第一讲-储能技术与节能与新能源产业

1、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2011-03月月全国信息专业技术人才知识更新工程培训全国信息专业技术人才知识更新工程培训蓄 电 池 储 能 电 源 系 统蓄 电 池 储 能 电 源 系 统第一讲第一讲工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1、概、概 述述工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 储能设备储能设备 特指能够将电能储存起来，特指能够将电能储存起来，在需要的时候，再提供给用电设在需要的时候，再提供给用电设备的装置。备的装置。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 储

2、能技术储能技术 特指通过机械的、电磁的、电化特指通过机械的、电磁的、电化学电等方法，将能量存储起来，在需学电等方法，将能量存储起来，在需要的时候，再通过机械的、电磁的、要的时候，再通过机械的、电磁的、电化学的方法转变为电能，为用电设电化学的方法转变为电能，为用电设备提供电能的技术。备提供电能的技术。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 储能设备，在能源、交储能设备，在能源、交通、通讯、工业、军工等国通、通讯、工业、军工等国民经济各领域，具有广泛的民经济各领域，具有广泛的应用。应用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心储能技术储能技术

3、 是涉及国民经济各领是涉及国民经济各领域的共性关键技术；域的共性关键技术； 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心储能技术和储能产业储能技术和储能产业储能产业是战略性基础产业储能产业是战略性基础产业智能电网智能电网风能发电风能发电光伏发电光伏发电电动汽车电动汽车通信电源通信电源电子产品电子产品军工产品军工产品工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 储能设备随用途不同，功能要求、储能设备随用途不同，功能要求、技术要求、功率和能量大小、能量密技术要求、功率和能量大小、能量密度等方面存在很大区别。度等方面存在很大区别。 最小的储能装置仅几毫瓦，

4、最大最小的储能装置仅几毫瓦，最大的储能系统可达吉瓦级。的储能系统可达吉瓦级。 简单的蓄电池储能装置仅由一只简单的蓄电池储能装置仅由一只电池组成，电池组成， 最复杂的蓄电池储能系统可达由最复杂的蓄电池储能系统可达由几万几十万只蓄电池电池组成。几万几十万只蓄电池电池组成。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图1-2 按存储技术储能技术的分类按存储技术储能技术的分类工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图1-1 储能设备分类（按用途和功率）储能设备分类（按用途和功率）工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心功率

5、等级功率等级能量等级能量等级设备类型设备类型用户举例用户举例1W1WMWhMWh便携便携储能设备储能设备电子表、手机电子表、手机1W1W100W100WWhWh电子设备、电动工具电子设备、电动工具500W500W500Wh500Wh移动移动储能设备储能设备电动自行车电动自行车10kW10kW200kW200kW2kWh2kWh200kWH200kWH节能与新能源汽车节能与新能源汽车100kW100kW500kW500kW500kWh500kWh铁路机车、城市轨道交通车铁路机车、城市轨道交通车1kW1kW5kWh5kWh固定固定储能设备储能设备家用储能设备家用储能设备10kW10kW100kW1

6、00kW30kWh30kWh小型工业和商业设施小型工业和商业设施兆瓦兆瓦 吉瓦吉瓦MWhMWh、GWhGWh级级智能电网、风能、光伏智能电网、风能、光伏移峰填谷储能电站移峰填谷储能电站表表11 不同用途对能量和功率的要求不同用途对能量和功率的要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.11.1、机械储能、机械储能 机械储能指电能通过转换为机械机械储能指电能通过转换为机械能的形态储存起来，在需要时，可再由能的形态储存起来，在需要时，可再由机械能转换为电能为用电设备提供电能机械能转换为电能为用电设备提供电能。 抽水储能电站、飞轮储能、压缩空抽水储能电站、飞轮储能、压缩

7、空气储能、压缩弹簧储能等都属于机械储气储能、压缩弹簧储能等都属于机械储能技术能技术。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.1.1 抽水储能电站抽水储能电站 （吉瓦级）抽水储能电站由高度不同的两个（吉瓦级）抽水储能电站由高度不同的两个储水库、电动抽水设备、水轮发电设备、输变电储水库、电动抽水设备、水轮发电设备、输变电设备及辅助设备组成。设备及辅助设备组成。 当需要储能时，利用电动抽水设备将下方水当需要储能时，利用电动抽水设备将下方水库的水抽到上方水库储存起来，实现将电能转换库的水抽到上方水库储存起来，实现将电能转换为机械能实现储能的过程。为机械能实现储能的过程。

8、当需要释放电能时，将上方水库的水通过水当需要释放电能时，将上方水库的水通过水轮发电设备排泻到下方水库，通过驱动水轮发电轮发电设备排泻到下方水库，通过驱动水轮发电设备发电，实现从机械能转变为电能的过程。设备发电，实现从机械能转变为电能的过程。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 抽水储能可以实现从几小时到几天的储能，抽水储能可以实现从几小时到几天的储能，储能效率在储能效率在70%85%之间。之间。 储能量仅与水库容量和落差有关，可提供储能量仅与水库容量和落差有关，可提供最大能量和最长时间的储能。最大能量和最长时间的储能。 抽水储能电站技术成熟，已经得到广泛应抽水储能

9、电站技术成熟，已经得到广泛应用，一般工业国家抽水储能电站可达总装机容用，一般工业国家抽水储能电站可达总装机容量的量的10%左右。左右。 主要用于移峰填谷、调频、调相、紧急事主要用于移峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、备用容量和黑启动等故备用、备用容量和黑启动等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心抽水储能的缺点是：抽水储能的缺点是： 1、只能建在符合条件的山区，距主、只能建在符合条件的山区，距主要用电高峰的人口稠密的平原地区和城要用电高峰的人口稠密的平原地区和城区距离远，输变电成本高区距离远，输变电成本高。 2、响应速度慢，不适用于需要快速、响应速度慢，不适用于需

10、要快速启动的应用。启动的应用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.1.2 飞轮储能飞轮储能 飞轮储能是利用电动机带动飞飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转换为机械能轮高速旋转，将电能转换为机械能存储起来，需要时，由高速旋转的存储起来，需要时，由高速旋转的飞轮带动发电机发电，实现机械轮飞轮带动发电机发电，实现机械轮转换为电能。转换为电能。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 飞轮储能主要用于不间断电源、飞轮储能主要用于不间断电源、电网调峰和调频等，只能用于蓄电池电网调峰和调频等，只能用于蓄电池储能的补充设备。储能的补充设备

11、。 其优点是储能效率高达其优点是储能效率高达90%，使，使用寿命长，绿色无污染，可连续运行，用寿命长，绿色无污染，可连续运行，使用维护简单。使用维护简单。 缺点是，能量密度低，在小功率缺点是，能量密度低，在小功率场合性价比差。场合性价比差。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.1.3 压缩空气储能压缩空气储能 压缩控制储能压缩控制储能（compressed air energy storage ，CAES）是一种类似于燃气轮发）是一种类似于燃气轮发电设备。电设备。 需要储能时，采用电动空气压缩设备，需要储能时，采用电动空气压缩设备，将空气缩到大型储气设备中实现储

12、能。将空气缩到大型储气设备中实现储能。 需要释放能量时，利用压缩空气驱动气需要释放能量时，利用压缩空气驱动气轮发电机组发电，实现机械能与电能的转换。轮发电机组发电，实现机械能与电能的转换。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 美国在美国在2009年将压缩空气储能列为未来年将压缩空气储能列为未来十大技术。十大技术。 德国在亨托夫建了一个德国在亨托夫建了一个290MW空气储能空气储能试验发电设备。试验发电设备。 美国电力研究协会（美国电力研究协会（EPRI）建有）建有220MW压缩空气试验站。压缩空气试验站。 压缩空气储能技术尚处于研究阶段，其压缩空气储能技术尚处于研

13、究阶段，其经济性和实用性仍有待研究。经济性和实用性仍有待研究。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.2 电磁储能电磁储能 电磁储能主要有超导储电磁储能主要有超导储能、电感储能、电容储能和能、电感储能、电容储能和超级电容储能。超级电容储能。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.2.1电感储能电感储能 电感储能，是用线圈将流过电感储能，是用线圈将流过线圈的电能通过磁能储存起来，线圈的电能通过磁能储存起来，能量传递不需要能量形态的转换，能量传递不需要能量形态的转换，具有响应速度极快，能量转换效具有响应速度极快，能量转换效率高、比容

14、量大的显著优点，在率高、比容量大的显著优点，在电力电子设备中有广泛应用电力电子设备中有广泛应用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.2.2 超导储能超导储能 超导储能（超导储能（SMES），是利用超导体制成的线），是利用超导体制成的线圈储能。圈储能。 其储能原理与电感储能完全相同，比电磁储能其储能原理与电感储能完全相同，比电磁储能损耗更小，效率更高，功率和能量密度更高。损耗更小，效率更高，功率和能量密度更高。 可以实现与电力系统大容量快速能量交换和功可以实现与电力系统大容量快速能量交换和功率补偿；率补偿； 可以很好满足输配电网的功率补偿、频率调整、可以很好满足

15、输配电网的功率补偿、频率调整、提高系统稳定性、电压支撑和提高功率输送能力的提高系统稳定性、电压支撑和提高功率输送能力的要求。要求。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 超导储能已经在美国、日本和欧超导储能已经在美国、日本和欧洲一些国家的电力部门得到初步应用，洲一些国家的电力部门得到初步应用，在维持电网稳定、提高输电能力和电在维持电网稳定、提高输电能力和电能质量方面的作用已经得到初步体现。能质量方面的作用已经得到初步体现。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.2.3 电容储能电容储能 电容器是根据电化学双电层理论制成的电容器是根据

16、电化学双电层理论制成的储能产品。储能产品。 充电时，处于理想极化状态的电极表面充电时，处于理想极化状态的电极表面电荷，将吸引周围电解质溶液中的异性离子，电荷，将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，构成双电层电容，利于使其附于电极表面，构成双电层电容，利于提供强大的脉冲功率。提供强大的脉冲功率。 储能电容器种类繁多，在电力电子设备储能电容器种类繁多，在电力电子设备中应用十分广泛。中应用十分广泛。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.2.4 超级电容储能超级电容储能 超级电容器是根据电化学双电层超级电容器是根据电化学双电层理论研制成的电容家族中一种新

17、型储理论研制成的电容家族中一种新型储能产品，仍遵循电化学双电层储能理能产品，仍遵循电化学双电层储能理论。论。 与电容器比，具有更大的功率密与电容器比，具有更大的功率密度和能量密度。度和能量密度。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 超级电容在微功率电子设备中已经超级电容在微功率电子设备中已经广泛采用替代蓄电池。广泛采用替代蓄电池。 在电力系统中，可用于提供短时大在电力系统中，可用于提供短时大功率的峰功率和短时大功率负载平滑，功率的峰功率和短时大功率负载平滑，抑制短时脉冲功率等，如大功率直流电抑制短时脉冲功率等，如大功率直流电机的启动功率补偿、瞬态电压恢复、抑机的启

18、动功率补偿、瞬态电压恢复、抑制瞬态电压跌落和瞬态骚扰等。制瞬态电压跌落和瞬态骚扰等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.3 电化学储能电化学储能工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 电化学储能具有悠久的历史，电化学储能具有悠久的历史，在能源、交通、通讯、国防等国民在能源、交通、通讯、国防等国民经济各领域都有广泛的应用。经济各领域都有广泛的应用。 目前已经发展出包括铅系蓄电目前已经发展出包括铅系蓄电池、镍系蓄电池、锂系蓄电池、液池、镍系蓄电池、锂系蓄电池、液流电池、钠硫电池、锌空气电池等流电池、钠硫电池、锌空气电池等众多产品。众多

19、产品。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.3.1 铅蓄电池铅蓄电池 铅蓄电池应用历史最悠久，早期铅蓄电池应用历史最悠久，早期应用最广泛。应用最广泛。 其缺点是功率密度和能量密度低，其缺点是功率密度和能量密度低，使用寿命短、存在严重的酸液污染和铅使用寿命短、存在严重的酸液污染和铅污染。污染。 储能效率一般只有储能效率一般只有60%80%。普通富液铅蓄电池，若采用两阶段恒流普通富液铅蓄电池，若采用两阶段恒流充电方法，后期充电效率不到充电方法，后期充电效率不到10%。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.3.2 阀控铅蓄电池阀控铅

20、蓄电池 阀控铅蓄电池虽然仍同属于铅阀控铅蓄电池虽然仍同属于铅酸体系蓄电池酸体系蓄电池,但已是一种结构和工但已是一种结构和工作原理与铅蓄电池有显著区别的新作原理与铅蓄电池有显著区别的新型铅酸体系蓄电池。型铅酸体系蓄电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心阀控铅蓄电池的特点是：阀控铅蓄电池的特点是： 采用氧循环技术；采用氧循环技术； 采用贫液技术；采用贫液技术； 实现了阀控密封结构。实现了阀控密封结构。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心阀控铅蓄电池与铅蓄电池比：阀控铅蓄电池与铅蓄电池比： 大幅度降低了酸污染；大幅度降低了酸污染； 提高

21、了储能效率；提高了储能效率； 实现了少维护；实现了少维护； 使用寿命大幅度延长。使用寿命大幅度延长。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅已被列入六种有害物质限制范围。铅已被列入六种有害物质限制范围。 从节能和减排的角度考虑，铅蓄电从节能和减排的角度考虑，铅蓄电池和阀控铅蓄电池将逐步被绿色高效池和阀控铅蓄电池将逐步被绿色高效新型蓄电池替代。新型蓄电池替代。 最终退出市场将是必然趋势。最终退出市场将是必然趋势。 但在较长时期内，仍将是常规储能但在较长时期内，仍将是常规储能应用蓄电池的主力产品。应用蓄电池的主力产品。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系

22、统工程师培训中心1.3.3 镉镍蓄电池镉镍蓄电池工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 镉镍蓄电池也是具有悠久发展史的镉镍蓄电池也是具有悠久发展史的蓄电池，曾经得到广泛应用。蓄电池，曾经得到广泛应用。 由于电压低、能量密度低、有记忆由于电压低、能量密度低、有记忆效应、有腐碱液污染和严重的重金属污效应、有腐碱液污染和严重的重金属污染，当前应用已经推出大多应用领域。染，当前应用已经推出大多应用领域。 随高性能绿色电池的发展，完全退随高性能绿色电池的发展，完全退出市场已是必然趋势。出市场已是必然趋势。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.

23、3.4 金属氢化物金属氢化物-镍蓄电池镍蓄电池 金属氢化物金属氢化物-镍蓄电池镍蓄电池 是镍系家族中一种高性能绿是镍系家族中一种高性能绿色新型蓄电池。色新型蓄电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心金属氢化物金属氢化物-镍蓄电池：镍蓄电池： 能量密度比铅蓄电池提高一倍左右；能量密度比铅蓄电池提高一倍左右； 重量只有铅蓄电池一半左右；重量只有铅蓄电池一半左右； 功率密度高；功率密度高； 使用寿命长；使用寿命长； 技术和产业得到快速发展，是镉镍蓄技术和产业得到快速发展，是镉镍蓄电池的替代产品。电池的替代产品。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师

24、培训中心 由于金属氢化物由于金属氢化物-镍蓄电池：镍蓄电池： 仍有电压低；仍有电压低； 能量密度只有锂离子蓄电池的能量密度只有锂离子蓄电池的一半左右；一半左右； 当放电电压高于当放电电压高于1.10V时，仍时，仍有明显的记忆效应；有明显的记忆效应；工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 原材料价格持续走高，使制造成原材料价格持续走高，使制造成本不断上升等原因，本不断上升等原因， 在锂离子蓄电池技术和产业快速在锂离子蓄电池技术和产业快速发展背景下，发展背景下， 大多应用被锂离子蓄电池替代，大多应用被锂离子蓄电池替代，其应用和产业发展已经表现出持续下其应用和产业发展已经

25、表现出持续下降的态势降的态势。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在高功率应用领域，与锂离子在高功率应用领域，与锂离子蓄电池比，当前仍具有明显优势。蓄电池比，当前仍具有明显优势。 随高功率锂离子蓄电池技术的随高功率锂离子蓄电池技术的成熟和产业快速发展，也将逐步被成熟和产业快速发展，也将逐步被替代替代。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.3.5 锂离子蓄电池锂离子蓄电池工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 锂离子蓄电池锂离子蓄电池 与其它电化学电池工作原理完全不与其它电化学电池工作原理完全不同上的新型

26、蓄电池，其显著优势是：同上的新型蓄电池，其显著优势是： 绿色无污染；绿色无污染； 高性能；高性能； 长寿命；长寿命； 高效率；高效率； 已成为新型蓄电池发展的趋势。已成为新型蓄电池发展的趋势。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 依据正极材料不同，锂离子蓄电依据正极材料不同，锂离子蓄电池可分为多种体系。池可分为多种体系。 当前技术比较成熟的是：当前技术比较成熟的是： 锰酸锂蓄电池；锰酸锂蓄电池； 磷酸亚铁锂蓄电池；磷酸亚铁锂蓄电池； 钴酸锂蓄电池等。钴酸锂蓄电池等。 钛酸锂蓄电池由于具有钛酸锂蓄电池由于具有“零应变零应变”特性，当前受到广泛关注。特性，当前受到广泛

27、关注。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，锂离子蓄电池的能量密当前，锂离子蓄电池的能量密度是阀控铅蓄电池的度是阀控铅蓄电池的34倍倍; 比金属氢化物比金属氢化物-镍蓄电池高一镍蓄电池高一倍以上倍以上; 使用寿命是铅蓄电池的使用寿命是铅蓄电池的46倍。倍。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 虽然当前的制造成本仍高于阀虽然当前的制造成本仍高于阀控铅蓄电池；控铅蓄电池； 但从全生生命周期内经济性考但从全生生命周期内经济性考虑，虑， 锂离子蓄电池已经显著优于阀锂离子蓄电池已经显著优于阀控铅蓄电池和金属氢化物控铅蓄电池和金属氢化物-镍

28、蓄电池。镍蓄电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 锂离子蓄电池可分为：锂离子蓄电池可分为： 能量型、能量型、 功率型、功率型、 高动率型高动率型。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 能量型锂离子蓄电池，对功能量型锂离子蓄电池，对功率要求相对比较低，率要求相对比较低， 一般最大放电电流等于或小一般最大放电电流等于或小于于1212I I3 3 。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心高功率型高功率型锂离子锂离子蓄电池，蓄电池， 一般最大放电电流应超一般最大放电电流应超过过6060I I3 39090I

29、I3 3， 主要用于对比功率要求主要用于对比功率要求高的，如混合动力汽车等。高的，如混合动力汽车等。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心功率型功率型锂离子锂离子蓄电池：蓄电池： 放电电流比能量型蓄电放电电流比能量型蓄电池大，但小于高功率型电池。池大，但小于高功率型电池。主要用于如主要用于如Plug-IN HEVPlug-IN HEV等。等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 我国大容量锰酸锂和磷酸亚铁我国大容量锰酸锂和磷酸亚铁锂蓄电池产业发展已经处于国际领锂蓄电池产业发展已经处于国际领先地位。先地位。 从技术性能和经济性方面考虑，

30、从技术性能和经济性方面考虑，大容量能量型单体蓄电池已经基本大容量能量型单体蓄电池已经基本具备了规模化推广应用和产业化的具备了规模化推广应用和产业化的条件。条件。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 由于锂离子蓄电池成组应用技术、系由于锂离子蓄电池成组应用技术、系统集成技术和产品研究仍不能满足使用要统集成技术和产品研究仍不能满足使用要求；求； 锂离子蓄电池成组后，安全性大幅下锂离子蓄电池成组后，安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚至存在发生蓄降，使用寿命大幅缩短，甚至存在发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故的危险。电池燃烧、爆炸等恶性事故的危险。工信部工信部 储能电源系

31、统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 成组应用技术已经成为制约成组应用技术已经成为制约锂离子蓄电池及相关产业发展的锂离子蓄电池及相关产业发展的技术瓶颈。技术瓶颈。 之后章节将重点讨论锂离子之后章节将重点讨论锂离子蓄电池成组技术和成组应用技术。蓄电池成组技术和成组应用技术。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1.3.6 钠硫电池钠硫电池工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 钠硫电池第一个发明专利是钠硫电池第一个发明专利是美国福特公司于美国福特公司于19671967年公布的。年公布的。 钠硫电池是以钠作为阳极，钠硫电池是以钠作为阳

32、极，硫作为阴极硫作为阴极,Beta,Beta氧化钼陶瓷氧化钼陶瓷为隔膜和电解质双重作用制成的为隔膜和电解质双重作用制成的电池。电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心其特点是：其特点是： 比能量高，重量轻；比能量高，重量轻； 功率密度高，可大电流放电；功率密度高，可大电流放电； 使用寿命可达到使用寿命可达到10101515年；年； 理论比能量高达理论比能量高达760Wh/kg760Wh/kg； 没有自放电现象；没有自放电现象； 可以完全放电可以完全放电。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 日本在日本在20022002年已经形年已经

33、形成商品化，成商品化，20072007年产量已年产量已经超过经超过100MW100MW，技术已经基，技术已经基本成熟。本成熟。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 我国在钠硫电池研究方面也取得我国在钠硫电池研究方面也取得了初步进展；了初步进展； 国家电网公司从国家电网公司从2008年开始与年开始与中科院上海硅酸盐研究所合作，中科院上海硅酸盐研究所合作， 到到2009年底，在百千瓦级储能年底，在百千瓦级储能设备研究方面取得了初步进展设备研究方面取得了初步进展。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 我国在钠硫电池研究方面也我国在钠硫电池研

34、究方面也取得初步进展，有望取得初步进展，有望未来在大功未来在大功率电力储能设备领域得到应用。率电力储能设备领域得到应用。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在我国，当前仍处于发展初期，在我国，当前仍处于发展初期， 一些重大技术问题还需要研究一些重大技术问题还需要研究和试验，和试验， 规模化推广应用和产业化的条规模化推广应用和产业化的条件仍不成熟。件仍不成熟。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.3.7 液流电池液流电池工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 液流电池（液流电池（electrochemi

35、cal flow cell）：）： 是一种结构与传统蓄电池完全是一种结构与传统蓄电池完全不同的电化学储能装置。不同的电化学储能装置。 其特点是以各自单独循环的电其特点是以各自单独循环的电解液为正极和负极。解液为正极和负极。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 按正极和负极使用的电按正极和负极使用的电解液不同，分为全钒液流电解液不同，分为全钒液流电池、钒溴液流电池、多硫化池、钒溴液流电池、多硫化钠钠/溴液流电池等多个体系。溴液流电池等多个体系。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 液流电池的特点是液流电池的特点是: : 额定功率与容量

36、没有关系，容量大小额定功率与容量没有关系，容量大小仅与作为正极和负极的电解液储存量的多仅与作为正极和负极的电解液储存量的多少及电解液的浓度有关。少及电解液的浓度有关。 可以通过增加电解液的储存量和提高可以通过增加电解液的储存量和提高电解液的浓度，增加电池的容量，为制造电解液的浓度，增加电池的容量，为制造超大容量电池提供了条件。超大容量电池提供了条件。 液流电池具有电化学极化小，可液流电池具有电化学极化小，可100%100%深度放电、储存寿命长的特点深度放电、储存寿命长的特点。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 液流电池研究在国内外已有液流电池研究在国内外已有二

37、十几年的研究历史。我国早在八二十几年的研究历史。我国早在八五期间，北京大学在地矿部门的支五期间，北京大学在地矿部门的支持下，开始了全钒电池的研究，并持下，开始了全钒电池的研究，并取得了重要进展取得了重要进展。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 上世纪上世纪90年代，英国年代，英国Innogy即研即研制成功多硫化钠制成功多硫化钠/溴液流储能装置，并在溴液流储能装置，并在UPS和电站调峰方面进行了试验；和电站调峰方面进行了试验； 日本也进行了日本也进行了250kW和和520kW全钒全钒液流电池储能装置的试验运行液流电池储能装置的试验运行。工信部工信部 储能电源系统工

38、程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随风能发电和光伏发电产随风能发电和光伏发电产业的快速发展，液流电池也重业的快速发展，液流电池也重新被重视，欧、美、日都开展新被重视，欧、美、日都开展了与之配套的全钒电池储能装了与之配套的全钒电池储能装置的研究。置的研究。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 中科院大化所在中科院大化所在100kW级全钒级全钒电池储能装置研究方面，已经取得电池储能装置研究方面，已经取得实质进展。实质进展。 北京普能通过购买加拿大北京普能通过购买加拿大VRB Power的技术专利，也参与到全钒的技术专利，也参与到全钒液流电池研发队伍。液流电池研发

39、队伍。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从从总体上看，液流电池仍处于总体上看，液流电池仍处于研究阶段；研究阶段； 诸多重大技术问题还有待研究；诸多重大技术问题还有待研究； 规模化推广应用和产业化的条规模化推广应用和产业化的条件仍不成熟。件仍不成熟。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池技术和产业发展的基本现状蓄电池技术和产业发展的基本现状工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心1.3.8 1.3.8 电化学储能技术的电化学储能技术的发展趋势发展趋势工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工

40、程师培训中心 铅系蓄电池在一定时铅系蓄电池在一定时期内仍将是非新能源领域期内仍将是非新能源领域储能蓄电池的主流产品。储能蓄电池的主流产品。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 钠硫电池、液流电池和钠硫电池、液流电池和锂离子蓄电池，是当前新型锂离子蓄电池，是当前新型储能蓄电池技术和产业发展储能蓄电池技术和产业发展的热点。的热点。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从性能、技术成熟度和适用范从性能、技术成熟度和适用范围考虑，锂离子蓄电池在当前产业围考虑，锂离子蓄电池在当前产业方面明显处于优势地位。方面明显处于优势地位。 锂离子蓄电池是

41、当前最距商业锂离子蓄电池是当前最距商业化推广应用和产业化条件的新型蓄化推广应用和产业化条件的新型蓄电池。电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 虽然锂离子等新型蓄电池关键技术和产业化已虽然锂离子等新型蓄电池关键技术和产业化已经取得重大进展。经取得重大进展。 但成组应用技术和系统集成技术仍不能满足使但成组应用技术和系统集成技术仍不能满足使用要求。成组后，安全性大幅下降，使用寿命大幅用要求。成组后，安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚致发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。缩短，甚致发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。 严重制约了锂离子蓄电池产业发展。严重制约了锂离子蓄电池

42、产业发展。 也是节能与新能源汽车等低碳产业发展的技术也是节能与新能源汽车等低碳产业发展的技术瓶颈。瓶颈。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 加快锂离子等新型加快锂离子等新型蓄电池蓄电池成组应用技术成组应用技术和和系统集成关键系统集成关键技术研究技术研究，是当前迫切需要解，是当前迫切需要解决的重大课题。决的重大课题。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 下面讨论的重点是：下面讨论的重点是： 根据能源、交通、通讯、风能和光伏发电、根据能源、交通、通讯、风能和光伏发电、智能电网、节能与新能源汽车等具体要求，智能电网、节能与新能源汽车等具体

43、要求， 依据依据锂离子蓄电池总成通用要求锂离子蓄电池总成通用要求等等7项项行业基础标准，行业基础标准， 以阀控铅蓄电池、锂离子蓄电池成组应用技以阀控铅蓄电池、锂离子蓄电池成组应用技术、系统集成技术和产品研究为重点，术、系统集成技术和产品研究为重点， 系统介绍蓄电池储能电源系统的组成、接口系统介绍蓄电池储能电源系统的组成、接口和通讯协议。和通讯协议。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2 2 蓄电池成组应用技术研究的蓄电池成组应用技术研究的 目的、内容和目标目的、内容和目标工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池与其它产品一样，只蓄

44、电池与其它产品一样，只有在符合要求的环境和条件下运有在符合要求的环境和条件下运行，才能展现其应有的性能。行，才能展现其应有的性能。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 包括阀控铅蓄电池和锂离子蓄包括阀控铅蓄电池和锂离子蓄电池等新型蓄电池发展历程都还较电池等新型蓄电池发展历程都还较短。短。 对锂离子等新型蓄电池一些关对锂离子等新型蓄电池一些关键技术和认识，还需要一个过程。键技术和认识，还需要一个过程。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1970年研制成功阀控铅蓄电池年研制成功阀控铅蓄电池以来，有力促进了充电设备和放电以来，有力促进了充

45、电设备和放电设备的技术发展；设备的技术发展； 充电技术、放电技术研究也取充电技术、放电技术研究也取得了一些进展；得了一些进展；工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 由于缺乏对阀控铅蓄电池成组技由于缺乏对阀控铅蓄电池成组技术和成组应用技术研究，适应阀控铅术和成组应用技术研究，适应阀控铅蓄电池特点的充电技术和放电技术研蓄电池特点的充电技术和放电技术研究，一直没有突破究，一直没有突破“基于端电压基于端电压”的的控制方法。控制方法。 现有现有“基于端电压基于端电压”的成组应的成组应用技术，仍不能满足阀控铅蓄电池用技术，仍不能满足阀控铅蓄电池要求的。要求的。工信部工信部 储

46、能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心新型蓄电池包括；新型蓄电池包括； 锰酸锂蓄电池；锰酸锂蓄电池； 磷酸亚铁锂蓄电池；磷酸亚铁锂蓄电池； 金属氢化物金属氢化物-镍蓄电池；镍蓄电池； 阀控铅蓄电池；阀控铅蓄电池； 钠硫电池；钠硫电池； 液流电池液流电池等。等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，以下问题是可以基本达当前，以下问题是可以基本达成共识的：成共识的： (1)(1)适用于现有铅蓄电池的充适用于现有铅蓄电池的充放电方法、维护管理技术和设备，放电方法、维护管理技术和设备，是不适应锂离子等新型蓄电池的。是不适应锂离子等新型蓄电池的。工信部工信

47、部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 (2)(2)单体锂离子蓄电池的性单体锂离子蓄电池的性能已经基本能够满足设计要求。能已经基本能够满足设计要求。 即是安全性相对最差的钴即是安全性相对最差的钴酸锂电池，也成功应用于手机酸锂电池，也成功应用于手机等电子设备，就是有力证据。等电子设备，就是有力证据。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 ( (3) 3) 锂离子蓄电池成组后，安锂离子蓄电池成组后，安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚至发生电池燃烧、爆炸等严重事甚至发生电池燃烧、爆炸等严重事故。故。 成组应用技术仍是制

48、约其产成组应用技术仍是制约其产业发展的技术瓶颈业发展的技术瓶颈工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 下面将重点讨论：下面将重点讨论： 蓄电池应用技术；蓄电池应用技术； 蓄电池蓄电池成组应用技术、成组应用技术、 系统集成技术系统集成技术 蓄电池储能电源系统。蓄电池储能电源系统。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池使用寿命缩短的蓄电池使用寿命缩短的主要原因主要原因工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池使用寿命缩短的蓄电池使用寿命缩短的原因十分复杂，原因十分复杂， 主要的有以下两个方面主要的有以下

49、两个方面的原因：的原因： 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 第一是，蓄电池容量提第一是，蓄电池容量提前下降到最低允许值后，蓄前下降到最低允许值后，蓄电池寿命即终止。电池寿命即终止。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 引起蓄电池容量衰退的因素主要有：引起蓄电池容量衰退的因素主要有： （1）活性物质晶型改变；）活性物质晶型改变； （2）表面积收缩；）表面积收缩； （3）活性物质膨胀、脱落；）活性物质膨胀、脱落； （4）骨架或基板腐蚀等；）骨架或基板腐蚀等； （5）有记忆效应的蓄电池，没有）有记忆效应的蓄电池，没有实现完全充放电循环；

50、实现完全充放电循环；工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 （6）工作于氧循环状态的阀控）工作于氧循环状态的阀控蓄电池，蓄电池， 当过充电时不能实现完全氧循环当过充电时不能实现完全氧循环时，时， 内部压力将可能超过开阀压力，内部压力将可能超过开阀压力， 导致密封阀频繁开启而加速失水，导致密封阀频繁开启而加速失水，造成电解质减少，容量下降。造成电解质减少，容量下降。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 (7) (7) 过充电、过放电和过大过充电、过放电和过大的充放电电流，造成嵌锂离子的空的充放电电流，造成嵌锂离子的空隙坍塌，导致不可逆容

51、量丧失。隙坍塌，导致不可逆容量丧失。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 第二是，由于内部短路使寿命终止，第二是，由于内部短路使寿命终止，主要原因有：主要原因有： （1 1）由于隔膜物质降解老化而穿孔）由于隔膜物质降解老化而穿孔造成内部短路；造成内部短路； （2 2）因活性物质脱落沉淀聚集，造）因活性物质脱落沉淀聚集，造成正负极板通过活性物质沉淀物短路；成正负极板通过活性物质沉淀物短路；工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 （3）正负极板变形，使正负）正负极板变形，使正负极板连接造成短路；极板连接造成短路； （4）不正常充电和放电导致

52、）不正常充电和放电导致产生枝晶刺穿隔膜引起短路。产生枝晶刺穿隔膜引起短路。 （5）制造工艺不正常或安装）制造工艺不正常或安装不正常，电池受过度不正常，电池受过度工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池的技术性能和技术指标，蓄电池的技术性能和技术指标，必须在最佳环境和技术条件下才能必须在最佳环境和技术条件下才能实现。实现。 若不能满足其需求的环境和技若不能满足其需求的环境和技术条件，蓄电池性能即会发生很大术条件，蓄电池性能即会发生很大改变，甚至造成蓄电池加速衰变。改变，甚至造成蓄电池加速衰变。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 造

53、成蓄电池寿命提前终结造成蓄电池寿命提前终结问题的主要原因，主要是使用问题的主要原因，主要是使用环境和技术条件没有满足蓄电环境和技术条件没有满足蓄电池的基本要求所致池的基本要求所致工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 不同的蓄电池，应用环境和技不同的蓄电池，应用环境和技术要求也不同。术要求也不同。 对铅系蓄电池性能影响最大的对铅系蓄电池性能影响最大的是环境温度和电池温度。是环境温度和电池温度。 温度过高或过低，使用寿命都温度过高或过低，使用寿命都将大幅减小。将大幅减小。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心环境温度环境温度()()酸的温

54、度酸的温度()()达到的循环数达到的循环数 0 011112.S2.S124124室温室温37372.52.5266266室温室温40405 535235237.737.743 43 3 3418418494947.3 47.3 3 3516516606058.358.33 3336336表表2-2 温度对铅蓄电池寿命的影响温度对铅蓄电池寿命的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 导致蓄电池寿命提前终结导致蓄电池寿命提前终结的另一个主要原因是：的另一个主要原因是： 蓄电池过充、过放和过流。蓄电池过充、过放和过流。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电

55、源系统工程师培训中心 蓄电池应用时，一般需要采用多只蓄电池应用时，一般需要采用多只单体蓄电池串联和并联组成电压更高，单体蓄电池串联和并联组成电压更高，功率更大，能量更大的蓄电池组功率更大，能量更大的蓄电池组。 串联和并联组成的蓄电池组运串联和并联组成的蓄电池组运行环境与单体蓄电池有很大不同。行环境与单体蓄电池有很大不同。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心由由108只锰酸锂蓄电池串联组成的蓄电池组电压状态只锰酸锂蓄电池串联组成的蓄电池组电压状态工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 由于蓄电池性能的差异（即由于蓄电池性能的差异（即不均

56、衡），对于蓄电池组，难以不均衡），对于蓄电池组，难以实现所有蓄电池在充电过程中电实现所有蓄电池在充电过程中电压不会超过最高允许值、放电过压不会超过最高允许值、放电过程中电压不会低于最低允许值、程中电压不会低于最低允许值、电流不会超过最大允许值，温度电流不会超过最大允许值，温度不会超过最高允许值不会超过最高允许值。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 为蓄电池组所有单体蓄电为蓄电池组所有单体蓄电池提供最优工作环境条件和技池提供最优工作环境条件和技术条件，是维护蓄电池正常性术条件，是维护蓄电池正常性能和使用寿命不缩短必要条件。能和使用寿命不缩短必要条件。工信部工信部

57、储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 因为锂离子蓄电池成组和成组因为锂离子蓄电池成组和成组应用技术仍不能满足需求，成组锂离应用技术仍不能满足需求，成组锂离子蓄电池不仅安全性下降和使用寿命子蓄电池不仅安全性下降和使用寿命缩短，而且频繁发生电池燃烧或爆炸缩短，而且频繁发生电池燃烧或爆炸等恶性事故，引起了业界对其成组技等恶性事故，引起了业界对其成组技术和成组应用技术深切关注。术和成组应用技术深切关注。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 对同样会造成性能衰变，使对同样会造成性能衰变，使用寿命缩短，但发生电池燃烧或用寿命缩短，但发生电池燃烧或爆炸可能性相对

58、较小的爆炸可能性相对较小的阀控铅蓄阀控铅蓄电池的成组技术和成组应用技术电池的成组技术和成组应用技术则重视不够，甚至完全忽视。则重视不够，甚至完全忽视。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 基于端电压的充电控制基于端电压的充电控制方法的充电方法（恒压充电、方法的充电方法（恒压充电、恒压限流、自动、智能充电恒压限流、自动、智能充电方法）和充电设备，不能适方法）和充电设备，不能适应阀控铅蓄电池的要求。应阀控铅蓄电池的要求。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 本来使用寿命应更长本来使用寿命应更长的新型蓄电池，使用寿命的新型蓄电池，使用寿命

59、大幅度缩短，已经被认为大幅度缩短，已经被认为是正常的了。是正常的了。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图2-1 2-1 不同体系蓄电池的充电特性曲线不同体系蓄电池的充电特性曲线（a a）铅蓄电池；（）铅蓄电池；（b b）碱性蓄电池；（）碱性蓄电池；（c c）锂离子蓄电池）锂离子蓄电池工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池的充电特性如图铅蓄电池的充电特性如图2-1（a）。）。 充电开始阶段，由于极化的原因（建立充电开始阶段，由于极化的原因（建立充电必须的超电势），蓄电池电压快速上升；充电必须的超电势），蓄电池电压快速上升；之

60、后，电压的上升主要是电极反应会使电压之后，电压的上升主要是电极反应会使电压继续缓慢上升。继续缓慢上升。 当充电电量超过当充电电量超过70%以后，由于极化加以后，由于极化加剧，电压开始快速上升。剧，电压开始快速上升。 随后将基本进入一个稳定值，电压基本随后将基本进入一个稳定值，电压基本不再上升。不再上升。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心R1R2+-图图2-6 铅蓄电池等效电路铅蓄电池等效电路CRD VD工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 碱性蓄电池的充电特性蓄电池如图碱性蓄电池的充电特性蓄电池如图2-1（b），与铅蓄电池充电特性曲