电力储能技术应用前景分析.doc

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1、毕业设计论文题 目：电力储能技术应用前景分析 姓 名： 学 号： 学 院： 能源与动力工程学院 专 业： 火电厂集控运行 指导教师： 教授 (姓 名) (专业技术职务) 评 阅 者： (姓 名) (专业技术职务)摘 要风电、太阳能发电等新能源的开发和利用正在迅速发展，由于能源发电大都具有随机性、间歇性，因而将使电力工业进入储能时代。最近30年来，世界能源领域有3个变化：一是环境问题由区域性问题变为全球性问题；二是因化石能源顶峰论和枯竭论导致化石能源恐慌；三是化石能源价格暴涨。由此把全球能源利用推向第三次能源大转换，用新能源发电替换化石能源发电，并催生了智能电网。电力工业在100多年历史中，前后

2、经历了舞伴时代，电力需求管理侧时代，现在为了发展新能源和智能电网，电力工业将进入储能时代。中国在最近20年内，无论是在需求侧管理方面还是在需求响应方面的工作都优于工业发达国家，中国电力工业已进入了电力需求侧管理时代。大容量储能是新能源开发的“瓶颈”，是智能电网的“瓶颈”，要想加快新能源和智能电网的开发，就是要把大容量储能放在战略位置上，加大对大容量储能技术的研究开发力度，抓好大容量储能技术的突破。关键词：能源恐慌 新能源 电力 储能时代 大容量储能技术第1章 绪 论 1.1前言 风电、太阳能发电等新能源的开发利用正迅速发展，由于风电、太阳能发电等新能源发电具有随机性、间歇性，由此将使电力工业进

3、入储能时代。美国能源部部长朱棣文于2009 年7 月访华时在清华大学就全球变暖和能源利用发表演讲时说，“风电方面，我们还要解决电力传输和存储问题。我们需要一个智能电网系统来传输。最有效的存储电能方式就是建设抽水蓄能电站， 可以保证70%85%的能源储存效率”1。 美国能源技术协会(ETI)是一个旨在推动低碳技术发展的机构，开展了多项与可再生能源相关的项目，他们正在启动能源储存项目。ETI 表示，当风力涡轮机或太阳能电池板间歇性产生能源时，尤其是在不需要使用这些能源的时候，如何才能将其储存起来， 一直是可再生能源发电面临的一个难题。近日ETI 就启动了一项能源储存项目，并面向社会广泛征求新技术。

4、ETI 首席执行官大卫克拉克称，低成本、有发展潜力并可靠的能源储存技术将在未来能源可再生发展方面发挥巨大作用，分布式能源存储系统将决定可再生能源发电会在英国电力供应中占有怎样的位置，这一点已经在英国达成了广泛共识2。这就是说，风电、太阳能发电等新能源的发展，使得电力工业进入了储能时代，储能技术和储能设施的发展将决定新能源的利用规模，新能源的开发利用、智能电网的开发建设，与大容量储能是密切相关的，是孪生兄弟，世界电力正在进入储能时代。1.2 新能源与第三次能源大转换 全球能源利用已经历了两次大转换，第一次从薪柴、秸秆转换成煤炭；第二次从煤炭转换成石油、天然气，第二次能源大转换还包括由一次能源转换

5、成电力和利用水能、核能发电3。第二次能源大转换内容要比第一次丰富得多。目前正在进行第三次能源大转换，要用新能源去替代化石能源，以减少污染物和二氧化碳的排放。新能源包括洁净煤技术，其中包括二氧化碳捕集及封存；开发气体能源，包括煤层气、页岩气和致密砂岩气等；核电开发，包括第三代核电、快堆和聚变堆；开发可再生能源和新能源，包括水电、风电、太阳能发电的开发及生物质能的开发利用。在这些能源中，由于核电前期基础设施投资大，一般不承担调频、调峰任务；可再生能源和新能源中除水电和生物质能发电以外，也都不能承担变动负荷。因此，在第三次能源大转换中，必然要有大容量储能设施的配合。由于我国第一次、第二次能源大转换还

6、没有完成，还要加快开发天然气、核电和水电，相对于发达国家已经完成两次能源大转换，当前的任务就是开发风电、太阳能发电等新能源而言，我国对大容量储能设施的要求还没有发达国家那样紧迫。同样也是因为我国第一次、第二次能源大转换尚未完成，电源结构中缺少燃气发电、分布式能源系统和水电等机动灵活电源的配合， 对间歇性、随机性的风电等新能源接受能力弱，因此从另一个角度讲又需要大容量储能设施的配合。1.3 电力工业要走向储能时代电力工业100 多年的历史，前后经历了3 个时代，即舞伴时代、需求侧管理时代和储能时代。舞伴时代大概经历了100 年，需求侧管理时代经历了几十年，今后要让位于储能时代。自从19 世纪70

7、 年代发明电力以来，电力行业一直认为电力不可能大量储存，电力工业的特点是发电、供电和用电同时完成。电力工业像跳交谊舞的舞伴一样，什么时候电力用户要用电，就提供发电能力，向用户输电；什么时候电力用户不用电，就减少发电能力。电力工业在任何时候都要既满足负荷的需要，又要满足用电量的要求。电力工业要达到舞伴的条件，需要符合6 项标准： 可以提供大量电力； 可以提供可靠、同时可以预测的电力； 能够依据电力用户对电力的需求来调整电力供应； 能够满足并入电网的一个或者多个基本要求基本负荷(全天候稳定供电的最低电力)、负荷跟踪(跟踪检测用电负荷的大小并做出相应的调整，以保证供电稳定)和最大负荷； 发电设施被建

8、设在合适的地点； 电价经济。1.4 电力储能技术1.4.1 我国电力储能的现状 中国在最近20 年， 特别是近10 年间， 在需求侧管理方面进行了大量卓有成效的工作。从1998年开始，在全国的城市、县城和农村开展了几次电网改造和建设，改造和新建了线路，用节能变压器替代耗能大的变压器；在全国耗电量大的工业企业普遍开展了节电改造，用节能电动机替代了耗能大的电动机； 在全国居民生活用电中采取国家补贴，提前淘汰耗电量大、能效低的家用电器，广泛采用节能灯以及节能的空调、冰箱和彩色电视机。在需求响应方面，从中国的实际情况出发，采取了有序用电。中国在最近20 年内，无论是在需求侧管理方面还是在需求响应方面的

9、工作都优于工业发达国家，取得了显著的成效，中国电力工业也已进入了需求侧管理时代。1.4.2 储能时代 最近30 年来，世界能源领域有3 个变化：一是环境问题从区域性问题变成全球性问题，提出了气候变化问题；二是发达国家的一些专家鼓吹化石能源顶峰论和化石能源枯竭论， 制造化石能源恐慌；三是化石能源价格暴涨。从这3 个变化出发，许多发达国家化石能源消耗达到了顶峰，水电已经开发完成，核电开发得很多，于是提出开发风能和太阳能等新能源，把世界推向第三次能源大转换。用新能源发电替代化石能源发电， 催生了智能电网，新能源电力和智能电网使电力工业进入第三个时代，这就是储能时代。1.4.3 电力储能的意义 为什么

10、第三次能源大转换，用新能源去替代化石能源，就要进入储能时代呢？ 这是由于新能源发电不同于化石能源发电。拿电力工业的6 条标准来衡量，首先是新能源发电能大量供电吗？ 答案既是“不肯定”的而又是“肯定”的。如风力发电，虽然说中国的风力资源有25108kW， 但是经济可开发的有人说是7108kW， 还有人说是3108kW， 经济可开发的风力资源只相当于煤电11082108kW，不可能大量供应；太阳能发电资源很丰富，但目前价格很高，至少近期不可能大量供应。新能源发电的背后，还有致命的制约因素，如效率低、占地面积大等。拿风电来说，生产等量的电能，其占地面积是核电厂的1000 倍以上。二是新能源发电能提供

11、可靠而又可预测的电力吗？ 答案是否定的。风电、太阳能发电以及其他新能源发电大都具有随机性、间歇性，无法人为控制去适应电力用户的用电需求。三是新能源发电能按照需求调整电力供应吗？ 答案也是否定的。风电、太阳能发电不可预测，也就难以做到按需求调整。四是新能源发电因其不稳定性而无法满足并入电网的基本要求。它不可能全天候供电，更不可能跟踪负荷的大小变化，在用电高峰时满足高峰负荷的用电要求也就无从谈起。五是新能源发电的厂址不可能按照接近电力负荷需求地来选址，有风能、太阳能而又有可供其使用的土地的地方，往往远离负荷中心，需要建设高昂的输变电设备。最后一条是新能源发电有没有价格优势？ 至少在目前条件下，风电

12、、太阳能发电等新能源电源没有价格优势，如果考虑配套的输变电和为弥补其随机性、间歇性缺陷而付出的辅助服务，其价格则远远高于常规电源。现在有的专家寄希望于智能电网来接纳和消纳新能源电源。其实智能电网只是具备传输能力，至于新能源电源的消纳还是要靠用户，如果用户不能按照风电、太阳能发电的发电时间来用电，智能电网也是无能为力的。新能源发电要成为主力电源去替代化石能源、智能电网要接纳和消化新能源电源，都是以储能为基础的，所以要实现第三次能源大转换，就必须建设智能电网，必须使电力工业进入储能时代。1.5 现有的电力储能方式 目前，已经用于实际及正在进一步研究中的电力储能方式有抽水蓄能、压缩空气储能、超导储能

13、、新型蓄电池储能、化学储能、飞轮储能、相变储能、超级电容器储能等等。 1.6 本课题主要工作 本文将通过对各种电力储能方式原理的叙述，分析它们各自的特点，找出它们的共性与个性，根据它们的不同而区分它们适宜的应用场合，并对各种储能方式现在尚存的一些缺点做一分析，找到解决办法。 第2章 电力储能方式2.1 抽水储能 21世纪人类正面临着巨大的能源挑战，一方面随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求量快速增加；另一方面，保护环境的要求越来越严格，人们对目前以化石燃料为主的能源体系不断提出新的限制。因此，在21世纪，开发新的能源是能源领域发展的必然趋势，节约和利用有限的能源已成为一个重大的课题，能源的

14、储存便是其中很重要的一项。4 在这种背景下，以抽水蓄能为储存电力能源的技术得到了发展。 抽水蓄能电站是目前唯一能大规模解决电力系统峰谷困难的的途径，它是已经实际应用于电力系统调峰的大容量蓄能技术，抽水蓄能电站主要有可逆水泵水轮机和上下两个水库组成，它在电力系统负荷低谷时用多余的电力驱动水泵，从电站下游水库抽水至上游水库，把电能转换为水的重力势能储存起来，以消耗一部分电能。在电力负荷高峰时，从上游水库引水，驱动水轮机发电，把水的重力势能转换为电能，从而再次供给电力用户。抽水储能的原理是基于电能水的重力势能电能的转换，利用这种方式以达到电力储存的效果，进而起到对电力系统的调节作用。 抽水蓄能的优点

15、是：技术上成熟可靠，其容量可以做得很大，它的蓄能量仅仅受到水库库容量的限制。抽水蓄能的缺点是：建设受到地理条件的限制必须要有合适的高低两个水库。另外，在抽水和发电过程中，有相当一部分能量会白白浪费；另一个缺点是，由于这种抽水蓄能电站受到地理条件的限制，一般厂址都远离负荷中心，不但有输电损耗，而且当发生重大事故而不能工作时，它也将失去作用。52.2 压缩空气储能 一年中电力需求的日变化和季节变化很大，而用电的最高峰可能仅仅持续几个小时。因此，一些电厂只需要在电力高峰时期进行发电，从而节省能源，提高能源的利用率。 蓄能技术可以实现电力生产和供应两者相分离，有了大容量的蓄能保证，电力系统就可以按照电

16、力的平均需求量建造发电厂，而不是按照电力系统峰值负荷建造。压缩空气蓄能技术便是解决电力系统这一不稳定性的方法之一。压缩空气可用于发电，是正在蓬勃发展的大容量储能技术。压缩空气蓄能技术（CAES）系统建立在分离燃气轮机的压缩和膨胀的原理上。系统中空气压缩过程被分离出来而独立操作，对空气进行压缩后储存起来，需要的时候将压缩空气释放，通过涡轮燃烧过程加热膨胀而进行发电。由于分离了压缩过程，在发电的时候可以比任何普通系统有更高的产出。来自于核电站、燃煤电站的低谷电或风能电站的富裕电能用于压缩空气操作可以大大降低成本，所以压缩空气储能系统可以提高燃料的发电效率达3倍以上（如图1所示）。图1 压缩空气蓄能

17、技术（CAES）原理示意图压缩空气储存发电是这样一种技术：利用夜间多余的电力制造压缩空气，使之储存在地下空洞内，白天用压缩空气使燃料燃烧使燃气轮机发电。通过压缩机，将压缩空气储存在水喷射法挖掘的岩石空洞内，然后利用低压燃气轮机的废热再生器，将储存的压缩空气加热，作为高压燃气轮机和低压燃气轮机的的燃烧空气使用。压缩机和气轮机通过发电机电动机这一离合器的连接与断开就可以形成各自的工作循环。压缩空气蓄能电站主要由电动发电机、空气压缩机、燃烧室、燃烧透平和地下储气洞穴组成，它和原理抽水电站类似。即在电力负荷低谷时输入剩余电能驱动空气压缩机，将空气压缩并注入地下储气洞穴，把电能转化为压缩空气的势能储存起

18、来。在电力系统负荷高峰时，压缩空气从地下洞穴流出，进入燃烧室同燃料混合燃烧升温，再进入燃气透平膨胀做功，驱动发电机把机械能转换为电能，供电力系统调峰使用。 压缩空气储能很早就用于气动工具，它的储能原理与抽水蓄能类似。因此，只要做到较大规模，就可以解决电力系统峰谷差问题。这里最关键的问题是找到适合能储存空气的场所，一般来说密封的山洞和废弃的矿井等都可以使用。 用一般的燃气轮机发电时，压缩机的动力占汽轮机动力输出的二分之一到三分之一。因此，发电机的额定输出比汽轮机的额定输出小。但在这种方式中，能使发电机的额定输出接近汽轮机的额定输出。燃气轮机发电启动时间短，即使是压缩储存方法，也能够充分发挥这一特

19、点。如果充分利用空气压缩时产生的热能和膨胀时产生的冷热能量，那么，储存压缩空气的系统就变成能同时提供冷热能和电能的发电供热联合循环系统。62.3超导储能 超导技术的进步为电能储存开辟了一条新的技术途径，超导储能装置具有储能密度大、效率高、响应快等优点，而且可以做到小型化、分散储能的形式应用，正在受到人们越来越大的关注。超导储能技术有超导磁储能和磁悬浮飞轮储能两种，前者将电能以磁场的形式储存，后者将电能以机械能的形式储存。2.3.1超导磁储能技术 当一个电感线圈电感值为一个定值时，给它一个定值电流，则此时线圈内将储存有一定量的电磁能。 因为普通线圈都有一定的电阻，流过线圈的电流很大时，电阻将消耗

20、大量电能而发热，因而储能量不能很大。 但是如果上述线圈没有内阻，那么电流可以达到很高的数量级而不会因发热而消耗电能，从而可以大大提高储存电磁能的能力。随着在10T以上的磁场下仍可以承载很大的超导电流密度的超导材料的发展，使得利用超导线圈来储存更大的电磁能成为可能。随着供电系统的大容量化，一旦发生送电事故，超导储能线圈还可以作为能量“分洪”装置。这种方式的电能是由一个超导磁场中的环流储存的，没有能量转化为其他形式，在动力供能；消除供能地区差异、时序差异；减少能源浪费等方面都将开辟美好的前景。因为利用了超导线圈，电流在其中流动几乎无损耗，能量仅为保持超导冷却和少许辅助机械使用，所以其返回效率高达9

21、0%以上，超导磁储能还有以下几个优点：1、 储能密度高，可以缩小储能设备的体积，不大受安装场地的限制，可以建造在任何地方。2、 可以节省送变电设备和减少送变电损耗。3、 可以快速启动和停止，既可以瞬时储电和发电，从而也可以缩短停电事故维修时间。4、 因为在系统输入、输出端使用交直流转换装置，短路容量的稳定度提高。这种储能方式唯一的限制是连接磁环与电网的固态元件的开关时间。超导磁储能不像抽水储能和压缩空气储能那样容易受到地理条件的限制，也不想蓄电池储能那样易于分散建设积少成多，它可以根据实际需要在较大容量范围内设计制作，它的缺点是单元组件的最大储存电能没有抽水储能那样大，不能做季节负荷的调节。7

22、2.3.2超导磁悬浮飞轮技术目前用于大容量电力储能的蓄能发电系统除了抽水蓄能以外，还有超导储能，压缩空气蓄能和飞轮储能。超导电磁储能技术很有发展前景，但尚未达到大规模工业应用的阶段。压缩空气储能需要地下空洞以储存压缩空气。至于飞轮储能则不存在电站选址（抽水蓄能技术）、挖掘地下空洞（压缩空气蓄能技术）和埋设线圈（超导储能技术）等的附加要求，其装置简单，能量的存储释放十分方便，可以作为稳定电源和电力系统稳定化的装置。飞轮储能实际上是一种较为古老的储能技术，在20世纪90年代，人们将这一装置应用于电力系统储能以实现调节电力系统峰谷差。而今，人们对这一方面的研究又转向高潮，具体设想是，在谷值负荷时，将

23、多余的电力输入发电机，使其驱动飞轮旋转，使电能转化为飞轮的动能，这大概需要几个小时，然后飞轮保持在高速下转动，到出现谷值峰荷时，让飞轮驱动电机，作为发电机运行，使飞轮的动能转化为电能供给电网。在这一过程中飞轮转速下降，直到它的最高转速的一半左右。由于采用变速恒频的电力电子技术，输出电能的频率可以保持不变。同时，飞轮机组可以制成单元型，根据需要组合成更大功率的装置，并安装在负荷附件，这样既可以根据需要逐步扩展，由可以避免输电损失。飞轮储能的再起高潮，得益于三个方面的技术发展：一是利用高温超导在磁悬浮方面的突破，使磁悬浮轴承成为可能，这为实际上消除轴承的摩擦损失开辟了道路，同时也为把飞轮密封在真空

24、容器中以消除空气阻力提供了可能性，两者都为消除飞轮长时间运转的消耗起到了关键作用；二是高强度材料的出现，它可以使飞轮有更高的转速，从而让飞轮存储更多的能量。首先是复合碳纤维材料，利用碳纤维制造飞轮可使储能得到数量级的提高；三是电力电子器件和技术的进步，使得电能转换和频率控制技术能充分满足电力系统的需求。美国能源资源部的阿贡国家实验室在20世纪90年代曾做出了电力系统的飞轮储能研究，取得了预期的结果。当然，要把飞轮储能真正用于电力系统，还有许多安全性、经济性方面的问题需要解决。 在超导储能装置中，超导磁悬浮飞轮储能较磁储能起步晚，是在高质量高温超导块材料技术基本形成后才发展起来的。与超导磁储能装

25、置相比较，超导磁悬浮飞轮储能密度更高，泄漏磁场较小，而且，超导磁储能的效率、单位容量成本与储存能量大小密切相关换，储存能量太小则经济效益较差。从而，超导磁悬浮飞轮储能由于储能效率、单位容量成本与储存能量的成本相关性较小等特点，更易实现小型化。 超导磁悬浮飞轮储能的基本原理是一直线运动的物体具有一与它速度有关的动能，而绕某一轴心旋转的物体的动能则与它的角速度有关。 磁悬浮永久磁体承载储能装置中，飞轮用高抗张力的强度材料制成，电机以电动机的方式运行，带动处于磁悬浮状态的飞轮旋转，讲点能转化为动能。反过来，当电机以发电机的方式运行时，飞轮储存的动能将转化为电能，从而起到电能的储存。 随着超导磁悬浮飞

26、轮储存能量的减少，飞轮的转速逐步下降。因而它与电力系统的连接还存在变频问题，这既可以采用电力电子变频技术，也可以采用交流励磁可变速发电机技术实现，通过对发电机的控制，即可以使超导磁悬浮飞轮储能输出有功功率，也可以使之输出无功功率。因此，和超导磁储能系统一样，飞轮储能也具有电力系统有功功率和无功功率的能力。另外，为了减小高速旋转飞轮上的风损，飞轮和磁悬浮轴承一般放置在真空环境中，真空环境是维持超导体低温环境所必需的绝热手段。除此之外，飞轮储能还有一个有希望的用途，就是用于交通工具，主要用于混合动力的电动机上。电动车装上飞轮后，它可以吸收制动时的能量，而在需要加速或爬坡时放出能量，可以使内燃机工作

27、在均衡工作状态下，从而节省燃油并减少排放。目前国内也有相关单位在做这两方面的研究工作，并取得了不少成果。8目前，对磁悬浮飞轮储能技术的改进尚在研究中。其中主要的研究课题和相关部件如表1所示：表1 飞轮储能尚需改进的技术及相关部件目标改善途径（相关部件）降低损耗提高临界温度（超导体） 增强磁场均匀性（永久磁场）增强钉扎中心均匀性（超导体） 提高冷却系统效率（冷却系统）提高轴性刚度提高钉扎力（超导体） 采用辅助措施（辅件）增加储藏能量提高钉扎力（超导体）增加承载量提高临界磁场（超导体） 提高临界电流密度（超导体）改进磁场均匀度（超导体、永久磁体）提高转速提高飞轮材料密度和强度（飞轮） 飞轮形状优化

28、设计（飞轮）系统运用变频手段 控制策略2.4化学储能2.4.1 新型蓄电池储能 能量的储存在国民经济和日常生活中有重要的作用，尤其是电能的储存。电能的储存就小的方面而言可以用于日常生活中，如用于各种电子设备的电池；就大的方面来说可以用于电力调节和节约能源领域。然而，电力和油、气等燃料能源不同，它的储存十分困难。电的这种特性使得电力供应系统的建设与运行必须与用电需求相适应，而电力的需求有时间和季节上的不同，用电高峰期，电力紧张；而用电低谷时，电力过剩。常用的电力储存技术有化学储能（如蓄电池）、机械储能（如抽水蓄能）等。常用的抽水蓄能电站虽然已用于实际，但由于它受地理位置的影响比较大而不可以普遍化

29、。而传统的化学储能电池可以不受地理条件的限制，有利于分散控制，可以接近用电中心。因此，世界各国的科学家都在致力于研究开发性能较好的新型储能电池。 蓄电体系包括铅酸、Ni-Cd、Ni-NH和锂电池。而上述体系因环保、成本等各种原因，无法成为大型储能体系的选择。因此必须探索新的储能体系，复旦大学化学系新能源与材料实验室经过长时间研究、探索出一种水溶液可充锂电池（简称水锂电，aqueous rechargeable lithium battery ARLB）可望成为新型储能日系。本实验室通过传统的固相结合，成尖晶石氧化锰锂和钒酸锂材料，用循环伏安法研究了这两种材料在水溶液中的电位和稳定性，发现这两种

30、材料在水的电化学窗口范围内在水溶液中都能稳定存在，而且电位合适组装成实用电池。用氧化锰锂做为正极材料，钒酸锂作为负极材料，组合做成的水溶液锂电池的容量虽然低于有机电解液的锂离子电池，但是其容量在材料未做优化的情况下仍可与传统的铅酸电池、镍镉电池相媲美，而且具有良好的循环性能，该电池的平均放电压约为1.0V左右，经过长时间的充放电循环，电池的容量基本没有衰减，目前该类电池已经做到了450次以上。其循环性能也远远高于同类其他电池。而且打破了人们传统意义上认为的水锂电循环性能不好的概念，可以将其应用于实际。迄今为止，复旦大学化学系新能源与材料实验室已对这种新型电池做了各方面的研究，力求将其完整化、大

31、型化、以便应用于实际，早日将其应用于商业。而且，也率先开展具有新型储电体系的研究。从目前的研究结果来看，有望可以实现真正意义上的绿色储能体系。将其应用于电力系统。起到电力系统的调峰作用，弥补电力系统因季节性与昼夜工业及国民生活用电差异过大而出现电力供应中的一些问题，有效节约能源，为人类的可持续发展做贡献。92.4.2 化学电池 蓄电池属于化学电池，有离子导电性的电解液和正负极组成。放电时，发生氧化反应，化学吉布斯能的差值转换为电能，由正负极引出使用。充电时，发生氧化反应，电能转换为化学吉布斯能。蓄电池主要用于电力系统调峰、低负荷的电动汽车，并配合太阳能、风能等再生能源开发。蓄电池具有低污染、少

32、占地、使用灵活方便的优点。但目前大量使用的铅蓄电池蓄能密度低、蓄能效率低，因此经济性差，难以大型化。为弥补这些缺陷，各国开展新型蓄电池的研究，主要有钠硫电池、锌氯电池、锌溴电池等等。化学储能技术主要有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、金属空气电池、二次电池。其中，全钒氧化还原反应液流电池有许多优点，首先，正负极活性阳离子均为钒离子，不会发生其他液流电池常有的正负极电解液交叉污染导致电池过早失效，其次，工作时电解液处于流动状态，电池的浓差极化较其他电池小，又因为钒离子的电化学可逆性高，电化学极性也小，因此特别适合大电流快速充放电。此外，它还有可靠性好，操作维护费用低等优点（如图2

33、及图3 所示）。图2 氧化还原储能电池流程示意图图3 钒氧化还原液流电池工作原理图钠硫电池是在300附近充放电的高温储能电池，负极活性物质为金属钠，正极活性物质为液态硫。传导的例子的氧化铝电解质膜材料将正负极活性物质分开，在放电时钠被电离，电子通过外电路流向负极。钠离子通过电解质扩散到液态硫正极并与硫发生化学反应生成多硫化钠，在充电过程中，多硫化钠变成硫和钠离子，钠离子通过电解质膜扩散到负极，获得电子成为钠原子。不过，钠硫电池由于费用高，结构复杂等特性，能否成功应用于商业领域的问题仍有待解决。10另一类性能优异的电池是近来出现的锂离子二次电池，它彻底解决了充放电的记忆效应，大大方便了使用，在制

34、造过程中，基本避免了对环境的污染，有绿色电池之称。主要缺点是价格太贵，目前他主要用于通信和信息设备中，如手机笔记本电脑，摄像机等，但由于它的高储能密度，很有可能用于电动汽车等交通工具，如果能进一步提高储能密度并降低成本，它将很有希望应用于供电设备储能中。用完及丢弃的电池称为一次性电池，可以充放电的电池称为二次电池，它广泛应用于汽车的辅助电源，其工作原理为：以化学能的形式储存电能，出了新型蓄电池外，还有一种就是制氢储能电站。现代化大型电网需要一种新型的调峰发电厂，它可以根据遥控指令和频率与标准值的差异，母线电压与整定值的差异儿自行启动、自行并列、自行增（减）负荷，其电机容量有大有小，额定电压有高

35、有低，哪里有需要哪里装，没有任何先决条件，这就是制氢储能电站。11出于对经济性和可靠性的考虑，柴油发电机作为原动机具有无可争议的地位。然而，当石油面临枯竭、生态环境遭到破坏时，柴油发动机的地位便受到了冲击。诚然，柴油机具有较高的热效率，但却遇到了环境问题。诸如：气候变化、废气排放和空气颗粒等等。在汽车行业，如果没有本质上的改观，柴油机的前景将更为严峻。因此，一种新能源燃料电池便由此诞生。由于燃料电池可以对外提供动力，机械能可以用于发电，所以燃料电池亦可以起到电力的储存作用。燃料电池是利用氢气和氧气的反应来产生电力的装置，由于它们几乎没有污染，并且可以循环利用，它对大幅度减少市区空气污染和减少石

36、油的消耗具有实际意义。早在20年前就有人宣称，在美国应有20%的汽车应由燃料电池供能。在19世纪30年代后期，美国爵士Willian.R.Grove制造了第一个燃料电池，他的装置是利用由铂电极的氢和氧的玻璃管提供了一次振奋人心的机遇，一种新型的燃料电池，叫做碱性燃料电池（AFC），是由Francis T.Bacon在1982年的专利。各种类型的燃料电池倍设计出来，他们一般根据所要使用的电解质来分类，因为电解质决定了系统的运行温度，并在一定程度上决定了电池本身所使用的燃料。目前，燃料电池的价格大致比同类柴油机高15%，为降低成本，降低得起成本的工作是设法用钴代替铂，作为能量催化剂。在日本，最受欢

37、迎的燃料电池系统是PEFC，自从出台了尾气排放规则和限制使用含硫的燃料。使用燃料电池可以有无污染、无毒、延长寿命的优点，也符合环保的要求，因此，PEFC对汽车和家庭的潜力一直受到制造商的重视。总统而言，这种电池有望成为未来大规模发展的储能材料。其优点大致有几个方面：1、 它可以完全放电，但这对于其漫长的使用寿命并无影响，可以循环反复使用。2、 被储存于其内的液态电解质里的能量可放于远处，并积累起来。类似于传统的内燃机。3、 用新的电解质代替已用过的电解质可以快速实行二次充电。根据乐观的估计，现有的能源问题，不管是从数量上还是从质量上，都可以用新式储能和新能源取代。122.5超级电容器储能 超级

38、电容器是无源新型电力储能器件，与其他的储能技术如飞轮储能、超导储能、传统静电容储能相比，超级电容器储能具有较高的功率密度，合适的能量密度很高的放电速率。此外，超级电容器还具有控制方便，转换效率高，工作范围广，无污染等优点。用超级电容器做电能调节装置的储能原件，在电压波动期间可通过功率变换器换地有功功率，吸收或释放电能，改善输出电压。超级电容器是介于传统蓄电池与传统静电容器之间的新型能量储存器件，与传统静电容器相比，它具更高的比电容，能量密度为传统静电容器的10倍以上，与传统蓄电池相比，超级电容器具有较之10倍以上的功率密度，充电时间短，释放能练速度快，循环寿命长，但单级超级电容器等效串联内阻比

39、传统静电容器大几个数量级，使用中必须考虑到其影响。目前，超级电容器单体电容密度为1-10wh/kg,单体电容电压低，只有1-3v，所以必须采用多只电容器串并联，构成超级电容器储能组以满足电压和能量等级要求。超级电容器储能装置主要运行3种状态:双向DC/DC变换器，给超级电容器充电，成为Buck储能态，为维持电压恒定，超级电容器向直流母线提供功率，相当于正向Boost运行。某些情况需吸收功率时，则保持电压恒定，电流反向，把R看做负电阻，相当于负向Boost运行，即要求储能装置通过DC/DC变换器充、放电为直流母线提供恒定的电压支撑，称为恒压运行态，储能装置不工作，无需能量流动，电容器端电压保持不

40、变，称为备用状态，超级电容器，装置持续不断地 循环运行于这3种状态。有效的实现了电能在时间上的分割、储备、确保必要时的能量供给、其储能装置状态转换如图4所示。图4 储能装置状态转化超级电容器储能装置处于恒压运行状态，由于负载情况下不确定，功率流动方向不确定。因此，在实际应用中，设计1个可实现正负功率流平滑切换，的控制器至关重要，以保证超级电容器连续、安全的工作，实现电力调峰的作用。13待添加的隐藏文字内容22.6相变储能 储能技术可以解决能量供求在时间和空间上不匹配之间的矛盾，因而是提高能源利用率的有效手段。相变储能是利用相变材料相变时吸收大量潜热并保持温度恒定的特点而进行的有效储能技术之一，

41、因为它比固体和热水显热储能密度大得多，所以用途比较广泛，可以应用在电力系统调峰领域。 我国电力负荷峰谷明显，其比值约为0.4:0.6，这使发电系统效率下降相变储能在需求侧应用是促进谷期电力消费和调峰的可行方式，也是实际谷峰电价的技术保证，全国管网供热系统(不包括热电站)热能利用率仅30%左右，而且工业锅炉污染严重，但全国利用燃煤锅炉采暖比例相当高，黑龙江省甚至高达90%，因此不仅是净化环境，就从能源利用率来说，使用电力，尤其使用谷期电力蓄能供热，也是可行的。发达国家把发展相变储能技术作为电力发展的重要内容，英国从20世纪80年代就开始研发电热蓄能锅炉，用于供热和热水供应。我国在相变储能技术的理

42、论和应用上也取得较大成果，同时也研制出各种相变材料和部分成熟的储能产品用于电力调峰。如图5，从发电到供电再到电力用户整个系统中，可进行的储能环节有燃料储能、蒸汽储能、给水储能、电、机械、水利和气力储能及在电力用户中的电能和热能储存。从发电角度，就是设置调峰机组和建立大型抽水蓄能电站，这都需要巨额投资。图5 从发电到供电再到电力用户系统的储能环节相变储能技术是材料和新能源高新技术，利用它可以起到电力调峰作用，并且其装置体积小，寿命周期成本低，初投资回收年限短，是提高电网运行效率的有效途径。因此，应大为推广。142.7砂石储能这是一种现今还未应用于实际的电力储能方式，由于砂石具有一个与众不同的优势

43、它可以承受很高的温度而不至于融化，所以可以在电力负荷谷值时将电能转化为热能储存于砂石之中，在电力负荷峰值时用砂石的热能发电，再次供给电网从而起到电力的储存作用。结 论随着国民经济的发展,人们对能源的需求越来越高,而化石能源资源却越来越少,人们将会越来越重视对水能、风能、太阳能等可再生能源及核能的开发和利用。从电力的稳定供应、节能、二氧化碳减排的角度考虑,高效的新型储能(电)技术的开发和应用已成为当务之急。化学储能和超导磁技术是将能量直接以电的形式储存,扬水储能和压缩空气储能是将电能转变为势能储存,飞轮储能是将电能转化为动能储存。扬水储能、压缩空气储能及大型超导储能主要用于发电厂调峰,即将夜间(

44、用电低谷)时的电力储存,在用电高峰时供电,稳定电网,平衡负载。各种化学储能技术,主要用于终端电网和与太阳能发电、风能发电配套,是一种高效的储能技术。从技术发展水平看,扬水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化学储能技术,铅酸电池、小型二次电池早已普遍实用化,氧化还原液流储能电池已经达到了商业演示运行水平,而超导储能和飞轮储能技术离应用还有相当大的距离。太阳能、风能发电系统的功率规模多在百千瓦至兆瓦级。作为与其配套的储能系统,氧化还原液流电池由于有成本低、效率高、寿命长这些优势,市场前景较为广阔。从适用化的角度考虑,氧化还原液流储能电池的研究今后将主要集中在高性能、低成本、耐久性好的离子交换膜

45、材料、电极材料及高浓度、高导电性、高稳定性的电解液方面。参考文献1.朱槺文.应对能源和气候变化.两个国家故事J.能源评论，2009（8）34-40.2.王晓苏.英国ETI启动能源储存项目N.中国能源报，2010-08-09（7）.3.朱成章.艰难的第三次能源大转换.（-）J.中外能源，2008,13（4）：42.4.樊栓狮、梁德青、杨向阳等.储能材料与技术.化学工业出版社，2004，36-38.5.伍婵娟.电力储能技术发展概述.电力与能源，2010，18：772.6.施惠聪、张炯.压缩空气蓄能及其他蓄能技术在美国的应用.华东电力，2009.2，第37卷第2期，291-294.7.周晓兰、韩居华

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