储能技术现状与发展课件.pptx

1、应用电子技术专业应用电子技术专业储能技术储能技术应用电子技术专业应用电子技术专业储能技术储能技术应用电子技术专业应用电子技术专业储能技术储能技术应用电子技术专业应用电子技术专业储能技术储能技术l 发展创新性储能技术对加快发展我国新能源产业有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决定性意义 l 近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的能源、交通、电力、电讯等部门的高度高度重视重视应用电子技术专业应用电子技术专业储能储能方式方式l 机械储能机械储能l 化学储能化学储能l 电磁储能电磁储能应用电子技术专业应

2、用电子技术专业机械机械储能储能l 弹性储能弹性储能l 液压储能液压储能l 抽水储能抽水储能l 压缩空气储能压缩空气储能l 飞轮储能飞轮储能应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能弹弹性性储储能能应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能液液压压储储能能应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能抽抽水水储储能能应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能抽抽水水储储能能日、美、西欧等国家和地区在日、美、西欧等国家和地区在 20 世纪世纪 6070 年代进入抽水蓄年代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为止，美国和西欧经济发达国家能电站建设的高峰期，到目前为止，美国和西欧经

3、济发达国家抽水储能机组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量抽水储能机组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量 55%以上以上应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能压压缩缩空空气气储储能能 世界上第一个商业化世界上第一个商业化CAES电站为电站为1978年在德国建造，装年在德国建造，装机容量为机容量为 290 MW，换能效率，换能效率77%。 2009年被美国列入未来十大技术年被美国列入未来十大技术应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能飞飞轮轮储储能能1999 年欧洲年欧洲 Urenc Power 公司利用高强度公司利用高强度 碳纤维和玻璃碳纤维和玻璃纤维复合材料制作飞轮，转速为纤维复

4、合材料制作飞轮，转速为 42 000 rad/min，2001 年年 1 月系统投入运行，充当月系统投入运行，充当UPS，储能量达到，储能量达到 18 MJ应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能飞飞轮轮储储能能应用电子技术专业应用电子技术专业机械机械储能储能飞飞轮轮储储能能应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能l 铅酸电池铅酸电池l 镍系电池镍系电池l 锂系电池锂系电池l 液流电池液流电池l 钠硫电池钠硫电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池构成铅蓄电池之主要成份如下：构成铅蓄电池之主要成份如下： l 阳极板阳极板 ( 过氧化铅过氧化铅 .Pb

5、O2 )- 活性物质活性物质 l 阴极板阴极板 ( 海绵状铅海绵状铅 .Pb) - 活性物质活性物质l 电解液电解液 ( 稀硫酸稀硫酸 ) - 硫酸硫酸 ( H2SO4) + 水水 ( H2O)l 电池外壳电池外壳 l 隔离板隔离板 l 其它其它 ( 液口栓液口栓 . 盖子等盖子等 ) 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池 铅蓄电池内的阳极铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极及阴极 (Pb) 浸到电解液浸到电解液 ( 稀硫酸稀硫酸 ) 中，两极间中，两极间会产生会产生 2V 的电力。的电力。放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：放电状态，阴阳极及电解液即会发

6、生如下的变化： ( 阳极阳极 ) ( 电解液电解液 ) ( 阴极阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应放电反应 ) ( 过氧化铅过氧化铅 ) ( 硫酸硫酸 ) ( 海绵状铅海绵状铅 ) 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反应 , 生成新化合物生成新化合物硫酸铅硫酸铅。 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池 充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： ( 阳极阳极

7、 ) ( 电解液电解液 ) ( 阴极阴极 ) PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 - PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ( 充电反应充电反应 ) ( 硫酸铅硫酸铅 ) ( 水水 ) ( 硫酸铅硫酸铅 ) 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硫酸 , 铅及过氧化铅铅及过氧化铅 。 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，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧。板则产生氧。应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池

8、铅酸电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池襄襄樊樊驼驼峰峰电电池池生生产产设设备备应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池襄襄樊樊驼驼峰峰电电池池生生产产设设备备应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池襄襄樊樊驼驼峰峰电电池池生生产产设设备备应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能铅酸电池铅酸电池优点：优点： 1 1 寿命长寿命长 2 2 价格低价格低 3 3 可以大电流放电可以大电流放电 缺点：缺点： 1 1 铅的污染铅的污染 2 2 能量密度

9、低，也就是说过于笨重能量密度低，也就是说过于笨重 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能镍系电池镍系电池优点：优点： 1 1 良好的大电流放电特性良好的大电流放电特性 2 2 耐过充放电能力强耐过充放电能力强 3 3 维护简单维护简单 缺点：缺点： 1 1 镉是有毒的，环境污染镉是有毒的，环境污染 2 2 在充放电过程中如果处理不当，会出现在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的严重的“记忆效应记忆效应”，使得服务寿命大大缩短，使得服务寿命大大缩短 镍镉电池镍镉电池 镍镉电池（镍镉电池（Ni-Cd，Nickel-Cadmiun Batteries, Ni-Cd Rechargeabl

10、e Battery）是最早应用于手机、笔）是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的电池种类记本电脑等设备的电池种类 。Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能镍系电池镍系电池镍氢电池镍氢电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能镍系电池镍系电池优点：优点： 具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染等优点寿命长、无环境污染等优点 镍氢电池能量密度比镍镉电池大二倍镍氢电池能量密度比镍镉电池大二倍 缺点：缺点： 1 1 轻微记忆效应轻微记忆效应 2 2 镍氢电池串连电

11、池组的管理问题比较多，镍氢电池串连电池组的管理问题比较多，一旦发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔一旦发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的问题，导致整组电池迅速失效。化的问题，导致整组电池迅速失效。 镍氢电池镍氢电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能镍系电池镍系电池锂电池锂电池 所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称

12、为完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电摇椅式电池池”，俗称，俗称“锂电锂电”。 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能镍系电池镍系电池优点：优点： 具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染等优点寿命长、无环境污染等优点 循环寿命长循环寿命长, ,一般均可达到一般均可达到500500次以上次以上, ,甚至甚至10001000次以次以 缺点：缺点： 锂离子电池主要的问题是在过充电和过放锂离子电池主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发生爆炸，手机电池都是使用的单电状态电池会发生爆炸，手机电池都是使用的单体电池

13、，再经过良好的保护电路来配合使用，基体电池，再经过良好的保护电路来配合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。本上杜绝了电池爆炸的问题。锂电池锂电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能锂系电池锂系电池锂电池锂电池青青山山电电动动车车应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能锂系电池锂系电池锂电池锂电池青青山山电电动动车车应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能锂系电池锂系电池锂电池锂电池青青山山电电动动车车应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能液流电池液流电池 电解质溶液（储能介质）存储在电池外部的电解液储罐中，电池内部正负极之间电解质溶液（储能介质）存储在电池外

14、部的电解液储罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能液流电池液流电池 液流储能电池是一类适合于固定式液流储能电池是一类适合于固定式大规模大规模储能（蓄电）储能（蓄电）的装置，相比于目前常用的铅酸蓄电池、镍镉电池等二次的装置，相比于目前常用的铅酸蓄电池、镍镉电池等二次蓄电池，具有功率和储能容量可

15、独立设计（储能介质存储蓄电池，具有功率和储能容量可独立设计（储能介质存储在电池外部）、效率高、寿命长、可深度放电、环境友好在电池外部）、效率高、寿命长、可深度放电、环境友好等优点，是规模储能技术的首选技术之一。等优点，是规模储能技术的首选技术之一。 应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能液流电池液流电池应用电子技术专业应用电子技术专业化学化学储能储能钠硫电池钠硫电池 钠硫电池是美国福特（钠硫电池是美国福特（Ford）公司于）公司于1967年首先发明公布的年首先发明公布的 钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为

16、电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。形成能量的释放和储存。l钠硫电池的理论比能量高达钠硫电池的理论比能量高达760Whkg，且没有自放电现象。放电效，且没有自放电现象。放电效率几乎可达率几乎可达100。l钠硫电池的基本单元为单体电池，用于储能的单体电池最大容量达到钠硫电池的基本单元为单体电池，用于储能的单体电池最大容量达到650安时，功率安时，功率120W 以上。将多个单体电池组合后形成模块。模块的功以上。将多个单体电池组合后形成模块。模块的功率通常为数十

17、率通常为数十kW，可直接用于储能。，可直接用于储能。l 钠硫电池在国外已是发展相对成熟的储能电池。其寿命可以达到使用钠硫电池在国外已是发展相对成熟的储能电池。其寿命可以达到使用1015年。年。基本的电池反应是：基本的电池反应是：2N a + xS= Na2Sx 缺点：高温缺点：高温350C熔解硫和钠熔解硫和钠 应用电子技术专业应用电子技术专业电磁电磁储能储能超导磁储能系统超导磁储能系统(superconducting magnetic energy storage，SMES) 利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快输

18、送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms 级级)，转换效率高，转换效率高(96%)、比容量、比容量(110 Wh/kg)/比功率比功率(104105 kW/kg)大等优点，可大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。补偿。应用电子技术专业应用电子技术专业超级电容超级电容 超级电容超级电容是近几年才批量生产的一种新型电是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力，单体的容量目前已经做到万法拉电荷储存能力，单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。活、环境友好免维护等优点。应用电子技术专业应用电子技术专业超级电容超级电容应用电子技术专业应用电子技术专业超级电容超级电容应用电子技术专业应用电子技术专业储能技术发展储能技术发展