相变储能技术在分布式能源中的应用

相变储能技术在分布式能源中的应用 行业 领先的相变 温控 企业 投资 收益 极 高的 储能 银行 互联网能源 的热管理专家 北京宇田相变储能科技有限公司 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 一、储能技术的概念及物化特征 二、储能技术的重要性及必要性 三 、宇田储能 公司及技术概 况 四、 宇 田相变 储能 单元及应用 五 、 宇 田系列储能产品开发状况 六 、宇田储能公司展望 目录 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 一、储 能 技术的概念及物理化学特征 能源以多种形式存在，其能级 /质量 不同 不同 形式能源之间转换效率各异， 例如电能能级最高，热能能级 最低 ， 能量 应尽可能根据需要， 按质量 （级 ）存储 和释放 电能 热能90~100%30~55% YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （一）储能技术概况 及 分类 储能技术 储电 机械储能 抽水储能，压 缩空气储能 等。 电磁储能 超导储能，电 储能等。 电化学储能 铅酸电池，锂 离子电池等。 储热 显热储能 相变储能 化学反应储能 能源 以多种形式存在，其能级 /质量不同，并且有不同应用的需求 ， 所以 产生各种各样的储能 技术 储热是能量型的储能 技 术 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （二）各类储能技术的市场份额 PHS- 抽水蓄能； CAES- 压缩空气； Lead-Acid: 铅酸电池； NiCd: 镍镉电池； NaS: 钠硫电池； ZEBRA: 镍氯电； Li-ion: 锂电池； Fuel cell: 燃料电池； Metal-air: 金属空气电池； VRB: 液流电 池； ZnbBr: 液流电池； PSB: 液流电池； Solar Fuel: 太阳能燃料电池； SMES: 超导储能； Flywheel: 飞轮； Capacitor/Supercapcitor: 电容 /超级电容； AL-TES: 水 /冰储热 /冷系统； CES:低温储能系统； HT-TES：储热系统。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （三）各类储能 技术的 物化特征 储能技术 储能密度 (Wh/L) 储能周期 放电时间 规模 效率 成本 ($/kWh) 寿命 (年 ) 抽水蓄能 0.5-1.5 数小时 ~数月 1~24+小时 100~5000MW 60~80% 4~100 40-60 压缩空气 3-6 数分 ~数月 1~24+小时 100~300MW 40~75% 5~50 30-40 储热 120-500 数分 ~数月 1-24小时 0-200MW 50-95% 10-50 20-40 液态空气 10-24 数分 ~数月 1~24+小时 10 ~ 200MW 40-90% * 2~50 30-40 钠硫电池 150-250 数秒 ~数小时 数秒 ~数小时 0kW~10MW 75~90% 300~2500 5-15 液流电池 16-33 数小时 ~数月 数分 ~10小时 30kW~10MW 75~85% 100~300 5-10 超导 0.2-2.5 数分 ~数小时 毫秒 ~8秒 100kW~10MW ~97% 1000~10000 20+ 锂电池 200-500 数分 ~数天 数秒 ~数小时 0-6MW 90-97% 350-2500 5-15 飞轮 20-80 数秒 ~数分 毫秒 ~分钟 0~1MW 90~95% 1000~5000 ~15 超级电容 2-10 数秒 ~数小时 毫秒 ~分钟 0~500kW 60~90% 500~1000 ~5 以上比较只是参考，在很大程度上不合理 - 犹如 西光 与南光比味 道，比谁甜；直升机 与歼击机 比速度； 简单的比其实很傻。 每种储能技术有其最佳适用范围，试图把某种技术应用到不适合其 应用的条件 下，往往 需要付出的较高的 代价或适得其反。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 二 、储能 技术 的 重要 及 必要性 工业余热浪费超过 10亿吨标煤 /年 电力行业每年煤耗约 20亿吨标 煤，一半以上以废热形式排放 能量 在 转换过 程中都有 损 失，能不 储 就尽量 别 储 为 使能量 变 得有序 稳 定可控， 该储 就必 须 合理 储 只要把工业余热的 50%二次利用起来， 就相当于全部新能源产生的能量 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 在日渐兴起的能源互联网中，由于可再生能源与分布式能源在大电网中的大量接入 ， 结合微网与电动车的普及应用，储能技术将是协调这些应用的至关重要的一环，储 能环将成为整个能源互联网的关键节点；能源互联网的兴起将显著拉动储能的需 求。 储能技术的重要性及储能产业的发展前景 在 能量转化和利用的过程中，供求之间常常存在时间和空间上不匹配的矛 盾， 能量来源存在间歇性和不稳定性，如电力的峰谷差，工业余热、太 阳能、风能、海洋能的间歇性和不稳定性。工业设备、电子设备及生命机 体的过冷过热。 储能是 解决上述问题的根本途径，储能技术是提高能源利 用率和实施有效热管理的重要手段 。 谁 先找到较好的商业化模式，谁先达到商业化利用的目标，谁能更 好的和 “ 能源系统 、热 敏感系统 ” 有效结合，谁就是该行业的领跑 者和行业标准的参与制定者。 储能产业在我国还处于发展的初期阶段，中国将成为全球最大储能市场。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 三 、公司及技术产品简介 Ø 致力于基础相变储能材料和标准储能单元的研制 ，并提供相关储能和环境热管理的解决 方案。 Ø 致力于纳 (微 )米胶囊技术和智能调温产品的研制 ， 并 提供环境和人体温度热管理的解决 方案。 公司 介绍 研发 内容 技术 实力 合作 伙伴 Ø 与 国内相关科研单位展开了相变储能技术的研发 合作 ，为相变储能技术的纵深研究提供了理论 基 础 和技术保障。 公司 研发的基础储热材料从零下 15至零上 800多度 ， 热 焓值从 150-1000KJ之间，使用寿命均超过 5000 次以上 ,基本可以覆盖储热的各个温度范畴。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （一）知识产权 序号 申请 (专利 )号 名称 1 201520398214.9 一种相变储能单元的密封结构 2 201510316566.x 一种相变储能单元的密封方法 3 201520398538.2 一种即热式相变储能热水器 4 201510296743.2 电热线在相变储能单元中的应用 5 201510296852.4 一种相变储能热水器 6 201520373710.9 一种相变储能热水器 7 201510292654.0 一种相变调温系统及相变调温杯 8 201520367902.9 一种相变调温系统及相变调温杯 9 201520357732.6 调温碗 10 201410401132.5 微胶囊储能组合物及其制备方法 11 201410405815.8 一种相变储能复合微球及其制备方法 12 201410401266.7 一种消除相分离和过冷度的储能材料 13 201410403676.5 一种高效绝热的相变储能系统 14 201510206662.9 一种功能性微胶囊整理复合面料 15 201510199752.X 水溶性无机盐微胶囊及制备方法 16 201510197944.7 一种智能蓄热调温复合面料 17 201510197925.4 多段感温变色的调温织物 18 201520254595.3 一种功能性复合面料 19 201420461048.8 一种高效绝热的相变储热系统 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 20 2015104387198 一种吸湿透气智能调温鞋材 21 2015104387431 一种隔热调温里料 22 2015104387450 一种苯并噁嗪树脂包覆的水溶性盐微胶囊及其制备方法 23 2015104387484 具有相变调温功能纺织品的检测方法及检测装置 24 2015205406219 用于检测具有相变调温功能纺织品的检测装置 25 2015204648329 一种相变储能扩容水箱 26 2015204648348 一种套管式相变储能单元 27 2015106300470 一种热湿智能调节面料及其制备方法 28 2015106116792 一种智能调温母粒及其制备方法 29 2015207808917 快速调温恒温碗 北京宇田相变储能科技有限公司现申请和授权 29项国家专利，其 中大部分为发明专利。专利内容基本涵盖了相变储能基础材料、储热 材料的配方及研制工艺，以及相应的应用解决方案。随着技术的不断 升级和创新，公司将继续申请国内和国际专利，以便形成专利集群效 应来保护公司技术及技术产品。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （二） 有机、无机及复合相变材料技术参数 NO. 温度（ ℃ ） 热焓值（ KJ/Kg） NO. 温度（ ℃ ） 热焓值（KJ/Kg） NO. 温度（ ℃ ） 热焓值（KJ/Kg） U1 -15 290 U12 40 190 U23 71 213 U2 -10 287 U13 43 177 U24 74 215 U3 -6 226 U14 47 214 U25 80 289 U4 -3 254 U15 48 186 U26 118 340 U5 1 295 U16 51 176 U27 166 272 U6 7 188 U17 54 185 U28 188 323 U7 21 157 U18 55 183 U29 225 369 U8 24 175 U19 56 216 U30 300 500 U9 26 184 U20 60 254 U31 450 600 U10 27 190 U21 63 204 U32 600 800 U11 32 193 U22 68 218 U33 800 950 公司研 发 的基 础储热 材料从零下 15至零上 800多度， 热焓值 从 150-1000KJ之 间 ，使用寿命均超 过 5000次以上 ,基本可以覆盖 储热 的各个温度范畴。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 1. 静态阶段 对相变材料关键参数进行初 步筛选，对潜在材料改进。 3. 寿命试验 模拟材料在实际应用环境条件下的热循 环，以检验材料热稳定性和寿命 。 2. 动态阶段 对相变材料生产工艺条件展开摸 索，并对配方及工艺进行改进 4. 实际生产 对相变材料展开中试生产，各 项指标测试合格后，进入批量 化生产。 （三）科学严密的研发流程 经历以上四个阶段后，才能得到热力学稳定、寿命长的材料。与国内相变材料领域的 其他公司相比，我们对材料有着较为深入的理解和全面的把握，这种对材料研发的优势将会 对后续应用开发提供保证。 科学化 系统化 流程化 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 四、公司标准相变储能单元 封装在中大型容器中，其 能量的储存和释放通过自 身封装容器或换热器来完 成。 储能单元和传统的载热介 质组合在一起，既提高传 统载热介质的储能量，又 利用了传统介质的换热优 良性。 用化学法包裹成纳米和微 米级的储能胶囊，实现相 变储能的精细化应用。 储能单元 通过多种封装技术将相变材料进行包裹，并结合自主 研发的 绝热 和传导 材料，得到了三种不同类型的相变储能单元。 微型储能单元 中大型储能单元 复合型储能单元 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （一）储能单元的优势 标准储能单元可与热能应用系统无缝连接，每种单元能够以 “ 搭积木 ” 的方式进行累 加，从而进行热能储存的大量扩容。 1 2 3 实现了 相变储 （ 释 ） 能 的 可控化和可量化 ， 使 能 源利用更加高效。 储能单元像搭积木一样可以累加，最大 储能量 可 达 100MW。 储能系统 与应用系统 可 无缝连接 ，实现 互联互通 。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 储能单元 低温领域 疫苗、冷藏运输 低温蓄冷 电子产品低温保护 常温领域 智能调温纺织品 工业电器热保护 建筑领域 生命机体保护 中高温领域 太阳能、电储能热水器 水箱热量扩容器 电力谷价蓄热 高温领域 工业余热储存 光风弃电蓄热供暖 太阳能高温储存 （二）储能单元应用分类 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 五、公司系列储能产品开发状况 1. 相变调温助剂和智能调温穿戴 2. 绿色建筑相变调温材料 4.工业低品位余热阶梯蓄热整流站 /移动蓄热 3.谷电相变蓄热供暖系统 5、包含大容量储热的电 --热联合系统 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 加入相变材料 加入壳材 反应包覆 （一）宇田相变调温助剂 --调温微胶囊 将相变材料封装在微纳米级的胶囊中，实现材料的微小单元化和反应可控化，拓宽 了材料的应用领域。微小单元可方便进入纺织品内部或纤维中，使得智能调温穿戴的加 工生产成为可能。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 海湾战争中，沙漠气温高达 40到 50℃ 军舰的甲板上，正午时甚至能达 60℃ 号称武装到牙齿的美军士兵如何抵抗？ 月球表面温度 低温： -50 到 -125℃ 高温 ： 120 到 180℃ 宇航员如何抗衡剧变的温度？ 1. 调温材料的研发背景 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 2. 调温纺织品的工作原理 体表温度降低时，调温织 物释放已储存的热量，避 免体表温度波动较大。 体表温度过高时，调温织 物吸收储存体表散发的多 余热量。 微胶囊微胶囊 吸热 放热 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 我们 将微型储能单元与织物相结合，通过纺丝、涂布、 印花等 后 整理工艺，成功开 发出 舒适性调温纤维、面料、服装 等产品。目前 ， 已经实现 中试 规模生产。 3. 纺丝及后整理工艺路线 纳米 微型单元 微胶囊 调温助剂 涂布 后整理 调温 布料 与纺丝 液混合 纺丝 调温 粘胶纤维 智能调 温穿戴 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 4. 智能调温：提高织物的舒适性 对皮肤和衣服间的微环境温度进行智能 调节，降低燥热，提高舒适感。 智能调温 产生热屏蔽效应，使人体热能不会随 外界温度突变而随意损失或增加，持 续保证最舒适人体温度。 恒温效应 柔软舒适，透气性能好，使用体感好。 舒适性高 可水洗、机洗，清洁方便，可长期反 复使用。 耐用性强 长期 使用 YOTO E.S.智能调温穿戴，可有效调节人体温度波动，减少不舒适感，增 强人体对环境温度突然变化的抵抗能力，有益身体健康。另外，可缓解因环境引起的体 温过冷过热，提高舒适感，增强不同工作环境的适应性，有益提高工作效率。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 梭织印花 梭织转移涂层 针织复合面料 梭织平涂 床上用品、衬衫 羽绒服、户外用品 棉衣、运动服 外套 针织印花 内衣、紧身裤 5. 后 整理工艺及面料产品 调温黏胶 （天丝） 调温母粒 （耐高温 ） 调温纱线 （涤纶丙纶 ） 调温絮片 （中空涤纶 ） 调温鞋垫 (植入硅胶 ) 调温垫层 （后整理到衬布 ） YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 YOTO 智能 调 温穿 戴 正装 家居 运 动 户 外 床上 用品 外套 鞋品 内衣 6. 应用及展望 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 特殊 装备 军 服 潜 水 医 疗 冷 库 劳 保 消 防 防 护 YOTO 智能调温穿戴智能调温穿戴 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 （二）绿色建筑 - 相变自然调温节能 相变储能单元可与砂浆、地板、墙体、天花板等相结合，其中的相变材料可通过昼夜温 差进行储存与释放热量，使室内保持人体感觉较为舒适的温度。也可以在室内温度波动 较大时，吸收或释放室内热量，起到调节室内温度的作用。 现阶段 , 人们关心比较多的新能源是太阳能 ,但是太阳能利用和废热回收存在时间和 空间上 的 不 匹配 的问题。相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量 , 较好地 解决 了能量供求 在 时间 和空间上不匹配的矛盾 ,有效地提高了能量的利用率。同时相变 储能 材料在相变过程中 温度 基本上 保持恒定 ,能够用于调控周围环境的温度 ,并且能重复使用。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 1、相变节能建筑墙体材料及调温效果 有 /无相变材料的室内温度波动对比图 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 2、相变 材料在建筑节能中的嫁接方式 1、 相变 蓄能 墙体 结构 将相变材料掺入到现有的建筑材料中 , 制成相变蓄能围护结构 ,可以大大增强围护结构的 蓄 热 功能 , 使得少量的材料就可以储存大量的热量。由于相变蓄能结构的储热作用 , 建筑物 室 内 和室外之间的热流波动幅度被减弱 , 作用时间被延迟 ,从而可以降低建筑物供暖 、 空调 系统 的设计负荷 , 达到节能的目的 。 2、相变 供暖储能系统 相变蓄热的地板辐射供暖系统所需热媒的温度较低 ,热舒适性好 , 是适合于 太阳能集热器、 热泵 等作为热源的理想供暖方式。 3、相变 空调蓄冷系统 夜间电价低时 , 空调系统通向房间的送风阀关闭 ,空气在天花板和楼板之间 的吊顶 空间 内 循环 流动 ,冷却天花板和楼板 ,楼板中的相变材料发生相变以蓄 存冷 量 ; 日间送风阀打开 , 空气 被楼板冷却后送到空调房间内 ,满足房间负荷 的需要 。同常规的吊顶空调相比 ,采用 相 变 储能的吊顶送风方式房间内不会 出现 峰值负荷 ,比较经济。 YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 时间 23:00-7:00 7:00-10:00 10:00-11:00 11:00-13:00 13:00-15:00 15:00-18:00 18:00-20:00 20:00-21:00 21:00-23:00 电价 (元 /kwh) 0.3019 0.7175 1.1583 1.2653 1.1583 0.7175 1.1583 1.2653 0.7175 时段 低谷 平段 高峰 尖峰 高峰 平段 高峰 尖峰 平段 （三） 谷电蓄热供暖势在必行 城市 环保的需要： 减少城市热排放和废气污染物排放，必须调整城市能源结构，优 化能源配置，大力提倡电采暖。 城市 电网的需要： 内地城市电力资源 95%为火电机组，峰谷差最大达到 46.6%，必 须削峰填谷。 政府 优惠政策： 各地政府出台各种鼓励使用低谷电优惠政策，例如： 《 北京市电采 暖低谷用电优惠办法 》 居民低谷电采暖 0.2元 /kWh。 电从远方来： 从 2013 年 8 月开始，国家电网公司 全面 启动电能替代工作，积极倡 导 “ 以电代煤、以 电代 油、电从远方来 ” 的能源消费新 模式。 峰谷电价（北京、天津地区工商业电价） YOTO E. S. 宇田储能 尊重资源 理解资源 运用资源 谷电相变储能系统是在用电低谷时间（晚 23.00---早 7.00）、工业及商业低谷电 费时，将电能转化成热能储存在储能单元中，并在白天用电高峰期稳定供应热能 的电能转化和能量储存设备。可生产 70-85℃ 左右的热水，不受供热面积限制。 1.谷电相变蓄热供暖系统 --原理及流程 YOTO-E.S. 中低温 谷电 相变 储能单元可根据 用户需要，与现 有电采暖、太阳 能采暖、地源热 泵采暖等系统实 现无缝链接，实 现多热源协同供 暖的 形式。