各種儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比學(xué)習(xí)資料

1、精品文檔史上最全儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)梳理談到儲(chǔ)能，人們很容易想到電池，但現(xiàn) 有的電池技術(shù)很難滿足電網(wǎng) 級(jí)儲(chǔ)能的要求。實(shí)際上，儲(chǔ)能 的市場(chǎng)潛力非常巨大，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司 Pike Research的預(yù)測(cè)，從2011 年到2021 年的10年間，將有1220億美元投入到全球儲(chǔ)能項(xiàng)目中來(lái)。而在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中，最為廣泛應(yīng) 用的抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能等傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方式也在經(jīng)歷不斷改進(jìn)和 創(chuàng)新。今天，無(wú)所不能(caixinenergy) 為大家推薦一篇文章,該文章分 析了目前全球的儲(chǔ)能技術(shù)以及其對(duì)電網(wǎng)的影響和作用。現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要分為五類(lèi)：機(jī)械儲(chǔ)能、電氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、 熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。目前 世界占比最高

2、的是抽水蓄能，具總裝機(jī)容量規(guī) 模達(dá)到了 127GW ,占總 儲(chǔ)能容量的99% ,其次 是壓縮空氣儲(chǔ)能，總裝 機(jī)容量為440MW ,排名第三的是鈉硫電池，總?cè)萘恳?guī)模為316MW。全球現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)1、機(jī)械儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。(1)抽水蓄能：將電網(wǎng)低谷時(shí)利用過(guò)剩電力作為液態(tài)能量媒體的水從 地勢(shì)低的水庫(kù)抽到地勢(shì)高的水庫(kù)，電網(wǎng)峰荷時(shí)高地勢(shì)水庫(kù)中的水回流到 下水庫(kù)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電，效率一般為75%左右，俗稱(chēng)進(jìn)4出3 , 具有日調(diào)節(jié)能力，用于調(diào)峰和備用。精品文檔精品文檔不足之處：選址困難，及其依賴(lài)地勢(shì);投資周期較大，損耗 較高，包 括抽蓄損耗+線路損耗；現(xiàn)階段也受中

3、國(guó)電價(jià)政策的制約，去年中國(guó)80% 以上的抽蓄都曬太陽(yáng)，去年八月發(fā)改委出了個(gè)關(guān)于抽蓄電價(jià)的政策，以 后可能會(huì)好些，但肯定不是儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢(shì)。(2)壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES):壓縮空氣蓄能是利用電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí) 的剩余電量，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)，將空 氣壓入作為儲(chǔ)氣室的密閉 大容量地下洞穴，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足時(shí)，將壓 縮空氣經(jīng)換熱器與油或天 然氣混合燃燒，導(dǎo)入燃?xì)廨啓C(jī)作功發(fā)電。國(guó)外研究較多，技術(shù)成熟，我 國(guó)開(kāi)始稍晚，好像盧強(qiáng)院士對(duì)這方面研究比較多，什么冷電聯(lián)產(chǎn)之類(lèi)的。壓縮空氣儲(chǔ)也有調(diào)峰功能，適合用于大規(guī)模風(fēng)場(chǎng)，因?yàn)?風(fēng)能產(chǎn)生的 機(jī)械功可以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié)，從而提 高效率

4、。不足之處：一大缺陷在于效率較低。原因在于空氣受到壓縮時(shí)溫度 會(huì)升高，空氣釋放膨脹的過(guò)程中溫度會(huì)降低。在壓縮空氣過(guò)程中一部分 能量以熱能的形式散失，在膨脹之前就必須要重新加熱。通常 以天然氣 作為加熱空氣的熱源，這就導(dǎo)致蓄能效率降低。還有 可以想到的不足就 是需要大型儲(chǔ)氣裝置、一定的地質(zhì)條件和依賴(lài)燃燒化石燃料。精品文檔精品文檔(3)飛輪儲(chǔ)能：是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。需要能量時(shí)，飛輪 減速運(yùn)行，將存 儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)。飛輪 儲(chǔ)能其中的 單項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)基本都有了(但和國(guó)外差距在10年以上)，難點(diǎn)在于根據(jù) 不同的用途開(kāi)發(fā)不同功能的新產(chǎn)品，因此飛輪儲(chǔ)能電源是一種高技術(shù)產(chǎn) 品但原始

5、創(chuàng)新性并不足，這使得它較難獲得國(guó)家的科研經(jīng)費(fèi)支持。不足之處：能量密度不夠高、自 放電率高，如停 止充電，能量在幾 到幾十個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)自行耗盡。只適 合于一些細(xì)分市場(chǎng)，比如 高品質(zhì)不 間斷電源等。精品文檔精品文檔圖I飛輪捕能系統(tǒng)原理圖Fig. I Sdbe 的atkof ywLh*tl 曳心由ge 出與？非em*12、電氣儲(chǔ)能(1)超級(jí)電容器儲(chǔ)能：用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu) 獲得超大的電容量。與利 用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池不同，超級(jí) 電容器的充放 電過(guò)程始終是物理過(guò)程。充電 時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約 能源和綠色環(huán)保。超級(jí)電容沒(méi)有太復(fù)雜的東西，就是電容充電，其余就 是材料的問(wèn)題

6、，目前研究的方向是能否做到面積很小，電容更大。超級(jí) 電容器的發(fā)展還是很快的，目前石墨烯材料為基礎(chǔ)的新型超級(jí)電容器， 非?；稹esla首席執(zhí)行官 曰on Musk 早在2011年就表示，傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē) 的電池已經(jīng)過(guò) 時(shí)，未來(lái)以超級(jí)電容器為動(dòng)力系統(tǒng)的新型汽車(chē) 將取而 代之。不足之處：和電池相比，其能 量密度導(dǎo)致同等重量下儲(chǔ)能量相對(duì)較 低，直接導(dǎo)致的就是續(xù)航能力差，依賴(lài)于新材料的誕生，比如石墨烯。精品文檔精品文檔TOOCrnluciMnUtikmQindAu 雪p ”f1#nnq石盤(pán)飾是副蟄超凝電容器的 1制備于意圖(2)超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES):利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ) 存電能的裝置。超導(dǎo) 儲(chǔ)

7、能系統(tǒng)大 致包括超導(dǎo)線圈、低溫系統(tǒng)、功率 調(diào)節(jié)系統(tǒng)和 監(jiān)控系統(tǒng)4大部分。超導(dǎo)材料技術(shù)開(kāi)發(fā)是超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的重中之重。超 導(dǎo)材料大致可分為低溫超導(dǎo)材料、高溫超導(dǎo)材料和室溫超導(dǎo)材料。不足之處：超導(dǎo)儲(chǔ)能的成本很高(材料和低溫制冷系統(tǒng))，使得它的應(yīng)用受到很大限制?？煽啃院徒?jīng)濟(jì)性的制約，商業(yè)化應(yīng)用還比較遠(yuǎn)。3、電化學(xué)儲(chǔ)能精品文檔精品文檔(1)鉛酸電池：是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解 液是硫酸溶液的蓄電池。目前在世 界上應(yīng)用廣泛，循環(huán)壽命 可達(dá)1000 次左右，效率能達(dá)至I 80%-90% ，性?xún)r(jià)比高，常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用 電源。不足之處：如果深度、快速大功率放電時(shí)，可用容量會(huì)下降。其特

8、點(diǎn)是能量密度低，壽命短。鉛酸 電池今年通過(guò)將具有超級(jí)活性的炭材料 添加到鉛酸電池的負(fù)極板上，將其循環(huán)壽命提高很多。(2)鋰離子電池：是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電 解質(zhì)溶液的電池。主要應(yīng)用于便攜式的移動(dòng)設(shè)備中，其效率可達(dá)95% 以上，放電時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)，循環(huán)次數(shù)可達(dá) 5000 次或更多，響應(yīng)快 速，是電 池中能量最高的實(shí)用性電池，目前來(lái)說(shuō)用的最多。近 年來(lái)技術(shù) 也在不斷進(jìn)行升級(jí)，正負(fù)極材料也有多種應(yīng)用。市場(chǎng)上主流的動(dòng)力鋰電池分為三大類(lèi)：鉆 酸鋰電池、鈕酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池。前者能量密度高，但是 安全性稍差，后者相反，國(guó)內(nèi)電精品文檔精品文檔動(dòng)汽車(chē)比如比亞迪，目前 大多采用 磷酸鐵

9、鋰電池。但 是好 像老外都 在玩三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池？鉆酸鋰電池錨酸鋰電池磷酸鐵鋰電池1即9陰1并狎8分懈am于線蠅琢&H能密度；1150-160瓦時(shí)，千克100-110HW/TS越嚕記相腦汽車(chē)（如日累）腔（如皿化學(xué)婕及使 用壽命50度環(huán)蟾F,正雌毓解化，毒畬K鋰硫電池也很 火，是 以硫元素作為正極、金屬 鋰作為負(fù)極的一種電池，其理論比能量密度可達(dá)2600wh/kg,實(shí)際能量密度可達(dá)450wh/kg ,但如何大幅提高該電池的充放電循環(huán)壽命、使用安全性也是很大的問(wèn)題不足之處：存在價(jià)格高（4元/wh）、過(guò)充導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒等安全性問(wèn)題，需要進(jìn)行充電保護(hù)。精品文檔精品文檔(3)鈉硫電池：是一種以金

10、屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)?正極、陶瓷 管為電解 質(zhì) 隔膜的二 次電池。循環(huán)周期 可達(dá)到4500 次，放電 時(shí)間6-7 小時(shí)， 周期往返效率75% ,能量密度高，響應(yīng)時(shí)間快。目前在日本、德國(guó)、 法國(guó)、美國(guó)等地已建有200多處此類(lèi)儲(chǔ)能電站，主要用于負(fù)荷調(diào)平， 移峰和改善電能質(zhì)量。不足之處：因?yàn)槭褂靡簯B(tài)鈉，運(yùn)行于高溫下，容易燃燒。而且萬(wàn)一 電網(wǎng)沒(méi)電了，還需要柴油發(fā)電機(jī)幫助維持高溫，或者 幫助滿足電池降溫 的條件。精品文檔精品文檔O忖aO NaO SElectrode Solid Eleclr-Dlyte Fcsl five El ec trade（4）液流電池：利用正負(fù)極電解液分開(kāi)，各自循環(huán)的一種高性能蓄電

11、 池。電池的功率和能量是不相關(guān)的，儲(chǔ)存的能量取決于儲(chǔ)存罐的大小， 因而可以?xún)?chǔ)存 長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù) 天的能量，容量 可達(dá) MW 級(jí)。這個(gè) 電池 有多個(gè)體系，如鐵銘體系，鋅澳體系、多硫化鈉澳體系以及全銳體系， 其中鈾電池最火吧。不足之處：電池體積太大；電池對(duì)環(huán)境溫度要求太高;價(jià)格貴（這個(gè)可 能是短期現(xiàn)象 吧）;系統(tǒng)復(fù)雜（又是泵又 是管路 什么的，這不 像鋰電等非液 流電池那么簡(jiǎn)單）。精品文檔精品文檔灌流電池原理圖丫附副口所 RedoxVRBjPower source/Load電池儲(chǔ)能都存在或多或少的環(huán)保問(wèn)題。4、熱儲(chǔ)能熱儲(chǔ)能：熱儲(chǔ) 能系統(tǒng)中，熱能 被儲(chǔ)存在隔熱容器的媒介中，需要的 時(shí)候轉(zhuǎn)化回電能，也

12、可直接 利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。熱儲(chǔ)能又分為顯 熱儲(chǔ)能和潛熱儲(chǔ)能。熱儲(chǔ) 能儲(chǔ)存的熱量可以很大，所以可利用在可再生 能源發(fā)電上。不足之處：熱儲(chǔ)能要各種高溫化學(xué)熱工質(zhì)，用用場(chǎng)合比較受限。5、化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能：利用 氫或合成天然氣作為二次能源的載體，利用多余 的電制氫，可以 直接用氫作為能量的載體，也可以將其與二氧化碳反應(yīng)精品文檔精品文檔成為合成天然氣（甲烷），氫或者 合成天然氣除了可用于發(fā)電外，還有其他利用方式如交通等。德國(guó)熱衷于推動(dòng)此技術(shù)，并有示范項(xiàng)目投入運(yùn)行。不足之處：全周期效率較低，制氫效率僅40% ,合 成天然氣的效率不到35% 。引用前人的總結(jié)：Technical niauirityP

13、HS- 抽水畜能；CAES- 壓縮空氣；Lead-Acid : 鉛酸電池;NiCd : 鍥鎘 電池;NaS : 鈉硫電 池;ZEBRA : 鍥氯電 池;Li-ion : 鋰電池;Fuel cell : 燃料電池；Metal-air : 金屬空氣電池；VRB : 液流電池;ZnbBr : 液流電池;PSB : 液流電池;Solar Fuel : 太陽(yáng)能燃料電池；SMES : 超 導(dǎo)儲(chǔ)能;Flywheel : 飛輪；Capacitor/Supercapcitor : 電容/超級(jí)電 容;AL-TES : 水/冰儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng);CES:低溫儲(chǔ)能系統(tǒng);HT-TES :儲(chǔ)熱系 統(tǒng)。精品文檔精品文檔黃鼻硒譽(yù)也

14、訐童L，*Wm對(duì)珞埴看啾瓦.圣,干克冗不克反:舸科IC*等的gtiwfir她王咄力蘇能。卬，a沁i 5孫M員面中感比直廉珞* Q稈境如彼，雷整JfbWz寸0gQ免而忘S灌理股再防由府品加癡下57g5(M0iwwAIS福T順身面W海則，岫gE2O知出修夠格和灰而glISO-JSC10-13軀*1葡53 獗31加m泗1(KM筆的以上It電理n-jtiM3HMQTMA15曄-川，口4上1喇心地ew-ioowsoulSLtH吁阿QXffiLXt5M5舊口以上員面產(chǎn)仔也注=右與號(hào)方看空道空附號(hào)即靛5Dl-iaOO(1孫剛小聲至舒逑機(jī)用電加不MJ：1112叫詠上身而倬震田不加加5-10m 口以I警84億由

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