第4章儲(chǔ)能技術(shù)

1第四章儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域物理儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能的背景與意義4.14.24.34.42儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域物理儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能的背景與意義4.14.24.34.4主要內(nèi)容何為儲(chǔ)能？？?jī)?chǔ)能是指能量的存儲(chǔ)，即通過(guò)一種介質(zhì)或者設(shè)備，把當(dāng)前剩余的能量以其本身的形式，或者換成另一種能量形式存儲(chǔ)起來(lái)，根據(jù)未來(lái)使用的需要以特定能量形式釋放出來(lái)的一個(gè)過(guò)程。

儲(chǔ)能是針對(duì)電能的存儲(chǔ)，利用物理或化學(xué)方法將電能存儲(chǔ)起來(lái)的技術(shù)。狹義上廣義上34.1.1應(yīng)用背景

要使具有間歇、隨機(jī)、低密度特點(diǎn)的可再生能源得到廣泛有效的利用，并逐步成長(zhǎng)為替代能源，最終成為主導(dǎo)能源，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是其中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。也只有大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，才能突破電力工業(yè)自誕生以來(lái)受即發(fā)、即送、即用方式的困擾和束縛，讓電能真正做到以人為本，為人類的需要服務(wù)，實(shí)現(xiàn)電與人的和諧發(fā)展。國(guó)家能源專家咨詢委員會(huì)副主任—徐錠明44.1.1應(yīng)用背景2011年3月，十一屆全國(guó)人大四次會(huì)議審議通過(guò)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》。在“十二五”期間，國(guó)家將培育發(fā)展與新能源相關(guān)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，包括：新一代核能，太陽(yáng)能熱利用和光伏光熱發(fā)電、風(fēng)電技術(shù)裝備、智能電網(wǎng)、生物質(zhì)能、插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車技術(shù)、同時(shí)，國(guó)家將推廣分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用，推動(dòng)海上風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電規(guī)?；痉豆こ桃约安咫娛交旌蟿?dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車商業(yè)化示范工程的實(shí)施。儲(chǔ)能作為其不可或缺的技術(shù)，無(wú)論是為新能源大規(guī)模并網(wǎng)或是為新能源汽車提供動(dòng)力，都將獲得更多的示范機(jī)會(huì)。4.1.1.1國(guó)家政策扶持52011年3月，國(guó)家發(fā)改委修訂并發(fā)布了新的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》?！按笕萘侩娔艽鎯?chǔ)技術(shù)”在電力類鼓勵(lì)條目中出現(xiàn)，表明國(guó)家層面已經(jīng)意識(shí)到該技術(shù)能夠解決“分布式供電及并網(wǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用”、“智能電網(wǎng)建設(shè)”等項(xiàng)目中面臨的一些大問(wèn)題。2011年12月，國(guó)家能源局發(fā)布《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃》?！兑?guī)劃》中強(qiáng)調(diào)，突破間歇式電源并網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)與裝備稱為“十二五”期間重點(diǎn)任務(wù)之一。其中大容量快速儲(chǔ)能裝置的研究，將給儲(chǔ)能行業(yè)帶來(lái)新一輪的發(fā)展機(jī)會(huì)。64.1.1.2國(guó)家發(fā)展需要化石能源日益短缺化石能源過(guò)渡消耗帶來(lái)嚴(yán)重的污染問(wèn)題能源和環(huán)境問(wèn)題惡化將嚴(yán)重制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)?；每稍偕茉磳?shí)現(xiàn)能源多樣化開展節(jié)能減排提高化石能源利用效率解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定性平衡用電負(fù)荷，提高發(fā)電效率發(fā)展規(guī)?；瘍?chǔ)能（蓄電）技術(shù)是國(guó)家能源安全、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排重大國(guó)策的重大需求74.1.1.3技術(shù)發(fā)展需求1）具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)給傳統(tǒng)電網(wǎng)造成接入難題！2）新能源接入帶來(lái)電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)的變化加大了對(duì)于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的應(yīng)用需求！3）分布式電源接入及微電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了剛性需求！4）基于減小碳排放的電動(dòng)汽車的發(fā)展對(duì)于配套儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求不斷增加！5）軍用、工業(yè)及民用用戶基于提高供電可靠性的要求對(duì)于儲(chǔ)能提出了新的需求84.1.2儲(chǔ)能的意義94.1.2.1大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)風(fēng)能、太陽(yáng)能和海洋能等可再生能源發(fā)電受季節(jié)、氣象和地域條件的影響，具有明顯的不連續(xù)、不穩(wěn)定性。發(fā)出的電力波動(dòng)較大，可調(diào)節(jié)性差。當(dāng)電網(wǎng)接入的風(fēng)電發(fā)電容量過(guò)多時(shí)，電網(wǎng)的穩(wěn)定性將受到影響。目前，可再生能源發(fā)電的大規(guī)模電網(wǎng)接入是制約其發(fā)展的瓶頸。配套大規(guī)模高效儲(chǔ)能裝置，可以解決發(fā)電與用電的時(shí)差矛盾及間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)沖擊，調(diào)節(jié)電能品質(zhì)。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)在離網(wǎng)的太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電應(yīng)用中具有不可或缺的重要作用。4.1.2儲(chǔ)能的意義104.1.2.2大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步提供了重要保障。智能電網(wǎng)技術(shù)是提高電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性和電力質(zhì)量的重要技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)作為提高智能電網(wǎng)對(duì)可再生能源發(fā)電兼容量的重要手段和實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)能量雙向互動(dòng)的中樞和紐帶，是智能電網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。114.1.2儲(chǔ)能的意義4.1.2.3高效儲(chǔ)能系統(tǒng)是用于高耗能企業(yè)和國(guó)家重要部門的備用電源電解、電鍍及冶金等行業(yè)，電車、輕軌和地鐵等交通部門，都是集中用電大戶。使用儲(chǔ)能電池用“谷電”對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在高峰期應(yīng)用于生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)，電能的利用效率高，不僅可以減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，還可以降低運(yùn)營(yíng)成本。高效儲(chǔ)能系統(tǒng)的另外一個(gè)重要應(yīng)用是用作政府、醫(yī)院、軍事指揮部等重要部門的備用電站。在非常時(shí)期保證穩(wěn)定、及時(shí)的應(yīng)急電力供應(yīng)。12儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域物理儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能的背景與意義4.14.24.34.4主要內(nèi)容4.2儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域a.備用電站南方電網(wǎng)深圳寶清電池儲(chǔ)能電站13b.智能電網(wǎng)儲(chǔ)能14c.太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)能日本光伏——電池聯(lián)合儲(chǔ)能電站15c.風(fēng)能發(fā)電儲(chǔ)能16d.電動(dòng)汽車儲(chǔ)能17e.太陽(yáng)能路燈18f.電動(dòng)汽車充電站19g.家庭微電網(wǎng)20h.平穩(wěn)可再生能源輸出21i.電力系統(tǒng)“削峰填谷”22j.維持電力供需平衡2324儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域物理儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能的背景與意義4.14.24.34.4主要內(nèi)容現(xiàn)有的各種儲(chǔ)能技術(shù)25化學(xué)儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能超級(jí)電容儲(chǔ)能按有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分類26各種儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模與適用范圍抽水蓄電功率調(diào)控27各種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展情況28各種儲(chǔ)能技術(shù)性能對(duì)比儲(chǔ)能類型典型額定功率放電時(shí)間特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合物理儲(chǔ)能抽水蓄能100~2000MW4~10小時(shí)適合大規(guī)模，技術(shù)成熟，響應(yīng)慢.需要地理資源日負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率控制和系統(tǒng)備用壓縮空氣10~300MW1~20小時(shí)適合大規(guī)模，響應(yīng)慢，需要地理資源調(diào)峰，調(diào)頻，系統(tǒng)備用，風(fēng)電儲(chǔ)備飛輪儲(chǔ)能5kw~10MW1秒~30分鐘比功率較大，成本高、噪音大調(diào)峰、頻率控制、UPS和電能質(zhì)量超導(dǎo)磁儲(chǔ)能10kw~50MW2秒~5分鐘響應(yīng)快，比功率高成本高，維護(hù)困難輸配電穩(wěn)定化學(xué)儲(chǔ)能超級(jí)電容10kw~50MW1~30秒響應(yīng)快，比功率高。成本高，儲(chǔ)能量低可應(yīng)用于定制電力和FACTS鉛酸電池Kw~50MW分鐘~小時(shí)技術(shù)成熟，成本低壽命短，環(huán)保問(wèn)題電能質(zhì)量、電站備用、液流電池50kw~100MW1~20小時(shí)壽命長(zhǎng)，可深度放電，效率高。但儲(chǔ)能密度稍低電能質(zhì)量，備用電源，削峰填谷鈉硫電池100kw~100MW數(shù)小時(shí)比能量和比功率較高；運(yùn)行安全問(wèn)題有待改進(jìn)比電能質(zhì)量，備用電源，削峰填谷鋰離子電池Kw~MW分鐘~數(shù)小時(shí)比能量高，成組壽命和安全問(wèn)題有待改進(jìn)電能質(zhì)量，備用電源，UPS294.3.1抽水蓄能儲(chǔ)電：

在電力負(fù)荷低谷期，利用電站提供的剩余電量驅(qū)動(dòng)水泵，將低水位庫(kù)中的水抽至高水位庫(kù)，電能轉(zhuǎn)為勢(shì)能。發(fā)電：

在用電負(fù)荷高峰期，釋放高位水庫(kù)的水，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能。30工作原理4.3.1抽水蓄能抽水蓄能電站示意圖314.3.1抽水蓄能抽水蓄能技術(shù)是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，具有容量大，壽命長(zhǎng)（經(jīng)濟(jì)壽命50年）、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)?？蔀殡娋W(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用等服務(wù)，其良好的調(diào)節(jié)性能和快速負(fù)荷變化響應(yīng)能力，對(duì)于有效減少新能源發(fā)電輸入電網(wǎng)時(shí)引起的不穩(wěn)定性具有重要意義。電站選擇上需要有水平間距小，上下水庫(kù)高度差大的地形條件，巖石強(qiáng)度高、防滲水性能好的地質(zhì)條件，以及充足的水源保證發(fā)電用水的需求。另外還需要考慮上下水庫(kù)的庫(kù)區(qū)淹沒(méi)問(wèn)題，水質(zhì)的變化以及庫(kù)區(qū)土壤堿化等一系列環(huán)保問(wèn)題。32優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)4.3.1抽水蓄能抽水儲(chǔ)能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等，綜合效率在70%到85%之間；主要用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等。33效率與應(yīng)用范圍4.3.1抽水蓄能世界第二大抽水蓄能水電站——天荒坪電站天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi)。電站裝機(jī)容量180萬(wàn)kW，上水庫(kù)蓄能能力1046萬(wàn)kW·h，其中日循環(huán)蓄能量866萬(wàn)kW·h，年發(fā)電量31．6億kW·h，年抽水用電量42．86億kW·h，承擔(dān)系統(tǒng)峰谷差360萬(wàn)kW任務(wù)。344.3.1抽水蓄能廣州抽水蓄能電站

廣州抽水蓄能電站位于廣州市從化區(qū)呂田鎮(zhèn)深山大谷中?？傃b機(jī)容量240萬(wàn)千瓦，裝備8臺(tái)30萬(wàn)千瓦具有水泵和發(fā)電雙向調(diào)節(jié)能力的機(jī)組。354.3.1抽水蓄能北京十三陵抽水蓄能電站

十三陵抽水蓄能電站位于北京十三陵風(fēng)景區(qū)，電站裝機(jī)發(fā)電容量800MW，年發(fā)電量12億kW·h；抽水容量816MW，年抽水用電量16.5億kW·h。為京津唐地區(qū)提供可靠的調(diào)峰、調(diào)頻填谷和緊急事故備用電源。364.3.1抽水蓄能泰山抽水蓄能電站

泰山抽水蓄能電站隸屬國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司,是全國(guó)第四座大型抽水蓄能電站，山東省第一座大型水電站，裝機(jī)總?cè)萘繛?00萬(wàn)千瓦，總投資43.26億元。37我國(guó)抽水蓄能發(fā)展?fàn)顩r4.3.1抽水蓄能我國(guó)抽水蓄能的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）我國(guó)的抽水蓄能電站近20年得到了快速發(fā)展。截止2010年底，投產(chǎn)裝機(jī)容量達(dá)到16345MW，躍居世界第三；在建裝機(jī)容量達(dá)到12040MW，居世界第一。雖然如此，但抽水蓄能電站裝機(jī)容量占我國(guó)總裝機(jī)容量的比例還較低。（2）施工技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，大型機(jī)電設(shè)備原來(lái)依賴進(jìn)口，但經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)引進(jìn)、消化和吸收，已經(jīng)基本配備了生產(chǎn)能力。（3）按照目前國(guó)家政策，抽水蓄能電站原則上由電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)和管理?！笆濉逼陂g，政府對(duì)水電的開發(fā)十分重視，來(lái)自中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，抽水蓄能的規(guī)劃目標(biāo)是到2015年達(dá)到41000MW,2020年達(dá)到60000MW。意味著在為了十年內(nèi)，新增抽水蓄能裝機(jī)將超過(guò)40000MW，我國(guó)抽水蓄能正在經(jīng)歷新一輪的發(fā)展高潮。384.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)電：

在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過(guò)期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中。

發(fā)電：

在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，釋放壓縮空氣，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒后，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。39工作原理4.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖404.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能電站414.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能電站424.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能43優(yōu)點(diǎn)：?儲(chǔ)能容量大：數(shù)十MW~GW，世界范圍內(nèi)已建成440MW?運(yùn)行維護(hù)成本低缺點(diǎn)：

?需要大的巖洞以存儲(chǔ)壓縮空氣，受地理?xiàng)l件限制，適合地點(diǎn)非常有限

?需耗燃料，且有二氧化碳排放

?建設(shè)周期長(zhǎng)。初次投資大世界首座壓縮空氣儲(chǔ)能電站——德國(guó)亨托夫電站444.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀?至今,只有德國(guó)、美國(guó)和日本具有大規(guī)模的壓縮空氣儲(chǔ)能電站?！さ聡?guó)的Huntorf電站建于1978年,壓縮功率60MW,發(fā)電功率290MW,壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=4，啟動(dòng)過(guò)上萬(wàn)次，可靠率達(dá)97%；?美國(guó)的Mcintosh電站建于1991年,壓縮功率110MW,壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=1.6，如連續(xù)輸出100MW可維持26小時(shí)；?日本的Sunagawa電站建于1997年,壓縮功率35MW,壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=1.17；?近來(lái)此類技術(shù)的研究和開發(fā)的熱度在不斷上升,國(guó)家電網(wǎng)公司已立項(xiàng)研究，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人清華大學(xué)盧強(qiáng)院士，中國(guó)電科院參加，電科院周孝信院士負(fù)責(zé)建模和分析研究（500kW壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電原型系統(tǒng)開發(fā)-儲(chǔ)氣罐式，10MW壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案研究）454.3.3飛輪儲(chǔ)能現(xiàn)代意義上的飛輪儲(chǔ)能概念最早在20世紀(jì)50年代才被提出，其后到20世紀(jì)70年代，美國(guó)能量研究發(fā)展署和美國(guó)能源部開始資助飛輪系統(tǒng)的開發(fā)，日本和歐洲也陸續(xù)開展了相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)品的研究。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，由于磁懸浮、碳素纖維合成材料和電力電子技術(shù)的成熟，飛輪儲(chǔ)能才真正進(jìn)入高速發(fā)展期。

464.3.3飛輪儲(chǔ)能儲(chǔ)電：

在用電低谷期，利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)。發(fā)電：

在用電高峰期，用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

47工作原理4.3.3飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖484.3.3飛輪儲(chǔ)能1.工作壽命長(zhǎng)20年5萬(wàn)次2.動(dòng)態(tài)響應(yīng)快<20ms3.循環(huán)效率高85%-98%4.環(huán)境友好無(wú)污染、維護(hù)成本低5.深度放電、能量可預(yù)測(cè)適合于配合配電系統(tǒng)運(yùn)行以進(jìn)行頻率調(diào)節(jié),可用作一個(gè)不帶蓄電池的UPS，提高電能質(zhì)量(供電中斷、電壓波動(dòng)等)。49特點(diǎn)效率與適用范圍4.3.3飛輪儲(chǔ)能Beacon電力公司的飛輪單體504.3.3飛輪儲(chǔ)能Beacon電力20MW飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)514.3.3飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀

近10

年來(lái),一大批新型復(fù)合材料和新技術(shù)的誕生和發(fā)展,如高強(qiáng)度的碳素纖維復(fù)合材料

、磁懸浮技術(shù)和高溫超導(dǎo)技術(shù)、高速電機(jī)/

發(fā)電機(jī)技術(shù)以及電力電子技術(shù)等,使得飛輪能夠儲(chǔ)存大量的能量,給飛輪的應(yīng)用帶來(lái)了新的活力。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用比較多。日本已經(jīng)制造出界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kwh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)。歐洲的法國(guó)國(guó)家物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究。

目前國(guó)內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位有:華北電力大學(xué)、飛輪儲(chǔ)能柔性研究所中國(guó)科大、中科院力學(xué)所等。我國(guó)對(duì)飛輪儲(chǔ)能的研究起步較晚，與世界先進(jìn)水平差距仍然很大。

524.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能20世紀(jì)70年代國(guó)際上首次提出超導(dǎo)儲(chǔ)能的概念。起初著重的是其儲(chǔ)能能力，期望可以作為一種平衡電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線的儲(chǔ)能裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)儲(chǔ)能已不僅僅是一個(gè)儲(chǔ)能裝置，而是一個(gè)可以參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制的有功、無(wú)功功率源，它可以主動(dòng)參與電力系統(tǒng)的功率補(bǔ)償，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功率傳輸能力，改善電能質(zhì)量。534.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能

超導(dǎo)儲(chǔ)能通過(guò)流過(guò)超導(dǎo)線圈的直流電建立磁場(chǎng)，將電能以電磁能形式儲(chǔ)存于磁場(chǎng)中；是利用了超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ)存電能的裝置。

主要分為低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)兩種。

54工作原理：4.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用示意圖554.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能運(yùn)行在超導(dǎo)狀態(tài)下無(wú)直流熱損耗能量效率高達(dá)95%充放電速度快（幾毫秒到幾十毫秒）不受地點(diǎn)限制，維護(hù)簡(jiǎn)單，污染小超導(dǎo)線圈需要液氮使超導(dǎo)體維持在臨界溫度以下，投入昂貴。56優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：4.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能適合用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的蜂谷，而且可用于降低甚至消除電網(wǎng)的低頻功率振蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性；此外，它還可用于無(wú)功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。57適用范圍：4.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能中科院100KJ超導(dǎo)限流儲(chǔ)能系統(tǒng)584.3.4超導(dǎo)儲(chǔ)能中科院100MJ超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)5960儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域物理儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能的背景與意義4.14.24.34.4主要內(nèi)容上節(jié)介紹的各種儲(chǔ)能方式，均具有容量大，運(yùn)行壽命長(zhǎng)、功率密度高的特點(diǎn)，但也存在一些不可回避的問(wèn)題?！こ樗钅堋x址受地理位置、地質(zhì)、水源等條件的限制，其運(yùn)行會(huì)造成水質(zhì)變化，生態(tài)環(huán)境改變等問(wèn)題?！嚎s空氣——能量轉(zhuǎn)換率低，對(duì)化石燃料高度依賴，對(duì)地理?xiàng)l件要求非常高?！わw輪儲(chǔ)能——自放電現(xiàn)象使得飛輪儲(chǔ)能在能量型應(yīng)用時(shí)價(jià)格過(guò)于昂貴?！こ瑢?dǎo)儲(chǔ)能——高溫超導(dǎo)線材技術(shù)還不成熟，日常維護(hù)成本高，交流損耗大，安全穩(wěn)定性低，成本還需要進(jìn)一步降低。

與物理儲(chǔ)能技術(shù)相比，化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)因工作原理，材料和制造工藝的不同，在使用規(guī)模、便利程度、研發(fā)及發(fā)展?jié)摿Ψ矫娑季哂邢鄬?duì)的優(yōu)勢(shì)。

61電池的基本知識(shí)可規(guī)模儲(chǔ)能電池體系4.4化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)4.4.14.4.2

624.4.1電池基本知識(shí)電池的發(fā)展歷史63·1748年美國(guó)科學(xué)家本杰明·富蘭克林發(fā)現(xiàn)了“電”；·1800年意大利物理學(xué)家亞歷桑德羅·伏特（發(fā)明世界上第一個(gè)電池；·1859年

法國(guó)物理學(xué)家加斯頓·普蘭特發(fā)明可充電的鉛酸電池·1881年

J.

A.

Thiebaut

取得干電池專利·1890年

托馬斯·愛(ài)迪生發(fā)明可充電的鐵鎳電池·1899年

Waldmar

Jungner

發(fā)明鎳鎘電池·1910年

可充電的鐵鎳電池商業(yè)化生產(chǎn)

·1911年

我國(guó)建廠生產(chǎn)干電池和鉛酸蓄電池（上海交通部電池廠）·1914年

托馬斯·愛(ài)迪生發(fā)明堿性電池4.4.1電池基本知識(shí)電池的發(fā)展歷史64·1954年

Gerald

Pearson,

Calvin

Fuller

和Daryl

Chapin

開發(fā)出太陽(yáng)能電池·1956年

我國(guó)建設(shè)第一個(gè)鎳鎘電池工廠（風(fēng)云器材廠（755廠））

·1976年

荷蘭飛利浦研究中心（Philips

Research）發(fā)明鎳氫電池·1990前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)·1991年

日本索尼（Sony）可充電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)·1995年我國(guó)鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)初具規(guī)模·1999年

可充電鋰聚合物電池商業(yè)化生產(chǎn)·2000年

我國(guó)鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)

·2000后

動(dòng)力離子電池，燃料電池，太陽(yáng)能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問(wèn)題的焦點(diǎn)4.4.1電池基本知識(shí)化學(xué)電源：把氧化還原反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置化學(xué)電源實(shí)現(xiàn)條件：·必須有兩種電極，其上分別發(fā)生氧化(負(fù)極)和還原反應(yīng)(正極)；·兩種電極之間必須有離子導(dǎo)體而非電子導(dǎo)體分隔；·化學(xué)變化的電子傳遞須通過(guò)外電路。二次電池：正負(fù)電極均在物理化學(xué)上可逆651）化學(xué)電源原理4.4.1電池基本知識(shí)a.按電解質(zhì)種類分類堿性電池→電解質(zhì)以KOH溶液為主，如堿性鋅錳電池、鎳鎘電池和鎳氫電池等酸性電池→電解質(zhì)以硫酸水溶液為主，如鉛酸電池中性電池→電解質(zhì)為鹽溶液，如鋅錳電池和海水電池有機(jī)電解質(zhì)電池→電解質(zhì)為有機(jī)溶液，如鋰電池、鋰離子電池662）電池的分類依據(jù)b.以電池所用正負(fù)極材料分類鋅系列電池→鋅錳電池和鋅銀電池等鎳系列電池→鎳鎘電池和鎳氫電池等鉛系列電池→鉛酸電池等鋰系列電池→鋰離子電池和鋰錳電池等二氧化錳系列電池→鋅錳電池和堿錳電池空氣（氧氣）系列電池→鋅空氣電池672）電池的分類依據(jù)4.4.1電池基本知識(shí)4.4.1電池基本知識(shí)c.以工作特性和儲(chǔ)存方式分類一次電池→又稱原電池，即不能再次充電的電池，如鋅錳電池等二次電池→又稱蓄電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等燃料電池→正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，活性材料連續(xù)不斷從外部加入的電池儲(chǔ)備電池→電池儲(chǔ)備時(shí)不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用時(shí)，才加入電解液，如鎂氯化銀（海水電池）。682）電池的分類依據(jù)一次電池6970二次電池下面將詳細(xì)介紹

貯備電池鎂氯化亞銅電池用海水激活；鋅銀電池用KOH水溶液激活；鋰二硫化亞鐵電池用高溫熔融鹽激活(俗稱熱電池)。貯備電池用來(lái)滿足貯存時(shí)間極長(zhǎng)的要求，主要用于在短時(shí)間內(nèi)需要提供高功率的場(chǎng)合，如導(dǎo)彈、魚雷以及其他武器系統(tǒng)。7172燃料電池金屬/氧氣(空氣)電池現(xiàn)在也有稱作金屬燃料電池的。73燃料電池

燃料電池是一種不受熱機(jī)卡諾循環(huán)限制將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的原電池，它的工作原理和電池一致，只是活性材料不是構(gòu)成電池的一部分，而是按功率要求從外部供給。只要反應(yīng)物質(zhì)能夠從外部源源不斷供應(yīng)和內(nèi)部電極及其他成分不發(fā)生變化，電池就能連續(xù)供電。燃料電池可以分成兩類：

1.直接燃料電池如燃料氫氣、甲醇等直接參與反應(yīng)。2.間接燃料電池首先通過(guò)重整將天然氣或其他化石燃料轉(zhuǎn)換為富氫氣體，然后提供給燃料電池。4.4.1電池基本知識(shí)電動(dòng)勢(shì)：兩電極電勢(shì)之差（平衡電極電法）內(nèi)阻R：是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。開路電壓、工作電壓

開路電壓：是指電池在非工作狀態(tài)下，即電路中無(wú)電流流過(guò)時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。

工作電壓：又稱端電壓，是指電池的工作狀態(tài)下，即電路中有電流，流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。V=V開-IR額定容量（C額）：設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。內(nèi)壓：指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中，產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。743）電池專業(yè)術(shù)語(yǔ)貯存性能和循環(huán)壽命：

貯存性能（自放電）：電池的貯存性能是衡量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個(gè)重要參數(shù)，電池經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的貯存后，允許電池的容量及內(nèi)阻有一定程度的變化。電池自放電與活性物質(zhì)本身、電極結(jié)構(gòu)、制造工藝、電池工作條件等因素相關(guān)。

循環(huán)壽命:充、放電循環(huán)的數(shù)目。充放電效率和充放電倍率

充電效率：指電池在充電過(guò)程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程序的量度。

放電效率：指電池在一定的放電條件下放電至終點(diǎn)電壓所放出的實(shí)際電量與電池的額定容量之比。

充放電倍率：是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常的字母是用C表示。

時(shí)率：又稱小時(shí)率，是指電池以一定的電流放完其額定容量所需要的小時(shí)數(shù)。

75

和漿

涂布輥壓4）電池制造工藝流程（鋰離子電池）

764.4.1電池基本知識(shí)裁切疊片注電解液4）電池制造工藝流程（鋰離子電池）（續(xù)）774.4.1電池基本知識(shí)化成分容配組模塊成品4）電池制造工藝流程（鋰離子電池）784.4.1電池基本知識(shí)794）電池的制作工藝流程（鋰離子電池）

化成：

電池制造后，通過(guò)一定的充放電方式將內(nèi)部正負(fù)極活性物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、貯存等綜合性能的過(guò)程稱為化成。

注：電池經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)性能。

分容：

電池在制造過(guò)程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過(guò)一定的充放電制度檢測(cè)，并將電池按容量分容的過(guò)程稱為分容。794.4.1電池基本知識(shí)電池的基本知識(shí)可規(guī)模儲(chǔ)能電池體系4.4化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)4.4.14.4.2

80814.4.2可規(guī)模儲(chǔ)能電池體系1.鉛酸電池2.燃料電池3.鋰離子電池4.鈉硫電池5.超級(jí)電容器6.雙液流電池7.單液流電池81824.4.2可規(guī)模儲(chǔ)能電池體系4.4.2.1鉛酸電池鉛酸蓄電池是1859年由普蘭特(P1ante)發(fā)明的二次電池，是化學(xué)電源中產(chǎn)量大應(yīng)用范圍廣的產(chǎn)品。負(fù)極：正極：反應(yīng)機(jī)理：8283

1859

普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池1900開口式蓄電池

開始應(yīng)用1960-1975Gates公司發(fā)明：Pb-Ca合金Gates公司獲得：D型密封鉛酸電池專利

1979GNB發(fā)明MFX正極板柵專利合金GNB購(gòu)買Gates專利GNB開始大量生產(chǎn)吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池1984-1996小范圍應(yīng)用迅速推廣VRLA正式取代免維護(hù)概念全面被認(rèn)可并大規(guī)模取代傳統(tǒng)富液式電池鉛酸電池發(fā)展里程碑事件83844.4.2.1鉛酸電池鉛酸蓄電池分類a.按用途分類系列名稱型號(hào)系列名稱型號(hào)啟動(dòng)用3Q-36~1956Q-30~220摩托車用3-M-2~166-M-5~32固定性防酸式GF-10~3000航空用12-HK-28牽引用DG-75~490潛艇用/鐵路客車用TG-189~450魚雷用/內(nèi)燃機(jī)用NG462等坦克用/84854.4.2.1鉛酸電池b.按電極結(jié)構(gòu)分類電極結(jié)構(gòu)制造方法涂膏式鋁合金板柵涂入鉛膏經(jīng)干燥、固化、化成制成電極管式鋁合金骨架外套纖維管，管中放入鉛粉（多是正極）形成式活性物質(zhì)以純鉛經(jīng)電化學(xué)方式生成c.

按排氣形式分類系列名稱含義開口式氣體自由逸出，現(xiàn)已完全淘汰排氣式電池殼與蓋固定一起，蓋上注酸口上有排氣栓防酸隔爆式電池蓋上有防酸阻火栓，酸霧不逸出，外界火不引燃電池內(nèi)部防硝酸氫式電池蓋上有催化栓，將電池內(nèi)部產(chǎn)生的氫氧重新化合閥控式免維護(hù)，電池密閉，蓋上有安全閥可在內(nèi)壓大時(shí)排氣85864.4.2.1鉛酸電池鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)：

單體鉛酸蓄電池由正極、負(fù)極、硫酸、隔板和槽組成，正負(fù)極分別焊成極群86874.4.2.1鉛酸電池閥控式密封鉛酸蓄電池單體（12V7AH）87884.4.2.1

鉛酸電池開路電壓與荷電狀態(tài)關(guān)系曲線開路電壓與硫酸密度關(guān)系曲線89充放電性能4.4.2.1鉛酸電池不同放電倍率電池放電曲線不同溫度下電池放電曲線904.4.2.1鉛酸電池超級(jí)電池：是鉛蓄電池的最新改進(jìn)技術(shù)之一。將電容器用炭電極與鉛酸電池鉛負(fù)極在殼體內(nèi)并聯(lián)，即超級(jí)電容-電池內(nèi)部組合，極片內(nèi)部并聯(lián)一般稱超級(jí)電池。鉛酸電池的新技術(shù)：超級(jí)電池12V8.5AH超級(jí)電池90914.4.2.1鉛酸電池雙極性鉛蓄電池：是一種用雙極板制作的鉛蓄電池，指在一塊導(dǎo)電基體上，一面是負(fù)極活性物質(zhì)，另一面是正極活性物質(zhì)，然后由這些雙極板加上隔板組裝而成。鉛酸電池的新技術(shù)：雙極性鉛蓄電池9192鉛酸電池主要特點(diǎn)1.安全密封·在正常操作中，電解液不會(huì)從電池的端子或外殼中泄露出，沒(méi)有自由酸液；·特殊的吸液隔板將酸保持在內(nèi)，電池內(nèi)部沒(méi)有自由酸液，因此電池可放置在任意位置2.泄氣系統(tǒng)·電池內(nèi)壓超出正常水平后，VRLA電池會(huì)放出多余氣體并自動(dòng)重新密封，保證電池內(nèi)沒(méi)有多余氣體。3.維護(hù)簡(jiǎn)單·由于獨(dú)一無(wú)二的氣體復(fù)合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化成水，在使用VRLA電池的過(guò)程中不需要加水。4.質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高·采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)，VRLA電池的質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠。電壓、容量和密封在線上進(jìn)行100%檢驗(yàn)。5.使用壽命不長(zhǎng)，密度低，面積大。9293鉛酸電池產(chǎn)品應(yīng)用備用電源·電信·太陽(yáng)能系統(tǒng)·電子開關(guān)系統(tǒng)·通訊設(shè)備：基站，PBX，CATV,WLL,ONU,STB,無(wú)繩電話等·后備電源：UPS,ECR,電腦后備系統(tǒng)，Sequence，ETC等·緊急設(shè)備：應(yīng)急燈，火警盜警，防火閘主電源·通訊設(shè)備：收發(fā)器·電力控制機(jī)車：采集車，自動(dòng)運(yùn)輸車，電動(dòng)輪椅，清潔機(jī)器人，電動(dòng)車等·機(jī)械工具啟動(dòng)器：剪草機(jī)，hedgetrimmers，無(wú)繩電鉆，電動(dòng)起子，電動(dòng)雪橇，等等·工業(yè)設(shè)備/儀器·攝像：閃光燈，VTR/VCR，電影燈等其它便攜式設(shè)備等934.4.2.2燃料電池

燃料電池是1839年由英國(guó)Grove發(fā)明的，是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當(dāng)從外部不斷地向燃料電池供給燃料和氧化劑時(shí)，它可以連續(xù)發(fā)電。燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖Cathode：陰極Electrolyte：電解質(zhì)Anode：陽(yáng)極94954.4.2.2燃料電池燃料電池類型電解質(zhì)工作溫度效率燃料、氧化劑功率輸出堿性燃料電池氫氧化鉀溶液室溫-90℃60-70%氫氣、氧氣300W-5KW質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜室溫-80℃40-60%氫氣、氧氣（或空氣）1KW—500KW直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜室溫-120℃40%左右甲醇4.5KW熔融碳酸鹽燃料電池堿金屬碳酸鹽熔融混合物620-660℃65%天然氣、沼氣、煤氣、雙氧水、空氣2MW-10MW固體氧化物燃料電池氧離子導(dǎo)電陶瓷800-1000℃60-65%天然氣、沼氣、煤氣、雙氧水、空氣100KW燃料電池分類95964.4.2.2燃料電池（1）質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池是目前最受研發(fā)機(jī)構(gòu)和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的燃料電池。在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽(yáng)極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽(yáng)極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。反應(yīng)機(jī)理：

96974.4.2.2燃料電池（1）質(zhì)子交換膜燃料電池優(yōu)點(diǎn)：

·發(fā)電過(guò)程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高·發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染·發(fā)電單元模塊化，可靠性高·工作時(shí)也沒(méi)有噪音·清潔、高效的綠色環(huán)保缺點(diǎn)：·成本高，需要造價(jià)昂貴的質(zhì)子交換膜電解質(zhì)，以及資源非常稀缺的鉑電極作為電催化劑。97984.4.2.2燃料電池（2）直接甲醇燃料電池直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽(yáng)極轉(zhuǎn)換成二氧化碳，質(zhì)子和電子，如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，質(zhì)子透過(guò)質(zhì)子交換膜在陰極與氧反應(yīng)，電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極，并做功。反應(yīng)機(jī)理：

98994.4.2.2燃料電池（3）固體氧化物燃料電池

991004.4.2.2燃料電池燃料電池的應(yīng)用采用燃料電池供電的電子產(chǎn)品1001014.4.2.2燃料電池燃料電池的應(yīng)用燃料電池汽車1011024.4.2.2燃料電池燃料電池的應(yīng)用英國(guó)倫敦，一輛以氫燃料電池為動(dòng)力的公共汽車102

鋰離子電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池。鋰離子電池研究始于20世紀(jì)80年代，90年代進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，并飛速發(fā)展。鋰離子電池由于比能量高、體積小、無(wú)維護(hù)、環(huán)境友好而受到各行業(yè)的青睞，正逐步從手機(jī)、筆記本電腦的應(yīng)用走向電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等。隨著技術(shù)進(jìn)步和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大容量鋰離子電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛已經(jīng)成為國(guó)際上大容量電池的主流。4.4.2.3鋰離子電池1034.4.2.3鋰離子電池

鋰離子電池實(shí)際上就是一種鋰離子濃差電池；當(dāng)對(duì)電池充電時(shí)，鋰離子從電池的正極脫出，經(jīng)過(guò)電解液遷移到負(fù)極，并嵌入負(fù)極材料。同樣，當(dāng)電池對(duì)外放電時(shí)，嵌在負(fù)極材料中的鋰離子脫出，又重新嵌入正極。104反應(yīng)機(jī)理：各種不同材料的鋰離子電池4.4.2.3鋰離子電池105各種鋰離子電池組合體系4.4.2.3鋰離子電池1064.4.2.3鋰離子電池·體積及質(zhì)量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量達(dá)110～120Wh/kg，分別是Ni/Cd、Ni/MeH電池的2.5和1.5倍；·壽命長(zhǎng)（大于1200次充、放電）；·單電池的輸出電壓較高，為2--4V；·自放電率小，可實(shí)現(xiàn)快速充放電，也可做成大容量的電池組；·在60℃左右的高溫下也可以使用；·無(wú)記憶效應(yīng)；·不含有毒物質(zhì)等。107鋰離子蓄電池的一般特性：鋰離子電池現(xiàn)狀863鋰離子動(dòng)力電池現(xiàn)有水平(LiFePO4和LiMn2O4)4.4.2.3鋰離子電池108磷酸鐵鋰電池指用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料的鋰離子電池。即：左邊是電池正極，由橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4構(gòu)成，用鋁箔與正極相接；中間是聚合物隔膜，它把正、負(fù)極隔開，可以讓鋰離子Li+通過(guò)，而電子e-不能通過(guò)；右邊是電池負(fù)極，由石墨組成，用銅箔與負(fù)極相連；電池上下端之間是電解質(zhì)，并由金屬外殼密閉封裝。4.4.2.3鋰離子電池109

工作原理：

充電時(shí)，正極中的Li+通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極移動(dòng)；放電時(shí)，負(fù)極中的Li+通過(guò)隔膜向正極移動(dòng)。充放電反應(yīng)機(jī)理如下：充電過(guò)程：放電過(guò)程：

由充放電反應(yīng)過(guò)程可以看出，其實(shí)質(zhì)是在磷酸鐵鋰和磷酸鐵兩相之間進(jìn)行。由于充放電過(guò)程中鐵氧配位關(guān)系變化很小，所以在脫嵌鋰過(guò)程中雖然存在物相變化，但并沒(méi)有影響其電化學(xué)性能的體積效應(yīng)產(chǎn)生。4.4.2.3鋰離子電池磷酸鐵鋰電池110180AH磷酸鐵鋰電池單體正極負(fù)極4.4.2.3鋰離子電池磷酸鐵鋰電池111廣西大學(xué)24※180Ah*3.2V磷酸鐵鋰電池組4.4.2.3鋰離子電池112180Ah磷酸鐵鋰電池部分參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位要求參數(shù)備注1額定容量AH≥1800.33C，180-198AH2標(biāo)稱電壓V3.2工作(平均)電壓3充電方式

恒流/恒壓

4充電限制電壓V3.8保護(hù)上限不超過(guò)4.0V5放電終止電壓V2.5保護(hù)下限不低于2.0V6最大連續(xù)充電電流A900.5C充電7最大連續(xù)放電電流A900.5C放電4.4.2.3鋰離子電池113180Ah磷酸鐵鋰電池充放電規(guī)則磷酸鐵鋰電池采用恒流/恒壓方式進(jìn)行充放電操作，充放電電流小于90A。充電截止電壓3.8V，充電保護(hù)上限<4.0V,充電容量180-198Ah；放電截止電壓2.5V,放電保護(hù)下限2.0V工作溫度：-40℃—70℃以內(nèi)4.4.2.3鋰離子電池114磷酸鐵鋰電池特點(diǎn)1.安全性能高；在高溫或過(guò)充時(shí)也不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，擁有良好的安全性。2.壽命長(zhǎng)；循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上3.高溫性能好；磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃；工作溫度范圍-20℃--+75℃4.容量大；單體容量達(dá)5AH—1000AH5.無(wú)記憶效應(yīng)6.綠色環(huán)保，無(wú)毒，無(wú)污染4.4.2.3鋰離子電池115

鋰電池應(yīng)用116

鋰電池應(yīng)用配備鋰離子電池的快速充電純電動(dòng)公交巴士在重慶實(shí)地運(yùn)營(yíng)117隨著移動(dòng)通訊、數(shù)碼產(chǎn)品、筆記本電腦等的飛速發(fā)展和大量鋰離子電池作為能源使鋰離子電池市場(chǎng)急劇擴(kuò)張。

鋰電池應(yīng)用118

鋰電池應(yīng)用筆記本用鋰電池

1194.4.2.4鈉硫電池鈉硫電池是一種以金屬鈉為負(fù)極，硫?yàn)檎龢O，陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次熔融鹽電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過(guò)電解質(zhì)隔膜與硫發(fā)生可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。負(fù)極：正極：電池反應(yīng)：1204.4.2.4鈉硫電池

121電池示范模塊NGK50kW模塊NGK500kW/4MWh上海重新研制650Ah電池4.4.2.4鈉硫電池122電池示范模塊4.4.2.4鈉硫電池上海鈉硫電池儲(chǔ)能示范電站123

儲(chǔ)能用鈉硫電池是各種先進(jìn)二次電池中較為成熟的一種，也是最具有潛力的一種先進(jìn)儲(chǔ)能電池。主要為移動(dòng)應(yīng)用和固定應(yīng)用。移動(dòng)應(yīng)用主要應(yīng)用于航天和軍事方面（如衛(wèi)星，潛艇和坦克電動(dòng)車等）；固定應(yīng)用主要用于削峰填谷，應(yīng)急電源，風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出及提高電能質(zhì)量方面鈉硫電池的應(yīng)用1244.4.2.5超級(jí)電容根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱雙電層電容器，兩電荷層的距離非常?。ㄒ话?.5mm以下），采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬(wàn)倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。目前已實(shí)現(xiàn)電容量0.5-1000F、工作電壓12-400V、最大放電電流400-2000A的超級(jí)電容器系列產(chǎn)品

125工作原理：分類及其材料舉例4.4.2.5超級(jí)電容126可用能量“雙碳型”超級(jí)電容器的典型充放電曲線4.4.2.5超級(jí)電容1274.4.2.5超級(jí)電容128優(yōu)點(diǎn)：1.充電速度快，充電10秒~10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；2.循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬(wàn)次；3.能量轉(zhuǎn)換效率高，過(guò)程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；4.功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；5.產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；6.超低溫特性好，可工作于攝氏零下30℃的環(huán)境中；使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路；

價(jià)格較高；

適合用于改善電能質(zhì)量，由于容量仍然較小，適合與其他儲(chǔ)能手段聯(lián)合使用（如用于電動(dòng)汽車，和蓄電池聯(lián)合使用）4.4.2.5超級(jí)電容129缺點(diǎn)：適用范圍：Maxwell公司生產(chǎn)的16.2V500F超級(jí)電容模塊1304.4.2.5超級(jí)電容超級(jí)電容的應(yīng)用

1.智能表、儀器儀表、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、電子門鎖、無(wú)繩電話等的時(shí)鐘芯片、靜態(tài)隨機(jī)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源。

2、太陽(yáng)能警示燈，航標(biāo)燈等太陽(yáng)能產(chǎn)品中代替充電電池。

3、手搖發(fā)電手電筒等小型充電產(chǎn)品中代替充電電池。

4、電動(dòng)玩具電動(dòng)機(jī)、語(yǔ)音IC、LED發(fā)光器等小功率電器的驅(qū)動(dòng)電源。

5.電動(dòng)汽車快速啟動(dòng)

6.電力系統(tǒng)電網(wǎng)改造戶外開關(guān)

7.風(fēng)力發(fā)電海上風(fēng)機(jī)131超級(jí)電容的應(yīng)用超級(jí)電容電動(dòng)公交車在天津成功運(yùn)行。132超級(jí)電容的應(yīng)用世界第一列超級(jí)電容輕軌列車在湖南省株洲市下線。這種新型電力機(jī)車不再“背”著一副巨大的受電弓，不再需要沿途架設(shè)高壓線，停站30秒鐘就能快速充滿電。133液流電池

是氧化還原液流（redoxflowbattery）電池的簡(jiǎn)稱。最早可追溯到1884年法國(guó)科學(xué)家使用鋅/氯電池作為飛艇的動(dòng)力電池。但在幾十年的時(shí)間內(nèi)，液流電池幾乎沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展。直到1954年，德國(guó)科學(xué)家申請(qǐng)了鈦/氯電池的專利。此后，美國(guó)航空航天局（NASA）資助開發(fā)了鐵鉻液流電池，并由美國(guó)科學(xué)家Thaller于1974年提出并申請(qǐng)專利。經(jīng)過(guò)40年的不斷研究探索，不斷有新體系的液流電池被提出來(lái)，并形成了全釩液流電池、鋅溴液流電池，鐵鉻液流電池等已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的電池體系。4.4.2.6雙液流電池134

電池的活性物質(zhì)分別溶解于裝在正負(fù)儲(chǔ)液罐的溶液中，通過(guò)正極泵和負(fù)極泵推動(dòng)溶液流經(jīng)液流電池對(duì)中隔膜（或離子交換膜）的兩側(cè)，在正負(fù)電極上發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)電池的充放電過(guò)程。+泵–泵典型雙液流電池單體結(jié)構(gòu)4.4.2.6雙液流電池135工作原理

雙液流電池的種類136最早的液流電池體系——鐵/鉻雙液流電池正極：Fe

2+

-e-Fe3+負(fù)極：Cr3+＋e-Cr2+開路電壓約1.1V充電充電放電放電4.4.2.6雙液流電池137正極：2Br-－2e-Br2(油狀沉于正極罐底)負(fù)極：Zn2++2e-Zn(沉積在負(fù)極炭上)充電充電放電放電鋅溴雙液流電池開路電壓1.6V4.4.2.6雙液流電池138正極：2NaBr－2e-Br2+2Na+負(fù)極：2Na++xNa2Sx+1+2e-(x+1)Na2Sxx=1~4充電充電放電放電開路電壓1.54～1.61V多硫化鈉溴雙液流電池4.4.2.6雙液流電池139+_泵泵V5+/V4+電解液罐V3+/V2+電解液罐電極正極:VO2+＋H2O－e-VO2+＋2H+

負(fù)極：V3+＋e-

V2+

開路電壓約1.6V充電放電充電放電全釩雙液流電池(VRB)4.4.2.6雙液流電池140全釩雙液流電池的特點(diǎn)·功率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)，尤其適合大規(guī)模儲(chǔ)能儲(chǔ)能容量大：kWh--數(shù)十MWh;輸出功率大：kW--數(shù)十MW·能量效率高、充放電性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)：循環(huán)次數(shù)>13,000·啟動(dòng)和響應(yīng)速度快：無(wú)相變化,充、放電切換只需0.02秒

·荷電狀態(tài)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

·常溫封閉運(yùn)行，電解液可半永久使用、性價(jià)比高·全生命周期部件材料可循環(huán)利用、環(huán)境友好·安全性好。使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)15～20年。4.4.2.6.1雙液流電池141示范規(guī)模的液流電池50kWh(dc)峰功率可達(dá)50kW電壓范圍120~0V(dc)放電電流0-600A~0.9m0.9m1.7m總重約1360kg美國(guó)ZBB能源公司電池液流泵儲(chǔ)罐142示范規(guī)模的液流電池500kWh(dc)的系統(tǒng)：裝于卡車上用于緊急供電美國(guó)ZBB能源公司500kWh系統(tǒng)(250kWh2)(整車10個(gè)50kW的堆串并)兩組串并接線143示范規(guī)模的液流電池多硫化鈉/溴電池,PSB英國(guó)RegenesysTM5kW、20kW、100kW電堆系列工作電流密度~50mA/cm2144VRB工程示范實(shí)例用戶供應(yīng)商配置用途建立時(shí)間住