储能技术的研究

储能技术研究汇报人：张东升目录储能在电力系统中应用的目的储能方式及应用领域大规模储能技术小结与展望储能在电力系统中应用的目的电力调峰•电力需求昼夜和不同季节间的峰谷差相当巨大•高峰负荷短、设备利用率低提高系统运行的稳定性和电能质量•通过快速的电能存取来响应负荷的波动•实现大功率的动态调节，很好地适应频率调节和电压与功率因数的校正。储能的市场前景太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术坚强智能电网的坚强关键技术未来的电动车时代储能是其中重要的一环目录储能技术研究的目的和意义储能方式及应用领域大规模储能技术小结与展望二、储能方式及应用领域化学储能铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等；物理储能扬水储能、压缩空气储能、飞轮储能；超导储能、超级电容器储能。2.1主要的化学储能(1)铅酸电池铅酸电池是最老的也是最成熟的储能技术，可制成大容量，单位能量成本和系统成本低，安全可靠，也是目前最实用的系统，有着广泛的应用，现在还在不断发展。循环寿命短（尤其是在高温下），不可深度放电，日常维护频繁，废旧电池污染环境。很难满足大规模蓄电的要求。(2)液流储能电池液流电池就是电池的正负极活性物质都为液态流体氧化还原电对的一种电池。主要包括多硫化钠/溴和全钒氧化还原液流储能电池。全钒储能电池的优点能100%深度放电所有电极反应均为液相反应，在充放电过程中，没有传统电池中固相反应所导致的电极脱落或短路现象；额定功率和容量相互独立通过增加电解液的量或提高电解液浓度达到增加电池容量的目的，不受电池本身限制，适宜发展大规模能量储存系统；寿命长、无自放电储存在两个半电池中的电解液均为钒离子溶液，故电解液透过膜的交叉混合不会导致电解液的污染。近10多年来，美国日本欧洲等国家将与风能光伏发电相配套的全钒电池储能系统用于电站调峰。(3)钠硫电池钠硫电池的基本原理：主要的优点能量密度大：大功率钠硫电池先进的结构设计使其理论比能量高达760Wh/kg，实际大于100Wh/kg；功率密度大；使用寿命长：大功率钠硫电池连续充放电近2万次，使用寿命可达10到15年；原材料钠硫易得；无自放电、记忆效应；体积小、重量轻、便于模块化制造安装，建设周期短。中科院上海硅酸盐研究所与上海电力公司建成了一条2兆瓦的中试生产示范线和一套10千瓦的储能系统示范装置。100KW/800KWh钠硫电池储能站成功并网运行，在上海世博会期间进行对外展示和示范。日本东京电力公司（TEPCO）和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，主要用于平滑负荷，并于2002年开始进入商品化实施阶段，已建成世界上最大规模（8MW）的储能钠。日本研发的钠硫储能系统近2/3用于平滑负荷。（4）锂离子电池锂离子电池正极主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。•钴酸锂安全性能差、钴资源严重缺乏。•锰酸锂比容量低和高温性能差，严重影响了这些材料的应用性能。•磷酸铁锂由于原料来源广泛、价格低廉，热稳定性好，对环境无污染超长的循环寿命，良好的安全性能等特点，认为是锂离子动力电池发展的理想正极材料。技术和价格的缺陷LiFePO4电子导电率低，高倍率放电条件下的电化学反应过程又受锂离子扩散控制，导致大电流放电性能差。通过非晶相掺杂、晶相掺杂等手段来提高材料的电子、离子导电率。制造成本高磷酸铁锂的制造需要碳酸锂作主要材料，还需要氩气与氮气等保护气。2.2主要的物理储能(1)扬水储能系统江河大坝高储水池方式新型海水扬水储能方式主要应用领域包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。(2)压缩空气储能压缩空气蓄能的关键是气室的密封性、经济性、可靠性等。地下岩洞储槽海底储槽压缩空气储能一般用于调峰用燃气轮机发电厂，其消耗燃气比常规燃气轮机少40%，其建造时间大约为一到两年，建造的能量成本大越为3美元每千瓦时，整体效率可以达到70%。CAES电站建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站，寿命长，响应速度快，但能量密度低，并受岩层等地形条件的限制。(3)飞轮储能系统飞轮的充电模式：谷值负荷时，飞轮储能系统由工频电网提供电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能机械能的转换过程；飞轮能量保持模式：飞轮系统依靠最小的交流电输入，保持飞轮在最高工作转速运行。飞轮放电模式：出现峰值负荷时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能电能转换的释放能量过程。飞轮储能具有使用寿命长20a、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、效率90%以上、无噪声、无污染。不间断电源UPS一家三甲医院采用蓄电池可能要花六七十万元人民币，用飞轮UPS大概100多万元，但使用和维护成本低得多，20年内不需要任何更换。F1的动力回收系统(4)超导磁储能（SMES）超导磁储能系统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(ms级)，转换效率高(96%)，比容量(1~10Wh/kg)，比功率(104~105kw/kg)大，寿命长。可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。提高我国大电网暂态稳定性，抑制低频振荡，增加高压线路的输电能力。超级电容器根据电化学双电容理论研制而成，一般采用比面积很大的多孔活性碳作为电极材料，因此具有很大的表面积。高的比功率低的能量比充放电寿命长1百万次快速充电高可靠性高价格和低能量比(5)超级电容器混合储能系统超级电容器与蓄电池在技术性能上具有较强的互补性。负载脉动和输入波动较大时，超级电容器都能起到一定的滤波作用，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平，减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命，同时也提高了整个系统的工作效率。新能源发电系统电动汽车领域目录储能技术研究的目的和意义储能方式及应用领域大规模储能技术小结与展望关于大规模储能系统的讨论太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术坚强智能电网的关键技术液流电池、钠硫电池、铅酸电池、扬水储能和压缩空气储能。近几年来，随着锂离子电池技术的进步，锂离子电池也逐步向用于分散储能及规模储能领域渗透。大容量储能电池一般都是指兆瓦级,目前有两种技术路线,一种是把电池并联做成较大容量,以锂离子电池技术为主;另一种是专门开发大容量电池。钠硫电池美国电力研究院公布的资料，在各种化学储能技术方案中，钠硫电池是唯一一种能同时实现高效率和大容量的储能电池，技术优势明显。安全问题/可靠性的问题质疑：钠硫电池的运行温度在300～350℃之间，如果陶瓷电介质一旦破损形成短路，高温的液态钠和硫就会直接接触，发生剧烈的放热反应，产生2000℃的高温，相当危险。温度问题质疑：钠硫电池在300℃才能启动，存在保温耗能的问题，启动时间长在一定程度上限制了其应用。成本问题质疑：国产钠硫电池成本能否降低达到商用水平？小结与展望储能的内在需求是存在的,可再生能源、智能电网以及电动汽车都需要大量的储能。储能的市场化，首先还是要考虑技术和经济性的问题。技术问题根本上就是经济问题，很多关键部件需要从外国进口这就增加了成本。对独立的风电、光电系统来说，储能是必不可少的，但风电光电的价格本来就比较贵，如果加上储能装置价格就更贵了市场就不可能接受。储能的前景看好，但是只有当成本降到一定程度，具有一定的经济性之后，才能形成市场。谢谢请各位大家指正！