第一讲-蓄能技术简介

1.2.3 需要研究的课题
提高电池的能源密度和寿命，开发新材料和材料改性，改 进现有制造工艺和操作条件。 针对便携式应用系统，研究的重点是开发锂离子、锂聚合 物和镍氢电池。 针对电动和混合动力汽车，重点研究NiMH、锂离子、锂聚” 合物电池，提高能量和动力密度。 开发超级电容器，降低成本、改进生产工艺、降低内部电 阻是关键。 冷、热储能技术的研究目标应该综合不同用途，采取更有 效的办法，例如提高或降低温度水平；重点开发新材料， 如相变材料。
了解储能基本概念和储能技术的应用场合。掌握能量
储存主要方法和储能系统的评价指标。了解储能技术发展
的历史及前景。
能源定义
化石燃料
一次能源 能 源 分 类 二次能源 可再生能源
核 能 电 能 热 能 合成燃料
能源定义
固体燃料
化石燃料
液体燃料
气体燃料
一 次 能 源
核
能
核裂变能 核聚变能 水 能 太 阳 能 风 能 地 热 能 海 洋 能 生物质能
1.1.3 能量储存方法
特点：①化学能的优点是便于储存和输送；②电能的优 点是可适用于各种用途，但储存困难：③热能约占最终能 源消耗的 60%，但它是一种质量最差的能的形态，在储存 和输送方面也不太适宜。
储存技术选择，性能判断考虑因素：①能的输入、输出形
态；②储能密度；③储能时的能量损失程度；④储能期限； ⑤能的输出和输入的难易程度；⑥安全性；⑦达到一定的
20世纪70年代，单井承压含水层季节性蓄能 当前：双井(Ref. Paper:地下含水层储能技术的应用条件 及其关键科学问题)
承压含水层储热(冷)系统由冷井、热井、井间管道与换热器组成。 为避免冷热“短路”的相互影响，交替作为取水井和回灌井的冷 井与热井，间距至少为15 mm~20 mm。 含水层储存的是低品位的冷与热，大多数储热(冷)系统回灌水的 温度，冬季为6℃~9℃，夏季为15℃~25℃。
1.1.5 能量储存方法
压 缩 空 气
抽 水 蓄 能
钠硫电池
超级电容器
锂离子电池
铅酸电池 锌溴液流电池
飞轮储能
1.1.5 能量储存方法
电能可以转换 为化学能、势 能、动能、电 磁能等形态存 储，按照其具 体方式可分为 物理、电磁、 电化学和相变 储能四大类型 物理储能
抽水蓄能
压缩空气储能 飞轮储能
全矾液流电池与风电 场联合运行 储能系统6MW/6MWh
储能技术——混合储能
• 目前的各种储能技术各具优缺点，单一的储能技术很难在技
术性和经济性上适应所有的应用需求。
• 将性能互补性强的两种或两种以上储能技术混合使用，可以 取得良好的应用效果，混合储能可以是储能器件的内部混合， 也可以是系统级的混合。 • 对于微电网，可以将功率型的储能和能量型的储能技术混合
使用，同时实现对系统的能量管理和稳定控制，提高微电网
的稳定性和经济性。
1.1.6 储存技术对比
1.1.6 储存技术对比
储能类型 典型额定功率 额定容量 特点 应用场合
机 械 储 能
抽水储能
100~2000MW
4~10小时
适用于大规模，技术 成熟。响应慢，需要 地理资源
适用于大规模。响应 慢，需要地理资源。
世界最早投入运行的抽水蓄能电厂为瑞士Schaffhausen电
站，设2座常规机组和2座泵机，装机2000kw, 从1909年开
始迄今仍在运行中。 20世纪60、70年代后发展迅速。广州抽水蓄能电厂总装机
容量240万千瓦。
近年来，我国电力蓄能技术发展迅速，全国已有20多个省 市应用了电力蓄冷、蓄热技术，累计可转移高峰负荷80万 千瓦，按冰冷空调和蓄热电锅炉平均移峰成本约1500元 /kW和900元/kW计算，已节省电力投资50多亿元。
包括能量和物质的输入和输出设备、能量的转换和储存设 备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、 多个过程，是随时间变化的复杂能量系统，需要多项指标 来描述它的性能。 常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储 能价格、对环境的影响等。按储能周期，分为短期 （<1h）、中期（ 1h至1周）、长期（>1周）
液流电池
5kW~100MW
钠硫电池
100kW~100M W
数小时
锂电池
kW~MW
分钟~小时
1.2 储能技术发展状况与展望
1.2.1 储能技术发展的历史
天然冰，冬季由湖泊和河流采取，储存于绝热良好的库房， 用于保存食物、冷却饮料等。 19世纪化学电池 在1896年世界首台电热能储能系统，压缩空气、高温热水 驱动的街车
主要章节
1、绪论 2、储能技术原理 3、相变储能材料的基本特性
4、冰蓄冷空调技术及应用
5、电能储存技术及应用 6、热能储存技术及应用
7、气体水合物储能技术及应用
8、化学储能技术及应用
9、其他储能技术及应用
第一章
绪论
1 储能技术及其应用简介
2 储能技术发展状况与展望
1.1.2 什么是储能技术？
储能技术特指通过机械的、电磁的、电化学电等方法，将 能量存储起来，在需要的时候，再通过机械的、电磁的、
电化学的方法转变为相应的可用能量的技术。
储能技术有如下广泛的用途： ①防止能量品质的自动恶化。（水、风流动与方向）
②改善能源转换过程的性能。（自然界一些能源具有良好储
1.2.2 储能技术发展的前景来自百度文库
储能技术将在能源系统、可再生能源（单个或集成） 技术及输送中发挥作用；它的发展，必须和现有的 过容电站或应急发电厂相适应。
为了减少温室气体排放，降低一次能源的消耗，促
成可再生能源在持续供给电力中份额的不断增加， 为偏远地区提供廉价、可靠的电力，储能至关重要 。
限制
• 系统复杂； • 有高速转动部件； • 轴承待机损耗问题
储能技术——飞轮储能
Beacon power
MW级飞轮储能示范电站 25kWh/100kW飞轮单体
50kWh/100kW的飞轮储能示范电站 8个6kWh/15kW飞轮单体
储能技术—钠硫熔融电池
优点：
高比功率；
不足：
高温运行，启动慢； 费用较高； 材料腐蚀、安全性较差。
储能技术—液流电池
优点 (1) 大规模蓄电，选址不受地域 限制； (2)安全，可深度放电； (3)有很大的充放电速率； (4)长寿命，高可靠性； (5)无排放，噪音小； (6)启动快，充、放电切换快； (7)价廉，1-2 年可建成； (8)运行和维持费低。 缺点 (1) 正极、负极电解液 交叉污染； (2) 要用价贵的离子交 换膜； (3)两份溶液，体积大， 平均之后比能量低。
庞巴迪 Mitrac 节电装置
储能技术—锂离子电池
优点：


磷酸亚铁锂、钛酸锂等新材料的开
发和应用，大大改善了锂离子电池 的安全性能和循环寿命，从而可能
高比能量；
高比功率； 高能量转换效率； 长循环寿命
将锂离子电池用于更大规模的储能
不足：
有的体系安全性较差； 价格还不够低
锂离子动力电池，是电动汽车产业兴起 的关键
电磁储能
超导储能
超级电容储能 高能密度电容 储能
电化学储能
铅酸、镍氢、 镍镉、锂离子、 钠硫和液流等 电池储能
相变储能
冰蓄冷储能 水合物储能
相变材料储能
储能技术——抽水储能
优点：技术成熟，容量大； 缺点：受地理限制，能量损失大，投资周期长。
储能技术——压缩空气储能
优点：技术相对成熟，大规模储能； 缺点：响应速度慢，需要特殊地理环境。
储能技术——飞轮储能
优势
– 效率：70%-90%； – 能量密度：最高130Wh/kg； – 输出功率： kW-MW ，由电 动 / 发电机和电力变换装置 决定； – 响 应 速 度 ： 5-25ms ， 5-15s 达到额定输出； – 寿命：大于20年； – 工作温度：-40℃ ～ 50℃ – 低维护、环境友好
存性，但在化石燃料转化为电能时，电网峰谷差、部分负 荷运行）：需要大容量、高效率的电能储存技术调峰。 ③为了方便经济地使用能量，也要用到储能技术。（蓄电池 充电、放电）
1.1.2 什么是储能技术？
④为了降低污染、保护环境也需要储能技术。（氢能）
⑤新能源利用中，也需要发展储能技术。太阳能、风能、海
洋能等发电装置，在能量输入、输出之间必须布置蓄能装 置，稳定输出。加惯性轮的机械储能、太阳能储热箱等。
输入、输出值所需的时间即响应性；⑧耐久性；⑨经济性。
1.1.3 能量储存方法
按照储存能量的形态储能方法可分为如下4类：
①机械储能：以动能形式储存能量，如冲压机床所用的飞轮；以势能形 式储能，如机械钟表的发条、压缩空气、水电站的蓄水库、汽锤等。 ②蓄热：以物质内能方式储存能量的属于蓄热，以任何方式储存热量的 也属于蓄热。一般把物质内能随温度升高而增大的部分称为显热，把相 变的热效应称为潜热，把化学反应的热效应称为化学反应热，把溶液浓
常 规 能 源
可再生能源
新 能 源
热 能
电 能
最重要 应用最广
二 次 能 源
汽、热水
二甲醚(CH3OCH3)、乙醇 氢 能
. . . . . .
1.1 储能技术及其应用
1.1.1 什么是储能?
储能(energy storage)，又称蓄能，是指使能量转化为在自
然条件下比较稳定的存在形态的过程。它包括自然的和人为 的两类：自然的储能，如植物通过光合作用，把太阳辐射能 转化为化学能储存起来；人为的储能，如旋紧机械钟表的发 条，把机械功转化为势能储存起来。按照储存状态下能量的 形态，可分为机械储能、化学储能、电磁储能（或蓄电）， 风能储存、水能储存等；和热有关能量储存，称为蓄热。
1.1.2 储能技术特点
储能就是在能量富余的时候，利用特殊装置把能量储存起
来，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间 和强度上的不匹配。可以设置可储蓄能量的中间环节，类
似稳压器。
储能系统本身并不节约能源，他们的引入主要在于能够提
高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能和风能的发
展，以及对废热的利用。
电 磁 储 能
超导储能
高能电容 超级电容
1.1.6 储存技术对比
储能类型 典型额定功率 额定容量 特点 应用场合
电 化 学 储 能
铅酸电池
kW~50MW
分钟~小时 技术成熟，成本低。 电能质量、电站 寿命短，环保问题。 备用、黑启动 1~20小时 寿命长，可深放， 适于组合，效率高， 环保性好。但能量 密度稍低 比能量和比功率较 高。高温条件、运 行安全问题有待改 进。 比能量高。成组寿 命、安全问题有待 改进。 电能质量、备用 电源、调峰填谷、 能量管理、可再 生储能、EPS 电能质量、备用 电源、调峰填谷、 能量管理、可再 生储能、EPS 电能质量、备用 电源、UPS
蓄能原理与应用
郑州轻工业学院 能源与动力工程学院 2016.03 郑州
前言
中国能源发展战略
基本框架
节能效率优先， 环境发展协调，
内外开发并举；
以煤炭为主体、 电力为中心， 油气和新能源全面发展； 以能源可持续发展和有效利用， 支持经济社会的可持续发展。
前言
解决新能源发展瓶颈：波动性和间歇性； 削峰填谷：合理调配使用电能； 满足时代发展需求：新技术革新 推动分布式能源发展：提高能源综合利用效率；
日负荷调节，频 率控制和系统备 用
调峰、调频、系 统备用、风电储 备
压缩空气
10~300MW
1~20小时
飞轮储能
5Kw~10MW 10Kw~50MW 1~10MW 10kW~1MW
1秒~30分钟 比功率较大。成本高， 调峰、频率控制、 UPS和电能质量 噪音大。 2秒~5分 1~10秒 1~30秒 响应快，比功率高。 成本高，维护困难。 响应快，比功率高。 比能量低。 响应快，比功率高。 成本高、出能量低。 输配电稳定、抑 制振荡 输电系统稳定、 电能质量控制 可应用于定制电 力及FACTS
高比能量；
转换率高。
日本独家生产，上海重新研制
34MW钠硫电池储 能电站
储能技术—超级电容器
优点：循环寿命若干万次，比功率高； 缺点：比容量小；单位能量投资高； 关键：开拓毫秒-秒级的应用、降低成本
超级电容器用于电力机车节电




功率300kW； 储能量850Wh； 组成：双向DC/DC，640支超级电容 器， 2.5V/2600F； 重量477kg； 体积1900×950×455mm 车载储能装置
度变化的热效应称为溶解热或稀释热。
③化学储能：在正向化学反应中吸收能量，把能量储存在化学反应的产 品中；在逆向反应中则释放出能量；蓄电池。
④电磁储能：把能量保存在电场、磁场或交变等电磁场内。
1.1.4 储能系统的评价指标
在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部
分物体或空间范围，称为储能系统。