术）冰蓄冷空调系统利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，从而避免中央空调争用高峰电力。

相变储能技术化工、航天、电子、建筑物的集中空调、采暖及被动式太阳房等。

利用相变材料在一定温度范围内通过改变物理状态而达到储能的目的。

二、储技能术的实际应用储能技术在建筑环境与能源应用方面在主要是水储能方式、冰储能方式、相变储能方式。

储能技术分类概述

储能技术分类概述（一）储能的定义及分类1.储能的定义储能是通过特定的装臵或物理介质将不同形式的能量通过不同方式储存起来，以便以后在需要时利用的技术。

储能主要是指电能的储存。

储能又是石油油藏中的一个名词，代表储层储存油气的能力。

储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。

广义的电力储能技术是指为实现电力与热能、化学能、机械能等能量之间的单向或双向存储设备，所有能量的存储都可以称为储能。

传统意义的电力储能可定义为实现电力存储和双向转换的技术，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导磁储能、电池储能等，利用这些储能技术，电能以机械能、电磁场、化学能等形式存储下来，并适时反馈回电力网络。

能源互联网中的电力储能不仅包含实现电能双向转换的设备，还应包含电能与其他能量形式的单向存储与转换设备。

在能源互联网背景下，广义的电力储能技术可定义为实现电力与热能、化学能、机械能等能量之间的单向或双向存储设备。

如图１所示，电化学储能、储热、氢储能、电动汽车等储能技术围绕电力供应，实现了电网、交通网、天然气管网、供热供冷网的“互联”。

其中，电化学储能和电动汽车实现了电力双向转换，用双框线标出，其余用单框线标出，图中箭头的方向表示能量流动的方向，ＦＣＥＶ表示燃料电池电动汽车，ＢＥＶ表示电化学电池电动汽车。

图 1：能源互联网中的电力储能技术除储能设备外，还包含了热电联供机组、燃料电池、热泵、制氢等能源转换设备。

储能和能源转换设备共同建立了多能源网络的耦合关系。

在实际应用中，二者常进行一体化设计，难以区分，因此本文将具有储能能力的电力转换设备也纳入广义电力储能的范畴。

图中，通过新能源发电实现风、光、潮汐、地热等主要一次能源向电能的转换。

在电网传输和消纳能力的限制下，部分新能源发电将通过制氢、制热等方式进行转换，部分新能源发电以电化学储能等双向电力储能设备存储并适时返回电网。

在各电力储能技术的支撑下，新能源发电与热电联供机组、燃料电池、热泵等转换设备协调运行，实现了新能源高效利用目标下，以电能为核心的多能源生产和消费的匹配。

储能技术与AI：解决清洁能源存储难题

储能技术与AI：解决清洁能源存储难题概念的发展和技术的创新正在对全球能源行业产生深远的影响。

随着人们对可持续发展和清洁能源的需求不断增长，储能技术成为解决可再生能源存储难题的关键。

然而，储能技术面临着诸多挑战，如成本高昂、技术限制和运营复杂性。

AI（人工智能）的引入为储能技术提供了新的解决方案，可以提高效能、降低成本并优化运营。

清洁能源储存是一个关键的问题，因为可再生能源的产生是不稳定的。

当太阳能光伏或风能发电系统产生的能量超过需求时，储能技术可以将多余的能量存储起来，以便在能源需求高峰或无法产生足够能量时使用。

但存在的问题是，传统的储能技术如锂离子电池和泵水蓄能等在成本和效能上存在局限。

AI的出现改变了传统储能技术的局限性。

通过巧妙地利用AI的学习和决策能力，储能系统可以更准确地预测能源需求和储存能量的最佳时机。

AI可以对能源市场进行分析，预测不同时段的价格波动，从而在能量需求低谷时购买廉价电能进行储存。

这样一来，不仅能更有效地利用可再生能源，还能降低储能系统的运营成本。

AI还可以帮助优化储能技术的设计和运营。

通过分析大量数据，AI 可以确定不同区域和不同需求的最佳储能技术，并通过学习和优化提高系统的效能。

此外，AI可以监测储能系统的运行状态和性能，及时发现和解决潜在的故障和问题，从而提高系统的可靠性和稳定性。

除了AI的应用，新型的储能技术也在不断发展。

例如，流体力学储能技术（Pumped Heat Energy Storage，PHES）利用高温和低温流体之间的温差来储存和释放能量。

PHES相比传统蓄电池具有成本低、寿命长和效能高的优势，而AI的引入可以进一步提高系统的效能和运营效率。

然而，尽管储能技术和AI为清洁能源存储难题提供了新的解决方案，但仍面临着一些挑战。

首先是技术的限制。

目前的储能技术在容量、效能和寿命等方面仍有提升空间，需要进一步的研究和创新。

其次，储能技术的成本仍然较高，限制了其在大规模应用中的普及。

清洁能源概论 第十一章 储能技术

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