储能技术现状与发展

储能技术现状与发展 昝小舒 应用电子技术专业 储能技术 储 能技 术 § 什么是 储 能技 术 ？ 应用电子技术专业 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 为电 能， 为 用 电设备 提供 电 能 的技 术 。 储能技术 储 能 产业 是 战 略性基 础产 业 智能 电 网 风 能 发电 光伏 发电 电动车 通信 电 源 电 子 产 品 军 工 产 品 储 能技 术 有什么用？ 储能技术 功率等级 能量等级 设备类型 用户举例 ≤1W MWh 便携 储能设备 电子表、手机 1W～ 100W Wh 电子设备、电动工具 ≤500W ≤500Wh 移动 储能设备 电动自行车 10kW～ 200kW 2kWh～ 200kWH 节能与新能源汽车 100kW～ 500kW ～ 500kWh 铁路机车、城市轨道交通车 1kW 5kWh 固定 储能设备 家用储能设备 10kW～ 100kW 30kWh 小型工业和商业设施 兆瓦 吉瓦 MWh、 GWh级 智能电网、风能、光伏 移峰填谷储能电站 储能设备分类 储能技术 l 近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国 能源、交通、电力、电讯等部门的 高度 重视 l 发展创新性储能技术对加快发展我国新能源产业有决 定性意义 储能技术 l 储能技术分类： 机械 储 能： 抽水蓄能、 压缩 空气 储 能、 飞轮储 能 化学 储 能： 铅 酸 电 池、 镍 系 电 池、 锂 系 电 池、液流 电 池、 钠 硫 电 池 电 磁 储 能： 超 导储 能、超 级电 容器 储 能 机械 储能 l 抽水储能 l 压缩空气储能 l 飞轮储能 机械储能指电能通过转换为机械能的形态储存起 来，在需要时，可再由机械能转换为电能为用电设备 提供电能。 机械 储能 抽 水 储 能 机械 储能 抽 水 储 能 机械 储能 抽 水 储 能 发 展 现 状： 19世 纪 90年代于意大利和瑞士得到 应 用，据 统计 目前全世界共有超 过 90GW的抽水蓄能机 组 投入运行。 日、美、西欧等国 20世 纪 60～ 70年代出 现 抽水蓄 能 电 站的建 设 高峰。其中日本是世界上机 组 水平最高 的国家，在技 术 方面引 领 世界潮流。 我国上世 纪 90年代开始 发 展，有广州抽水蓄能 1期 ，十三陵，浙江天荒坪等抽水蓄能 电 站。 资 料 统计 ， 已装机 5.7GW，占全国装机容量的 1.8%。 机械 储能 抽 水 储 能 优 点： 技 术 上成熟可靠，容量可以做的很大，受水 库 库 容限制。 缺点： 建造受地理条件限制，需合适落差的高低水 库 ， 远 离 负 荷中心；抽水和 发电 中有相当数量的能 量被 损 失， 储 能密度 较 差； 建 设 周期 长 ，投 资 大 ； 机械 储能 压 缩 空 气 储 能 压缩 控制 储 能（ compressed air energy storage ， CAES） 是一种 类 似于燃气 轮发电设备 。需要 储 能 时 ，采用 电动 空气 压缩设备 ，将空气 缩 到大型 储 气 设备 中 实现储 能。需要 释 放能量 时 ，利用 压缩 空气 驱动 气 轮发电 机 组发电 ， 实现 机 械能与 电 能的 转换 。 机械 储能 压 缩 空 气 储 能 机械 储能 压 缩 空 气 储 能 发 展 现 状： 世界上第一个商业化 CAES电站为 1978年在德 国建造，装机容量为 290 MW，换能效率 77%。 美国在 2009年将 压缩 空气 储 能列 为 未来十大 技 术 。美国 电 力研究 协 会（ EPRI）建有 220MW压 缩 空气 试验 站。 我国 对压缩 空气 储 能技 术 尚 处 于初始研究 阶 段。 机械 储能 飞 轮 储 能 飞轮储 能（ Flywheel Energy Storage ） 将 能量以 动 能形式 储 存在高速旋 转 的 飞轮 中。由高 强 度合金和复合材料的 转 子、高速 轴 承、双 馈电 机， 电 力 转换 器和真空安全罩 组 成。 电 能 驱动飞轮 高速旋 转 ， 电 能 变飞轮动 能 储 存，需要 时 ， 飞轮 减速， 电动 机做 发电 机运行， 飞轮 的加速和减速 实现 了充 电 和放 电 。 机械 储能 飞 轮 储 能 1999 年欧洲 Urenc Power 公司利用高强度 碳纤维和玻璃 纤维复合材料制作飞轮，转速为 42 000 rad/min， 2001 年 1 月系统投入运行，充当 UPS，储能量达到 18 MJ 机械 储能 飞 轮 储 能 机械 储能 飞 轮 储 能 机械 储能 飞 轮 储 能 特点： 储 能密度高、充放 电 速度快、效率高、寿命 长 、无 污 染、 应 用范 围 广、适 应 性 强 等特点。 目前用于 调 峰、 风 力 发电 ，太阳能 储 能、 电动 汽 车 、 UPS、低 轨 道 卫 星、 电 磁炮、 鱼 雷。 国内相关 单 位： 清 华 大学工程物理系 飞轮储 能 实验 室、 华 科大、 华 北 电 大、中科院 电 工所。 2009年 8月 5 日，国内最先 进 和可靠的两台 250kVA移 动 式 飞轮发 电车 落 户 北京 电 力公司， 执 行供 电 保障和 应 急供 电 任 务 化学 储能 l 铅酸电池 l 镍系电池 l 锂系电池 l 液流电池 l 钠硫电池 应用电子技术专业 化学 储能 —— 铅酸电池 构成铅蓄电池之主要成份如下： l 阳极板 ( 过氧化铅 .PbO2 )- 活性物质 l 阴极板 ( 海绵状铅 .Pb) - 活性物质 l 电解液 ( 稀硫酸 ) - 硫酸 ( H2SO4) + 水 ( H2O) l 电池外壳 l 隔离板 l 其它 ( 液口栓 . 盖子等 ) 应用电子技术专业 化学 储能 —— 铅酸电池 原理： 铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极间会产生 2V 的电力。 放电状态，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 ) 蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极 板上的活性物质产生反应 , 生成新化合物 『 硫酸铅 』 。 化学 储能 —— 铅酸电池 充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： ( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 - PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ( 充电反应 ) ( 硫酸铅 ) ( 水 ) ( 硫酸铅 ) 由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在 充电时被分解还原成硫酸 , 铅及过氧化铅 。 充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解 ，而阴 极板就产生氢，阳极板则产生氧。 化学 储能 —— 铅酸电池 化学 储能 —— 铅酸电池 化学 储能 —— 铅酸电池 襄 樊 驼 峰 电 池 生 产 设 备 化学 储能 —— 铅酸电池 襄 樊 驼 峰 电 池 生 产 设 备 化学 储能 —— 铅酸电池 襄 樊 驼 峰 电 池 生 产 设 备 化学 储能 —— 铅酸电池 优点： 1 寿命长 2 价格低 3 可以大电流放电 缺点： 1 铅的污染 2 能量密度低，也就是说过于笨重