电化学储能技术分类和抽蓄性能对比
各项电化学储能技术对比
各项电化学储能技术对比
电化学储能技术是一种将电能存储在化学电池中的技术，它具有能量密度高、效率高、响应速度快等优点，因此在能源领域得到了广泛的应用。
目前，常见的电化学储能技术包括锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池、液流电池等。
以下是这些技术的对比：
1. 锂离子电池：锂离子电池是目前应用最广泛的电化学储能技术之一，它具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点。
锂离子电池的正极通常采用钴酸锂、三元材料等，负极采用石墨等材料。
锂离子电池的充放电效率较高，但成本也相对较高。
2. 钠离子电池：钠离子电池是一种新型的电化学储能技术，它与锂离子电池类似，但使用的是钠离子而不是锂离子。
钠离子电池具有成本低、资源丰富等优点，但目前的能量密度和循环寿命还不如锂离子电池。
3. 铅酸电池：铅酸电池是一种传统的电化学储能技术，它具有成本低、技术成熟等优点。
铅酸电池的正极采用二氧化铅，负极采用铅等材料。
铅酸电池的能量密度较低，但寿命较长，适用于一些对能量密度要求不高的应用场合。
4. 液流电池：液流电池是一种新型的电化学储能技术，它将电能存储在液态电解质中。
液流电池具有容量大、寿命长、可深度放电等优点，但目前的成本较高，能量密度也相对较低。
总的来说，各种电化学储能技术都有其优缺点，需要根据具体的应用场合和需求来选择合适的技术。
在未来，随着技术的不断进步和成本的不断降低，电化学储能技术将会得到更广泛的应用。
储能技术分类介绍及其应用
储能技术分类介绍及其应用储能技术是指将能源转化为其它形式并储存起来以备后续使用的技术。
它可以在能源供应端和需求端之间提供平衡，并解决可再生能源波动性和间断性等问题。
目前，储能技术主要分为以下几类：1.电化学储能技术：电化学储能技术是目前应用最广泛的储能技术之一、它将电能转化为化学能并储存起来，当需要时再将化学能转化为电能。
常见的电化学储能技术包括铅酸电池、锂离子电池和钠硫电池等。
这些技术在电动车、太阳能和风能等领域得到了广泛应用。
2.机械储能技术：机械储能技术是将能量通过机械方式转化并储存起来。
常见的机械储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。
抽水蓄能利用低峰时段抽水将水储存在高处，需要时再通过下放水来驱动涡轮发电机发电。
压缩空气储能则是利用低峰时段将空气压缩并存储，需要时再通过膨胀来驱动涡轮发电机发电。
飞轮储能将能量存储在旋转的飞轮中，需要时再通过刹车器慢慢释放来产生电能。
3.热储能技术：热储能技术是将能源转化为热能并储存起来的技术。
常见的热储能技术包括蓄热材料储能和地下热储能等。
蓄热材料储能通过将多余的热量储存在蓄热材料中，需要时再以热能形式释放出来。
地下热储能则是将热能储存在地底下，通过从地下取热来满足供热需求。
4.化学储能技术：化学储能技术将能源通过化学反应转化为化学能并储存起来。
常见的化学储能技术包括氢气储能、燃料电池和氨能储能等。
氢气储能通过将电力或其他形式的能量利用电解水的方式将水分解为氢和氧，需要时再利用氢气发电。
燃料电池则是利用反应氢气和氧气产生电能的技术。
这些储能技术在能源系统中发挥着重要的作用，可以提高能源供应的可靠性和可持续性。
它们可以帮助平衡电网负荷，提供应急备用电源，调峰填谷，提升能源效率，减少能源浪费，增加可再生能源的利用率等。
同时，储能技术还可以促进电动车的发展，提升电力系统的稳定性，降低碳排放等。
总之，储能技术在能源领域具有重要的应用前景和发展潜力。
随着可再生能源的快速发展和智能电网的推进，储能技术将在未来起到更加重要的作用，促进能源领域的可持续发展。
储能技术的种类及其特点
储能技术的种类及其特点储能技术是指将能量储存起来，以便在需要时释放出来的技术。
随着可再生能源的快速发展和能源需求的增加，储能技术成为解决能源供应和需求矛盾的重要手段。
目前，常见的储能技术主要有以下几种，并且每种技术都具有独特的特点和应用场景。
1.电化学储能技术电化学储能技术是指通过电化学反应将能量储存于化学物质中，常见的代表有锂离子电池、钠离子电池以及流电池等。
其特点是能量密度高、比较安全可靠、循环寿命较长。
由于这些特点，电化学储能技术在便携电子设备、电动汽车和可再生能源储能等领域有着广泛的应用。
2.热储能技术热储能技术是指利用高温或低温储存热能，例如蓄热水箱、热泵和蓄电疗法等。
其特点是具有较高的能量密度、高效利用热量、可在长时间内存储能量。
热储能技术广泛应用于供热、制冷和工业生产等领域，能够提高能源利用效率和节约能源。
3.势能储能技术势能储能技术是指通过改变物体的位置或高度来储存能量，例如抽水蓄能、压缩空气储能和重力储能等。
其特点是具有较高的能量密度、大容量储能、使用寿命长。
势能储能技术适用于电力储能和供电平衡，可以调节电网的负荷平衡，提高电能利用率。
4.动能储能技术动能储能技术是指将能量储存于物体的运动中，例如飞轮储能、电能储能等。
其特点是储能效率高、响应时间快、对环境污染小。
动能储能技术主要应用于需要快速释放能量的场景，如频繁启动的机械设备、备用电源等。
除了以上几种常见的储能技术，还有其他一些新型储能技术正在研究和发展中，如超级电容器、纳米技术储能、生物质储能等。
这些新技术具有更高的能量密度、更高的效率和更长的寿命，具备更广泛的应用前景。
综上所述，不同的储能技术各有特点，能够满足不同领域的能源需求。
随着科技的不断进步和创新，储能技术的发展将为能源领域提供更多可持续、高效的解决方案。
储能的分类及优缺点
储能的分类及优缺点以下是 8 条关于储能分类及优缺点的内容：1. 化学储能，哇哦，就像我们的电池呀！手机电池就是个典型例子。
它的优点那可不少，能把能量存起来随时用。
但缺点也有呢，时间长了可能会老化，就像人老了体力会变差一样。
你想想，要是电动汽车的电池不行了，那得多麻烦呀！2. 物理储能里的抽水蓄能，这就像是一个超级大水库！利用水的势能来储能。
好处是容量大，稳定可靠。
可也不是完美的呀，得找个合适的地方建，还挺挑地方的呢。
就好像找对象，合适的不好找啊！你说是不是？3. 飞轮储能，嘿，这就像个高速旋转的轮子！优点是响应速度快，嘿嘿，说启动就启动。
但缺点呢，成本有点高哦，就跟买个奢侈品似的，让人有点心疼钱包呢！比如说在一些高端设备里用到它，就得好好掂量掂量啦。
4. 电磁储能，哇塞，感觉很科幻呢！超级电容就是例子。
它充电快得很，但储存的能量相对较少，这不就像一个短跑选手，速度快但耐力不够嘛！要是能两者兼具该多好呀！5. 压缩空气储能，就好像给空气施加魔法！优点是可以大规模储能。
可它也有个让人头疼的问题，效率不是特别高呀，就像是努力了半天，效果却一般般，会有点小失落呢。
在一些大型储能项目里就会考虑它啦。
6. 超导储能，厉害啦，就如同拥有超能力！能快速释放大量能量。
但成本太高啦，简直是“奢侈品中的战斗机”！这可真让人纠结呀，想要这么厉害的技术，又被价格劝退。
你会不会也觉得好难取舍呀？7. 热储能，哈哈，就像给能量洗个热水澡！它适合与热能相关的场景。
不过呢，有时候转化效率不太高哦，就好像努力想做好一件事，可就是差了那么一点点的感觉，有点无奈呀。
8. 氢储能，哇，未来的明星呀！可以长期储存大量能量。
但目前技术还不太成熟呢，就像一个孩子还在成长阶段。
真希望它能快快长大，发挥出巨大的威力呀！反正呀，各种储能方式都有它的优缺点，咱得根据实际需求来选择，没有十全十美的呢！我的观点结论是：不同的储能方式都有其独特之处和适用场景，我们要根据具体情况来利用和发展它们，让它们更好地为我们服务。
储能技术种类和特点
储能技术种类和特点储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术;储能技术按照储存介质进行分类,可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能;一机械类储能机械类储能的应用形式只要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能;1.1 抽水蓄能1基本原理电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量媒体的水从低标高的水库抽到高标高的水库,电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电;2特点属于大规模、集中式能量储存,技术相当成熟,可用于电网的能量管理和调峰；效率一般约为 65%~75% ,最高可达80%~85%；负荷响应速度快10%负荷变化需10秒钟,从全停到满载发电约5分钟,从全停到满载抽水约1分钟；具有日调节能力,适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电; 3缺点需要上池和下池；厂址的选择依赖地理条件,有一定的难度和局限性；与负荷中心有一定距离,需长距离输电;4应用目前,抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右;截至2012年底,全世界储能装置总容量为128GW,其中抽水蓄能为127GW,占99%;截至2012年年底,我国共有抽水蓄能电站34座,其中,投运26座,投运容量2064.5万千瓦约占全国总装机容量11.4亿千瓦的1.8% ;另在建8座,在建容量894万千瓦1.2 飞轮储能1基本原理在一个飞轮储能系统中,电能用于将一个放在真空外壳内的转子即一个大质量的由固体材料制成的圆柱体加速达几万转/分钟,从而将电能以动能形式储存起来利用大转轮所储存的惯性能量;2优点寿命长15~30年；效率高90%；少维护、稳定性好；较高的功率密度；响应速度快毫秒级;3缺点能量密度低,只可持续几秒至几分钟；由于轴承的磨损和空气的阻力,具有一定的自放电;4应用飞轮储能多用于工业和UPS中,适用于配电系统运行,以进行频率调节, 可用作一个不带蓄电池的 UPS,当供电电源故障时,快速转移电源,维持小系统的短时间频率稳定,以保证电能质量供电中断、电压波动等;在我国刚刚开始在配电系统中安装使用;电科院电力电子研究所曾为北京306医院安装了一套容量为250kVA, 磁悬浮轴承的飞轮储能系统,能运行15秒,2008年投运;1.3 压缩空气储能1基本原理压缩空气储能采用空气作为能量的载体,大型的压缩空气储能利用过剩电力将空气压缩并储存在一个地下的结构如地下洞穴,当需要时再将压缩空气与天然气混合,燃烧膨胀以推动燃气轮机发电;2优点有调峰功能,适合用于大规模风场,因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转,减少了中间转换成电的环节,从而提高效率;3缺点需要大的洞穴以存储压缩空气,与地理条件密切相关,适合地点非常有限；需要燃气轮机配合,并要一定量的燃气作燃料,适合于用作能量管理、负荷调平和削峰；以往开发的是一种非绝热diabatic的压缩空气储能技术;空气在压缩时所释放的热,并没有储存起来,通过冷却消散了,而压缩的空气在进入透平前还需要再加热;因此全过程效率较低,通常低于50%;4应用至今, 只有德国和美国有投运的压缩空气储能站;德国 Hundorf 站于1978年投运, 压缩功率60MW,发电功率290MW后经改造提高到321MW, 压缩时间/发电时间=4,2小时连续运行,启动过上万次,启动可靠率达97%;此外,德国正在建造绝热型压缩空气储能电站,尚未投运美国Mcintosh, Alabama阿拉巴马州, 1991年投运, 110MW,压缩时间/发电时间=1.6,如连续输出 100MW 可维持26小时,曾因地质不稳定而发生过坍塌事故;此外,美国正在建设几座大型的压缩空气储能电站,尚未投运;近来压缩空气储能的研究和开发热度在不断上升,国家电网公司已立项研究10MW压缩空气储能,项目负责人清华大学卢强院士;二电气类储能电气类储能的应用形式只要有超级电容器储能和超导储能;2.1 超级电容器储能1基本原理根据电化学双电层理论研制而成的,又称双电层电容器,两电荷层的距离非常小一般0.5mm 以下,采用特殊电极结构,使电极表面积成万倍的增加,从而产生极大的电容量;2优点长寿命、循环次数多；充放电时间快、响应速度快；效率高；少维护、无旋转部件；运行温度范围广,环境友好等;3缺点超级电容器的电介质耐压很低,制成的电容器一般耐压仅有几伏,储能水平受到耐压的限制,因而储存的能量不大；能量密度低；投资成本高；有一定的自放电率;4应用超级电容器储能开发已有50多年的历史,近二十年来技术进步很快,使它的电容量与传统电容相比大大增加,达到几千法拉的量级,而且比功率密度可达到传统电容的十倍;超级电容器储能将电能直接储存在电场中,无能量形式转换,充放电时间快,适合用于改善电能质量;由于能量密度较低,适合与其他储能手段联合使用;2.2 超导储能1基本原理超导储能系统是由一个用超导材料制成的、放在一个低温容器cryogenic vessel 杜瓦Dewar 中的线圈、功率调节系统PCS和低温制冷系统等组成;能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中;2优点由于直接将电能储存在磁场中,并无能量形式转换,能量的充放电非常快几毫秒至几十毫秒,功率密度很高；极快的响应速度,可改善配电网的电能质量;3缺点超导材料价格昂贵；维持低温制冷运行需要大量能量；能量密度低只能维持秒级；虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,但因价格昂贵和维护复杂,在电网中应用很少,大多是试验性的;4应用超导储能适合用于提高电能质量,增加系统阻尼,改善系统稳定性能,特别是用于抑制低频功率振荡;但是由于其格昂贵和维护复杂,虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,在电网中应用很少,大多是试验性的;SMES 在电力系统中的应用取决于超导技术的发展特别是材料、低成本、制冷、电力电子等方面技术的发展;三电化学类储能电化学类储能主要包括各种二次电池,有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等,这些电池多数技术上比较成熟,近年来成为关注的重点,并且还获得许多实际应用;3.1 铅酸电池1基本原理铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一;铅酸电池内的阳极PbO2及阴极Pb浸到电解液稀硫酸中,两极间会产生2V的电势,这就是铅酸电池的原理;经由充放电,则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：阳极电解液阴极PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 放电反应过氧化铅硫酸海绵状铅阳极电解液阴极PbSO4 + 2H2O + PbSO4---> PbO2+ 2H2SO4+ Pb 充电反应硫酸铅水硫酸铅2优点技术很成熟,结构简单、价格低廉、维护方便；循环寿命可达1000次左右；效率可达80%至90%,性价比高;深度、快速、大功率放电时,可用容量下降；能量密度较低,寿命较短;4应用铅酸电池常常用于电力系统的事故电源或备用电源,以往大多数独立型光伏发电系统配备此类电池;目前有逐渐被其他电池如锂离子电池替代的趋势;3.2 锂离子电池1基本原理锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构;充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态；放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态;2优点锂离子电池的效率可达95%以上；放电时间可达数小时；循环次数可达5000次或更多,响应快速；锂离子电池是电池中比能量最高的实用型电池,有多种材料可用于它的正极和负极钴酸锂锂离子电池、锰酸锂锂离子电池、磷酸铁锂锂离子电池、钛酸锂锂离子电池等;锂离子电池的价格依然偏高；有时会因过充电而导致发热、燃烧等安全问题,有一定的风险,所以需要通过过充电保护来解决;4应用由于锂离子电池在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上的应用,所以它目前几乎已成为世界上应用最为广泛的电池;锂离子电池的能量密度和功率密度都较高,这是它能得到广泛应用和关注的主要原因;它的技术发展很快,近年来,大规模生产和多场合应用使其价格急速下降,因而在电力系统中的应用也越来越多;锂离子电池技术仍然在不断地开发中,目前的研究集中在进一步提高它的使用寿命和安全性,降低成本、以及新的正、负极材料的开发上;3.3 钠硫电池1基本原理钠硫电池的阳极由液态的硫组成,阴极由液态的钠组成,中间隔有陶瓷材料的贝塔铝管;电池的运行温度需保持在300℃以上,以使电极处于熔融状态;2优点循环周期可达4500次；放电时间可达6至7小时；周期往返效率约为75%；它的能量密度高,响应时间快毫秒级;由于它使用了金属钠,是一种易燃物,又运行在高温下,所以存在一定的风险;4应用日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的钠硫电池的厂家;目前采用50kW的模块,可由多个50kW的模块组成MW级的大容量的电池组件;在日本、德国、法国、美国等地已建有约200多处此类储能电站,主要用于负荷调平、移峰、改善电能质量和可再生能源发电,电池价格仍然较高;3.4 全钒液流电池1基本原理在液流电池中,能量储存在溶解于液态电解质的电活性物种中,而液态电解质储存在电池外部的罐中,用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈,并通过电极和薄膜,将电能转化为化学能,或将化学能转化为电能;2缺点能量密度和功率密度与其他电池相比,如锂离子电池,要低；响应时间也不很快;3优点全钒液流电池技术已比较成熟；寿命长,循环次数可超过10000次以上;4应用液流电池有多个体系,其中全钒氧化还原液流电池vanadium redox flow battery, VRFB最受关注;这种电池技术最早为澳大利亚新南威尔士大学发明,后技术转让给加拿大的VRB公司;在2010年以后被中国的普能公司收购,中国的普能公司的产品在国内外一些试点工程项目中获得了应用;电池的功率和能量是不相关的,储存的能量取决于储存罐的大小,因而可以储存长达数小时至数天的能量,容量也可达MW级,适合于应用在电力系统中;四热储能1基本原理在一个热储能系统中,热能被储存在隔热容器的媒质中,以后需要时可以被转化回电能,也可直接利用而不再转化回电能;热储能有许多不同的技术,可进一步分为显热储存sensible heat storage和潜热储存latent heat storage等;显热储存方式中,用于储热的媒质可以是液态的水,热水可直接使用,也可用于房间的取暖等,运行中热水的温度是有变化的;而潜热储存是通过相变材料Phase Change Materials, PCMs来完成的,该相变材料即为储存热能的媒质;2缺点n 热储能要各种高温化学热工质,应用场合比较受限;3应用由于热储能储存的热量可以很大,所以在可再生能源发电的利用上会有一定的作用;熔融盐常常作为一种相变材料,用于集热式太阳能热发电站中;此外,还有许多其他种类的储热技术正在开发中,它们有许多不同的作用;五化学类储能化学类储能主要是指利用氢或合成天然气作为二次能源的载体;1基本原理利用待弃掉的风电制氢,通过电解水,将水分解为氢气和氧气,从而获得氢;以后可直接用氢作为能量的载体,再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气甲烷,以合成天然气作为另一种二次能量载体;2优点采用这两种物质作能量载体的好处是储存的能量很大,可达TWh级；储存的时间也很长,可达几个月；另外氢和合成天然气除了可用于发电外,还可有其他利用方式,如交通等;3缺点全周期效率较低,制氢效率只有70%左右,而制合成天然气的效率60-65%,从发电到用电的全周期效率更低,只有30%-40%4应用将氢与二氧化碳合成为甲烷的过程也被称作为P2G技术power to gas; 德国热衷于推动此项技术,已有示范项目在德国投入运行;以天然气为燃料的热电联产或冷、热、电联产系统已成为分布式发电和微电网的重要组成部分,在智能配电网中发挥着重要的作用,氢和合成天然气为分布式发电提供了充足的燃料;六各种储能技术的性能比较和应用选择储能技术种类繁多,他们的特点各异;实际应用时,要根据各种储能技术的特点以及对优缺点进行综合比较来选择适当的技术;供选择的主要特征包括：①能量密度 kWh or MWh；②功率密度 kW or MW；③响应时间-ms, -s, -minute；④储能效率充放电效率；⑤设备寿命年或充放电次数；⑥技术成熟度；⑦经济因素投资成本、运行和维护费用；⑧安全和环境方面的考虑;在实际工程项目中,要根据储能技术的上述特征,应用的目的和需求,来选择其种类、安装地点、容量以及各种技术的配合,还要考虑用户的经济承受能力;6.1 放电时间对比储能技术性能如果按放电时间划分,可分为①短放电时间秒至分钟级,如超级电容器、超导储能、飞轮储能,②中等放电时间分钟至小时级,如飞轮储能、各种电池等,③较长放电时间小时至天级,如各类电池、抽水蓄能、压缩空气等,④特长放电时间天至月级,如氢和合成天然气;上述放电时间短的,常常是功率型的,一般可用作UPS和提高电能质量;中等放电时间的,可用于电源转接;较长或特长时间的,一般是能量型的,可用于系统的能量管理;目前应用最广泛的大型抽水蓄能可以解决天级的储能要求,要满足周和月级的储能需求要依靠其他种类储能手段,如氢和合成天然气;不同储能技术的储能容量能量和放电时间的比较示于图,可以看出不同的储能技术处于图中不同的位置;6.2 功率对比大规模、永久储能的应用可分为三类：① 电能质量要求：在该应用中,储存能量仅用于在几秒钟或更少的时间,以确保传输电能的品质;② 应急能量要求：在这些应用中,贮存的能量可用几秒到几分钟,从一个电源切换到另一个电源时,以保证电能的连续性;③ 系统能量管理要求：在这些应用中,储能系统用于发电和消耗之间的去耦及同步;典型的应用是负载平衡,这意味着在非高峰时储存能量能量成本低,并在高峰时段使用存储的能量能量较高的成本;6.3 效率对比储能的效率和寿命循环的最大数是两个重要参数,因为它们影响到存储的成本;下图给出不同存储技术相对于效率和寿命的特点;6.4 投资对比投资成本是一个重要的经济参数,影响能源生产的总成本;每个循环的成本可能是评估能量存储系统成本的最佳方式;下图给出投资的主要组分,考虑到耐用性和效率;6.5 密度对比存储系统的体积很重要,首先,它可能被安装在一个受限制的或昂贵的空间,例如在城市地区;其次,体积增加,则需要更多的材料和更大的施工现场,从而增加了系统的总成本;参考资料Ibrahim H. Energy storage systems-characteristics and comparisons J. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008,1251221-1250。
储能技术的种类及其特点
储能技术的种类及其特点
根据储能技术能量存储原理的不同，储能技术可分为电化学储能、电磁储能以及机械储能。
电化学储能主要是通过氧化还原化学反应进行能量的存储和释放，这类储能技术运用非常广泛，主要产品有铅酸电池、锂电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池。
电磁储能主要是靠建立磁场或者电场存储电能，主要产品有超导磁储能、超级电容器。
机械储能是将电能转换为机械能的形式存储，主要产品有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。
下表中将几种储能的特点进行了对比：。
电化学储能各种电池技术之比较与前景展望
电化学储能各种电池技术之比较与前景展望引言电化学储能技术是当代能源领域的重要一环，其在电动车、可再生能源储存和智能电网等领域扮演着重要的角色。
随着市场对储能需求的增加，各种电池技术也应运而生。
本文将比较目前主流的电化学储能电池技术，探讨其优劣势并展望未来发展前景。
一、锂离子电池锂离子电池是目前应用最广泛的电池技术之一，其特点是能量密度高，重量轻，无记忆效应。
锂离子电池在电动车领域大行其道，其性能的不断提升对电动车市场的发展起到了重要推动作用。
然而，锂离子电池存在周期寿命短、成本高以及安全性等方面的问题，这限制了其在更广泛领域的应用。
二、超级电容器超级电容器是电化学储能技术中的一颗明珠，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点。
其在储能行业中具有广泛的应用前景，例如瞬态负载均衡、频率调节等应用场景。
然而，超级电容器的能量密度相对较低，无法满足长时间稳定供电的需求，这限制了其在某些领域的应用。
三、钠离子电池钠离子电池是一种新兴的储能技术，其与锂离子电池类似，但由于钠资源丰富且廉价，因此钠离子电池在成本方面具有优势。
同时，钠离子电池的循环寿命相对稳定，有望应用于电网储能、可再生能源储存等领域。
然而，钠离子电池的能量密度仍然相对较低，需要进一步提升其性能来满足实际需求。
四、流动电池流动电池是一种将电荷通过流动液体传输的储能技术，具有独特的优势。
其能够实现大规模储能，适用于可再生能源的储存和调度。
此外，流动电池在电动车领域也具有潜力，因为其可以通过快速换液方式实现快速充电。
然而，流动电池技术在电池反应动力学和系统设计方面还存在挑战，需要进一步研究和发展。
展望未来，电化学储能技术将继续迎来重大突破和发展。
其中，提高锂离子电池等现有电池技术的能量密度和安全性是重要的方向，以满足电动车和可再生能源储存等领域对储能设备的要求。
同时，发展新型电池技术，如固态电池和锂空气电池，具有重大潜力。
固态电池具有更高的能量密度和更好的安全性能，而锂空气电池则具有更高的理论能量密度，有望实现电池技术的革命性突破。
电力储能技术介绍和比较
部分 电池 储能 系统 性能 比较
下载后
数十 MW 几十 MW
锂离子
钠硫
几十 kW
十几 MW 数百 kW
150~200
150~240 80~130
200~315
90~230 50~140
1 000~10 000
2 500 13 000
0~95
0~90 0~80
0~1
抽水蓄能
飞轮储能
压缩空气储能
可直 接删 除阅读
设备类型
用户类型 汽车
功率等级 1~100W 25~100KW 100~500KW 1~20MW 1KW 10~100KW MW 10MW 10~100MW
能量等级 Wh 100KWh 500KWh 10MWh 5KWh 25KWh MWh 10MWh 10~100MWh
电站 落基山 锡亚比舍 奥清津 Ⅱ 葛野川 拉姆它昆 金谷 神流川 小丸川
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丐界上第一个商业化CAES电站为1978年在德 国建造的 Huntdorf 电站，装机容量为 290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动 超过 7000次，主要用于热备用和平滑负荷。 在美国，McIntosh 电站装机容量为 100 MW， Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调 峰；2005年由 Ridge 和 EI Paso 能源公司在 Texas 开始建造 Markham 电站，容量为 540 MW。 在日本，1998年斲巟建设北海道三井砂川矿 坑储气库，2001年 CAES 运行，输出功率 2MW。 在瑞士，ABB 公司正在开収大容量联合循环 CAES 电站，输出功率 442MW，运行时间为 8h，贮气空洞采用水封斱式。 此外，俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色 列等国也在长期致力于 CAES 的开収。
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钴 酸 锂 材 料 （ LiCoO2 ） 的 理 论 容 量 为 274mAh/g ， 实 际 容 量 大 于
140mAh/g，开路电压为 3.7V。主要优点为充放电电压平稳，循环性能好。
主要缺点为：原材料较贵，抗过充电的锂离子电池，工艺成熟，市场占有率高。
电化学储能技术分类和抽蓄性能对比
电化学储能技术主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠系高 温电池和金属-空气电池等体系。电池的工作原理大致相同：从能量转化角 度看，电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，电池是氧 化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原 反应分别在两个电极上进行。 一、技术分类
国际上液流电池代表品种主要是 VRB 体系、Zn/Br2 体系和 PSB 体系。表
1-2 是几种大规模液流储能电池的特征参数。
表 1-2 几种液流储能电池的特征参数
System 开路电压 / V 比能量 / (Wh/kg)
VRB 1.4 25-35
Zn/Br2 1.83 25-35
PSB 1.54-1.61
熔融盐电池主要有钠硫电池（NAS）和钠/氯化镍电池（ZEBRA）两种。 （1）钠硫(NAS)电池是以 beta-Al2O3 为电解质和隔膜，并分别以 Na 和 S 为负极和正极的二次电池。NAS 电池的工作原理如图 1-5 所示，其充 放电过程是可逆的，且整个过程都由浓度扩散作用所控制。
图1-5 钠硫电池的工作原理图
图 1-1 铅酸电池的基本结构
铅酸电池的正、负两极活性物质在电池放电后都转化为硫酸铅(PbSO4)， 铅酸电池单体的额定电压为 2V。实际上，铅酸电池的开路电压与硫酸浓度 存在着密切关系，而与铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。铅酸电池在充 电终止后，端电压很快下降至 2.3V 左右，放电终止电压为 1.7-1.8V，若在 继续放电，将影响电池寿命。铅酸电池的充电温度范围为-20℃~40℃，放电 温度范围-20℃~40℃，能量转换效率为 70-85%。
全钒液流电池的工作温度范围有限制，如全钒液流电池低温时低价钒由于 溶解度降低析出晶体，高温下五价钒易分解为五氧化二钒沉淀，导致使用 寿命下降。
锌溴液流电池的负极活性物质为金属 Zn，正极活性物质为溴化物并被 多孔隔膜分离，电解液为 ZnBr2。充电过程中，负极锌以金属形态沉积在电 极表面，正极生成溴单质，贮存于正极电解液的底部。锌溴液流电池的主 要技术问题包括：溴和溴盐的水溶液对电池材料具有腐蚀性，充电过程中 锌电极上形成枝晶。 4、钠系高温电池 （1）工作原理
镍 酸 锂 材 料 （ LiNiO2 ） 的 理 论 容 量 为 274mAh/g ， 实 际 容 量 为 190~210mAh/g，开路电压为 2.5~4.2V。主要优点为：镍资源相对丰富，成 本低。主要缺点为：合成条件苛刻，循环稳定差，安全性有待提高。由于
稳定性，安全性，材料合成困难等方面的缺点，镍酸锂电池的商业应用较
铅酸电池的优点：1）投资成本低；2）开路电压与放电深度基本呈线 性关系，易于充放电控制；3）单体容量从几十~几千 Ah，串并联后用于 MW 级储能电站时安全可靠；4）回收技术成熟，利用率高。
铅酸电池的缺点：1）比能量低，一般为30~50Wh/kg；2）循环寿命短， 一般为500-2000次；充电速度慢，一般>4小时；3）生产过程中会产生含铅 的重金属废水，且成酸性，易产生污染。
液流电池的缺点：1）需要配置循环泵维持电解液的流动，降低了整体 的能量效率；2）液流电池的容量单价较高，甚至与钠硫电池的价格水平不 相上下，与同等容量铁锂电池的价格相比缺乏优越性。
（2）技术分类
液流电池较早提出的有 Ti/Fe、Cr/Fe 及 Zn/Fe 等体系，比较成熟的是铁
/铬体系、全钒（VRB）体系、多硫化钠/溴(PSB)体系和钒/溴体系等。目前，
ZEBRA电池既保留了钠硫电池原有的一些优点，又另具有一些独特的 魅力，主要表现为：
1）开路电压高（300℃时为2.58V）； 2）比能量高（理论上>700Wh/kg，实际达120Wh/kg）； 3）比功率高（180W/kg）； 4）能量转换效率高（无自放电，100%库伦效率）； 5）循环寿命长（>3500次，80%DOD）； 6）可快速充电（30min充电达50%放电容量）； 7）工作温度范围宽（50-350℃的宽广区域）； 8）容量与放电率无关（电池内阻基本上为欧姆内阻）； 9）耐过充、过放电（第二电解质NaAlCl4可参与反应）； 10）无液态钠操作麻烦（电池装配在放电状态）。 5、金属-空气电池 （1）工作原理 金属/空气电池现在使用的电解质大多数为中性或者碱性，电池放电过
面都有较大幅度的提高，理论容量为 286mAh/g，实际容量达 200mAh/g 左 右，开路电压范围为 3~4.5V，但仍然存在充放电过程中结构不稳定的问题。
磷酸铁锂材料（LiFePO4）的理论容量为 170mAh/g，实际容量大于 110mAh/g，开路电压为 3.4V。主要优点是：循环性能好，容量保持率高， 安全性高，放电电压平台稳定。主要缺点是：理论容量不高，低温性能差。 3、液流电池 （1）工作原理
钠硫电池的优点：1）能量密度高。理论比能量为760Wh/kg，实际也已 大于300Wh/kg；2）功率特性好。可大电流放电，放电电流密度一般可达200～ 300mA/cm2，瞬间可放出其固有能量的3倍；3）循环寿命长，100%DOD下 能耐2500次以上的充放电。
钠硫电池的缺点：1）工作温度在300~350℃，即仅当钠和硫处于液态 高温下才能运行。如果陶瓷电解质破损形成电池短路，钠和硫将直接接触 发生剧烈的放热反应，产生高达2000℃的高温，导致严重的安全性问题；2） 启动和停止需要的时间长，从冷态到可充放电状态或者相反大约需要1-2周 的时间；3）由于硫具有腐蚀性，电池护体需要经过严格的耐腐蚀处理；4） 运行条件要求高。钠硫电池在使用过程中不能随意发生断电情况，否则会 导致电池报废。因此，钠硫电池一般都需要采用柴油发电机做UPS，以确保
熔融盐电池一般采用固体陶瓷作为正负极间的隔膜并起到电解质的作 用；电池负极通常是原子量很小、化学活性很高，电极电势很低的碱金属 或碱土金属材料；电池正极通常是能与负极反应的盐类物质。工作时，负 极放出电子产生金属离子，透过陶瓷隔膜与正极物质反应。
熔融盐电池通常都具备以下特点： （1）放电特性好。熔融盐电解质的电导率约比水溶液电解质大 10 倍， 因此熔融盐电池能大功率放电，脉冲电流密度高达每平方厘米几十安培， 稳态工作电流密度也能达到 A/cm2 级放电； （2）熔融盐电池通常具有很高的功率密度和能量密度； （3）电池内部的工作温度通常比较高，可达 300℃以上，具有一定的 安全隐患。 （2）技术分类
图 1-4 液流电池的工作原理
液流电池的优点：1）额定功率和额定能量相互独立，功率取决于电池 堆，能量取决于电解液的储量和浓度，因此电池系统设计灵活，易于模块
化组合；2）电池的存储寿命长，电解液可循环寿命，不存在变质问题，只 是电池隔膜电阻随时间有所增大；3）电解液可以重复使用和再生利用，因 此成本有所下降。
液流电池是一种新型、高效的电化学储能装置，其工作原理如图所示。 可以看出，电解质溶液（储能介质）存储在电池外部的电解液储罐中，电 池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负 极侧），电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环 流动从而参与电化学反应。充电时，电池外接电源，将电能转化为化学能， 储存在电解质溶液中；放电时，电池外接负载，将储存在电解质溶液中的 化学能转化为电能，供负载使用。
电池的稳定。 （ 2） ZEBRA 电 池 与 钠 硫电 池 有 许 多 相 似 之 处 ：固 体 电 解 质 都 是
beta-Al2O3陶瓷材料，负极都是液态金属钠。不同的仅是电极材料，它以分 散在NaAlCl4熔盐电解质中的固态镍和氯化镍取代了钠硫电池正极中的液 态硫和多硫化钠。在放电时，电子通过外电路负载从Na负极至NiCl正极， 而Na+则通过beta-Al2O3固体电解质陶瓷管与氯化镍反应生成氯化钠和镍； 充电时在外加电源作用下电极过程正好相反。
2、锂离子电池 （1）工作原理
图1-2 铅炭电池的结构示意图
锂离子电池采用了一种锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为 正极，有机溶剂-无机盐体系作为电解质，碳材料作为负极。充电时，Li+ 从正极脱出嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插 入正极，正极为富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数 量的电子经外电路传递，与 Li+同时在正负极间迁移，使负极发生氧化还原 反应，保持一定的电位，如图1-3所示。
理论容量 实际容量 开路电 成 （mAh/g） （mAh/g） 压（V） 本
钴酸锂（LiCoO2）
274
140~160 3.8 高
镍酸锂（LiNiO2）
274
190~210 3.7 中
锰酸锂（LiMn2O4）
148
90~120
4.0 低
磷酸铁锂（LiFePO4） 170
110~165 3.2 低
安全 性 一般 差 好 很好
（2）技术分类
根据电池结构、活性物质和工作原理，铅酸电池分为普通非密封富液 铅蓄电池、阀控密封铅酸电池、铅炭电池等。普通铅酸电池使用寿命短、 日常维护频繁、存在环保问题等，已逐步被淘汰。
（1）阀控密封铅酸电池。阀控密封铅酸电池的充放电电极反应机理和 普通铅酸电池相同，但采用了氧复合技术和贫液技术，电池结构和工作原 理发生了很大改变。采用氧复合技术，充电过程产生的氢和氧再化合成水 返回电解液中；采用贫液技术，确保氧能快速、大量地移动到负极发生还 原反应，提高了可充电电流。氧复合和贫液技术的使用，不仅改善了铅酸 电池的效率、比功率、比能量，循环寿命等性能，还减少了维护成本。
电化学储能技术主要包括种类繁多的二次电池，这里主要介绍应用较 多的铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。这些电池多数技术 上比较成熟，近年来成为电力系统应用关注的重点并有较多的实际应用。 1、铅酸电池 （1）工作原理