儲能技術現狀與發展昝小舒儲能技術現狀與發展昝小舒應用電子技術專業儲能技術應用電子技術專業儲能技術儲能技術什么是儲能技術？應用電子技術專業特指通過機械的、電磁的、電化學電等方法，將能量存儲起來，在需要的時候，再通過機械的、電磁的、電化學的方法轉變為電能，為用電設備提供電能的技術。儲能技術什么是儲能技術？應用電子技術專業特指通儲能技術儲能產業是戰略性基礎產業智能電網風能發電光伏發電電動車通信電源電子產品軍工產品儲能技術有什么用？儲能技術儲能產業是戰略性基礎產業智能電網風能發電光伏發電電動儲能技術功率等級能量等級設備類型用戶舉例≤1WMWh便攜儲能設備電子表、手機1W～100WWh電子設備、電動工具≤500W≤500Wh移動儲能設備電動自行車10kW～200kW2kWh～200kWH節能與新能源汽車100kW～500kW～500kWh鐵路機車、城市軌道交通車1kW5kWh固定儲能設備家用儲能設備10kW～100kW30kWh小型工業和商業設施兆瓦吉瓦MWh、GWh級智能電網、風能、光伏移峰填谷儲能電站儲能設備分類儲能技術功率等級能量等級設備類型用戶舉例≤1WMWh便攜電子儲能技術

近幾十年來，儲能技術的研究和發展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的高度重視發展創新性儲能技術對加快發展我國新能源產業有決定性意義

儲能技術儲能技術儲能技術分類：機械儲能：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能化學儲能：鉛酸電池、鎳系電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池電磁儲能：超導儲能、超級電容器儲能

儲能技術儲能技術分類：機械儲能抽水儲能壓縮空氣儲能飛輪儲能機械儲能指電能通過轉換為機械能的形態儲存起來，在需要時，可再由機械能轉換為電能為用電設備提供電能。機械儲能機械儲能指電能通過轉換為機械能的形態儲存起來機械儲能抽水儲能機械儲能抽水儲能機械儲能抽水儲能機械儲能抽水儲能機械儲能抽水儲能發展現狀：19世紀90年代于意大利和瑞士得到應用，據統計目前全世界共有超過90GW的抽水蓄能機組投入運行。日、美、西歐等國20世紀60～70年代出現抽水蓄能電站的建設高峰。其中日本是世界上機組水平最高的國家，在技術方面引領世界潮流。我國上世紀90年代開始發展，有廣州抽水蓄能1期，十三陵，浙江天荒坪等抽水蓄能電站。資料統計，已裝機5.7GW，占全國裝機容量的1.8%。機械儲能抽水儲能發展現狀：機械儲能抽水儲能優點：技術上成熟可靠，容量可以做的很大，受水庫庫容限制。缺點：建造受地理條件限制，需合適落差的高低水庫，遠離負荷中心；抽水和發電中有相當數量的能量被損失，儲能密度較差；建設周期長，投資大；機械儲能抽水儲能優點：機械儲能壓縮空氣儲能壓縮控制儲能（compressedairenergystorage，CAES）是一種類似于燃氣輪發電設備。需要儲能時，采用電動空氣壓縮設備，將空氣縮到大型儲氣設備中實現儲能。需要釋放能量時，利用壓縮空氣驅動氣輪發電機組發電，實現機械能與電能的轉換。機械儲能壓縮空氣儲能壓縮控制儲能（compre機械儲能壓縮空氣儲能機械儲能壓縮空氣儲能機械儲能壓縮空氣儲能

發展現狀：世界上第一個商業化CAES電站為1978年在德國建造，裝機容量為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。美國電力研究協會（EPRI）建有220MW壓縮空氣試驗站。我國對壓縮空氣儲能技術尚處于初始研究階段。機械儲能壓縮空氣儲能機械儲能飛輪儲能

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

電能驅動飛輪高速旋轉，電能變飛輪動能儲存，需要時，飛輪減速，電動機做發電機運行，飛輪的加速和減速實現了充電和放電。機械儲能飛輪儲能飛輪儲能（FlywheelE機械儲能飛輪儲能1999年歐洲UrencPower公司利用高強度碳纖維和玻璃纖維復合材料制作飛輪，轉速為42000rad/min，2001年1月系統投入運行，充當UPS，儲能量達到18MJ機械儲能飛輪儲能1999年歐洲UrencPower機械儲能飛輪儲能機械儲能飛輪儲能機械儲能飛輪儲能機械儲能飛輪儲能機械儲能飛輪儲能特點：儲能密度高、充放電速度快、效率高、壽命長、無污染、應用范圍廣、適應性強等特點。目前用于調峰、風力發電，太陽能儲能、電動汽車、UPS、低軌道衛星、電磁炮、魚雷。國內相關單位：清華大學工程物理系飛輪儲能實驗室、華科大、華北電大、中科院電工所。2009年8月5日，國內最先進和可靠的兩臺250kVA移動式飛輪發電車落戶北京電力公司，執行供電保障和應急供電任務機械儲能飛輪儲能特點：化學儲能鉛酸電池鎳系電池鋰系電池液流電池鈉硫電池化學儲能鉛酸電池應用電子技術專業化學儲能——鉛酸電池構成鉛蓄電池之主要成份如下：

陽極板(過氧化鉛.PbO2)--->活性物質陰極板(海綿狀鉛.Pb)--->活性物質電解液(稀硫酸)--->硫酸(H2SO4)+水(H2O)電池外殼隔離板其它(液口栓.蓋子等)應用電子技術專業化學儲能——鉛酸電池構成鉛蓄電池之主要成份如應用電子技術專業化學儲能——鉛酸電池

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

(陽極)(電解液)(陰極)

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

(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產生反應,生成新化合物『硫酸鉛』。應用電子技術專業化學儲能——鉛酸電池化學儲能——鉛酸電池

充電，則陰陽極及電解液即會發生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

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

(硫酸鉛)(水)(硫酸鉛)

由于放電時在陽極板，陰極板上所產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，而陰極板就產生氫，陽極板則產生氧。化學儲能——鉛酸電池充電，則陰陽極及電解液即會化學儲能——鉛酸電池化學儲能——鉛酸電池化學儲能——鉛酸電池化學儲能——鉛酸電池化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產設備化學儲能——鉛酸電池優點：

1壽命長 2價格低 3可以大電流放電缺點：

1鉛的污染 2能量密度低，也就是說過于笨重化學儲能——鉛酸電池優點：化學儲能——鎳系電池優點：

1良好的大電流放電特性 2耐過充放電能力強 3維護簡單缺點：

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

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

化學儲能——鎳系電池優點：鎳鎘電池（Ni-Cd化學儲能——鎳系電池鎳氫電池化學儲能——鎳系電池鎳氫電池化學儲能——鎳系電池優點：

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

1輕微記憶效應 2鎳氫電池串連電池組的管理問題比較多，一旦發生過充電以后，就會形成單體電池隔板熔化的問題，導致整組電池迅速失效。鎳氫電池化學儲能——鎳系電池優點：鎳氫電池化學儲能——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極構成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

化學儲能——鎳系電池鋰電池所謂鋰離子電池是指分化學儲能——鎳系電池優點：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環境污染等優點 循環壽命長,一般均可達到500次以上,甚至1000次

缺點：

鋰離子電池主要的問題是在過充電和過放電狀態電池會發生爆炸，手機電池都是使用的單體電池，再經過良好的保護電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。鋰電池化學儲能——鎳系電池優點：鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——鋰系電池鋰電池化學儲能——液流電池電解質溶液（儲能介質）存儲在電池外部的電解液儲罐中，電池內部正負極之間由離子交換膜分隔成彼此相互獨立的兩室（正極側與負極側），電池工作時正負極電解液由各自的送液泵強制通過各自反應室循環流動，參與電化學反應。化學儲能——液流電池電解質溶液（儲能介質）存化學儲能——液流電池液流儲能電池是一類適合于固定式大規模儲能（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立設計（儲能介質存儲在電池外部）、效率高、壽命長、可深度放電、環境友好等優點，是規模儲能技術的首選技術之一。化學儲能——液流電池液流儲能電池是一類適合于固化學儲能——液流電池化學儲能——液流電池化學儲能——液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學的MariaSkyllas-Kazacos教授提出概念;1993年日本住友電工(SEI)獲得相關專利，并對關鍵材料和設計進行探索;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、中科院大連化學物理所、中南大學以及清華大學。全釩液流電池研究現狀化學儲能——液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學的Mar化學儲能——鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（Ford）公司于1967年首先發明公布的

鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質隔膜與硫之間發生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。

基本的電池反應是：2Na+xS=Na2Sx化學儲能——鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（For化學儲能——鈉硫電池優點：鈉硫電池的理論比能量高達760Wh／kg，且沒有自放電現象。放電效率幾乎可達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十kW，可直接用于儲能。鈉硫電池在國外已是發展相對成熟的儲能電池。其壽命可以達到使用10～15年。缺點：

高溫350oC熔解硫和鈉化學儲能——鈉硫電池優點：化學儲能——鈉硫電池國際：1976年美國福特(Ford)公司發明公布2002年日本東京電力公司(TEPCO)和日本NGK推出鈉硫電池產品

目前只有東京電力和NGK下屬企業生產鈉硫電池國內：2006年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司開始研發大容量鈉硫單體電池2007年1月650Ah單體電池試制成功，標志我國掌握單體電池核心技術2007年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司攻克制備關鍵技術，建成中試線研究現狀化學儲能——鈉硫電池國際：研究現狀電磁儲能超導磁儲能系統(superconductingmagneticenergystorage，SMES)利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置，其不僅可以在超導體電感線圈內無損耗地儲存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統穩定性、改善供電品質電磁儲能超導磁儲能系統(superconductingm電磁儲能超導儲能系統用快速充放電高溫超導磁體用于維持超導磁體低溫環境的低漏熱低溫杜瓦，將與外部的熱交換降至最低中國科學院電工研究所1.0MJ超導儲能系統電磁儲能超導儲能系統用快速充放電高溫超導磁體電磁儲能優點：超導儲能系統由于其存儲的是電磁能，這就保證超導儲能系統能夠非常迅速以大功率形式與電網進行能量交換。另外，超導儲能系統的功率規模和儲能規模可以做的很大，并具有系統效率高、技術較簡單、沒有旋轉機械部分、沒有動密封問題等優點。缺點：

對材料要求高、結構復雜。電磁儲能優點：電磁儲能研究現狀：70年代中期，美國的LASL和BPA合作研制了一臺30MJ/10MW的SMES，是超導技術在美國第一次大規模的電力應用。1993年底，R.Bechtel團隊建成了1MWh/500MW的示范樣機，可將南加里福尼亞輸電線路的負荷傳輸極限提高8%。目前，美國已有多臺微型超導儲能裝置在配電網中實際應用。1999年，德國的ACCEL、AEG和DEW聯合研制了2MJ/800kWSMES，解決DEW實驗室敏感負荷的供電質量問題。日本九州電力公司先后研制了30kJ以及3.6MJ/1MW的SMES。

在國內，中國科學院電工研究所、中國科學院合肥分院等離子體物理研究所等單位很早就開始了超導磁體的研究工作，清華大學研制了150kVA的低溫超導磁體儲能系統。中科院電工所提出了基于超導儲能的限流器方案并研制了實驗樣機。電磁儲能研究現狀：超