儲能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

儲能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展什么是儲能技術(shù)特指通過機(jī)械的、電磁的、電化學(xué)電等方法，將能量存儲起來，在需要的時候，再通過機(jī)械的、電磁的、電化學(xué)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑸橛秒娫O(shè)備提供電能的技術(shù)。儲能技術(shù)的用途儲能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)智能電網(wǎng)風(fēng)能發(fā)電光伏發(fā)電電動車通信電源電子產(chǎn)品軍工產(chǎn)品儲能技術(shù)的分類機(jī)械儲能：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能化學(xué)儲能：鉛酸電池、鎳系電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池電磁儲能：超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能

機(jī)械儲能機(jī)械儲能指電能通過轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形態(tài)儲存起來，在需要時，可再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能為用電設(shè)備提供電能。抽水儲能壓縮空氣儲能飛輪儲能機(jī)械儲能抽水儲能機(jī)械儲能抽水儲能機(jī)械儲能抽水儲能發(fā)展現(xiàn)狀：19世紀(jì)90年代于意大利和瑞士得到應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全世界共有超過90GW的抽水蓄能機(jī)組投入運(yùn)行。日、美、西歐等國20世紀(jì)60～70年代出現(xiàn)抽水蓄能電站的建設(shè)高峰。其中日本是世界上機(jī)組水平最高的國家，在技術(shù)方面引領(lǐng)世界潮流。我國上世紀(jì)90年代開始發(fā)展，有廣州抽水蓄能1期，十三陵，浙江天荒坪等抽水蓄能電站。資料統(tǒng)計(jì)，已裝機(jī)5.7GW，占全國裝機(jī)容量的1.8%。機(jī)械儲能優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)上成熟可靠，容量可以做的很大，受水庫庫容限制。缺點(diǎn)：建造受地理?xiàng)l件限制，需合適落差的高低水庫，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心；抽水和發(fā)電中有相當(dāng)數(shù)量的能量被損失，儲能密度較差；建設(shè)周期長，投資大；抽水儲能機(jī)械儲能

壓縮控制儲能（compressedairenergystorage，CAES）是一種類似于燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備。需要儲能時，采用電動空氣壓縮設(shè)備，將空氣縮到大型儲氣設(shè)備中實(shí)現(xiàn)儲能。需要釋放能量時，利用壓縮空氣驅(qū)動氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。壓縮空氣儲能機(jī)械儲能壓縮空氣儲能機(jī)械儲能

發(fā)展現(xiàn)狀：世界上第一個商業(yè)化CAES電站為1978年在德國建造，裝機(jī)容量為290MW，換能效率77%。美國在2009年將壓縮空氣儲能列為未來十大技術(shù)。美國電力研究協(xié)會（EPRI）建有220MW壓縮空氣試驗(yàn)站。我國對壓縮空氣儲能技術(shù)尚處于初始研究階段。壓縮空氣儲能機(jī)械儲能

飛輪儲能（FlywheelEnergyStorage）將能量以動能形式儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。由高強(qiáng)度合金和復(fù)合材料的轉(zhuǎn)子、高速軸承、雙饋電機(jī)，電力轉(zhuǎn)換器和真空安全罩組成。

電能驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能變飛輪動能儲存，需要時，飛輪減速，電動機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，飛輪的加速和減速實(shí)現(xiàn)了充電和放電。飛輪儲能機(jī)械儲能飛輪儲能1999年歐洲UrencPower公司利用高強(qiáng)度碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料制作飛輪，轉(zhuǎn)速為42000rad/min，2001年1月系統(tǒng)投入運(yùn)行，充當(dāng)UPS，儲能量達(dá)到18MJ機(jī)械儲能飛輪儲能機(jī)械儲能飛輪儲能機(jī)械儲能特點(diǎn)：儲能密度高、充放電速度快、效率高、壽命長、無污染、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前用于調(diào)峰、風(fēng)力發(fā)電，太陽能儲能、電動汽車、UPS、低軌道衛(wèi)星、電磁炮、魚雷。國內(nèi)相關(guān)單位：清華大學(xué)工程物理系飛輪儲能實(shí)驗(yàn)室、華科大、華北電大、中科院電工所。2009年8月5日，國內(nèi)最先進(jìn)和可靠的兩臺250kVA移動式飛輪發(fā)電車落戶北京電力公司，執(zhí)行供電保障和應(yīng)急供電任務(wù)飛輪儲能化學(xué)儲能鉛酸電池鎳系電池鋰系電池液流電池鈉硫電池化學(xué)儲能-鉛酸電池構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下：

陽極板(過氧化鉛.PbO2)--->活性物質(zhì)陰極板(海綿狀鉛.Pb)--->活性物質(zhì)電解液(稀硫酸)--->硫酸(H2SO4)+水(H2O)電池外殼隔離板其它(液口栓.蓋子等)化學(xué)儲能-鉛酸電池

原理：鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電力。 放電狀態(tài)，陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbO2+2H2SO4+Pb--->PbSO4+2H2O+PbSO4(放電反應(yīng))

(過氧化鉛)(硫酸)(海綿狀鉛)

蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),生成新化合物『硫酸鉛』?；瘜W(xué)儲能-鉛酸電池

充電，則陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbSO4+2H2O+PbSO4--->PbO2+2H2SO4+Pb(充電反應(yīng))

(硫酸鉛)(水)(硫酸鉛)

由于放電時在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛。充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧?；瘜W(xué)儲能-鉛酸電池化學(xué)儲能-鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲能-鉛酸電池化學(xué)儲能-鉛酸電池化學(xué)儲能-鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲能-鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)：

1壽命長 2價(jià)格低 3可以大電流放電缺點(diǎn)：

1鉛的污染 2能量密度低，也就是說過于笨重化學(xué)儲能-鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

1良好的大電流放電特性 2耐過充放電能力強(qiáng) 3維護(hù)簡單缺點(diǎn)：

1鎘是有毒的，環(huán)境污染 2在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-CadmiunBatteries,Ni-CdRechargeableBattery）是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類。

Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

化學(xué)儲能-鎳系電池鎳氫電池化學(xué)儲能-鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn) 鎳氫電池能量密度比鎳鎘電池大二倍缺點(diǎn)：

1輕微記憶效應(yīng) 2鎳氫電池串連電池組的管理問題比較多，一旦發(fā)生過充電以后，就會形成單體電池隔板熔化的問題，導(dǎo)致整組電池迅速失效。鎳氫電池化學(xué)儲能-鎳系電池鋰電池所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

化學(xué)儲能-鎳系電池優(yōu)點(diǎn)：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn) 循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次

缺點(diǎn)：

鋰離子電池主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。鋰電池化學(xué)儲能-鋰系電池鋰電池化學(xué)儲能-鋰系電池鋰電池化學(xué)儲能-鋰系電池鋰電池化學(xué)儲能-鋰系電池電解質(zhì)溶液（儲能介質(zhì)）存儲在電池外部的電解液儲罐中，電池內(nèi)部正負(fù)極之間由離子交換膜分隔成彼此相互獨(dú)立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時正負(fù)極電解液由各自的送液泵強(qiáng)制通過各自反應(yīng)室循環(huán)流動，參與電化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)儲能-液流電池液流儲能電池是一類適合于固定式大規(guī)模儲能（蓄電）的裝置，相比于目前常用的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等二次蓄電池，具有功率和儲能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)（儲能介質(zhì)存儲在電池外部）、效率高、壽命長、可深度放電、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是規(guī)模儲能技術(shù)的首選技術(shù)之一?；瘜W(xué)儲能-液流電池化學(xué)儲能-液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的MariaSkyllas-Kazacos教授提出概念;1993年日本住友電工(SEI)獲得相關(guān)專利，并對關(guān)鍵材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行探索;1998年澳大利亞PinnacleVRB獲得新專利許可，并在1999年將專利授予日本住友電工和加拿大的Vanteck公司;2001年Vanteck公司控股pinnacleVRB，更名為VRBPowerSystems，并開始在大范圍內(nèi)推廣釩電池;我國于1995年開始VRB的研究工作，研究單位主要有中國工程物理研究院電子工程研究所、中科院大連化學(xué)物理所、中南大學(xué)以及清華大學(xué)。全釩液流電池研究現(xiàn)狀化學(xué)儲能-鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（Ford）公司于1967年首先發(fā)明公布的

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)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。

基本的電池反應(yīng)是：2Na+xS=Na2Sx化學(xué)儲能-鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：鈉硫電池的理論比能量高達(dá)760Wh／kg，且沒有自放電現(xiàn)象。放電效率幾乎可達(dá)100％。鈉硫電池的基本單元為單體電池，用于儲能的單體電池最大容量達(dá)到650安時，功率120W以上。將多個單體電池組合后形成模塊。模塊的功率通常為數(shù)十kW，可直接用于儲能。鈉硫電池在國外已是發(fā)展相對成熟的儲能電池。其壽命可以達(dá)到使用10～15年。缺點(diǎn)：

高溫350oC熔解硫和鈉化學(xué)儲能-鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（Ford）公司于1967年首先發(fā)明公布的

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)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。

基本的電池反應(yīng)是：2Na+xS=Na2Sx化學(xué)儲能-鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：鈉硫電池的理論比能量高達(dá)760Wh／kg，且沒有自放電現(xiàn)象。放電效率幾乎可達(dá)100％。鈉硫電池的基本單元為單體電池，用于儲能的單體電池最大容量達(dá)到650安時，功率120W以上。將多個單體電池組合后形成模塊。模塊的功率通常為數(shù)十kW，可直接用于儲能。鈉硫電池在國外已是發(fā)展相對成熟的儲能電池。其壽命可以達(dá)到使用10～15年。缺點(diǎn)：

高溫350oC熔解硫和鈉化學(xué)儲能-鈉硫電池國際：1976年美國福特(Ford)公司發(fā)明公布2002年日本東京電力公司(TEPCO)和日本NGK推出鈉硫電池產(chǎn)品目前只有東京電力和NGK下屬企業(yè)生產(chǎn)鈉硫電池國內(nèi)：2006年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司開始研發(fā)大容量鈉硫單體電池2007年1月650Ah單體電池試制成功，標(biāo)志我國掌握單體電池核心技術(shù)2007年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司攻克制備關(guān)鍵技術(shù)，建成中試線超級電容超級電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種新型電力儲能器件，也稱為電化學(xué)電容。它既具有靜電電容器的高放電功率優(yōu)勢又像電池一樣具有較大電荷儲存能力，單體的容量目前已經(jīng)做到萬法拉級。

同時，超級電容還具有循環(huán)壽命長、功率密度大、充放電速度快、高溫性能好、容量配置靈活、環(huán)境友好免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。超級電容超級電容現(xiàn)狀：超級電容在微功率電子設(shè)備中已經(jīng)廣泛采用替代蓄電池。在電力系統(tǒng)中，可用于提供短時大功率的峰功率和短時大功率負(fù)載平滑，抑制短時脈沖功率等，如大功率直流電機(jī)的啟動功率補(bǔ)償、瞬態(tài)電壓恢復(fù)、抑制瞬態(tài)電壓跌落和瞬態(tài)騷擾等。儲能技術(shù)總結(jié)與發(fā)展儲能技術(shù)總結(jié)與發(fā)展根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點(diǎn)，抽水儲能、壓