各种储能系统优缺点对比学习资料

1、精品文档史上最全储能系统优缺点梳理谈到储能，人们很容易想到电池，但现 有的电池技术很难满足电网 级储能的要求。实际上，储能 的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司 Pike Research的预测，从2011 年到2021 年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应 用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和 创新。今天，无所不能(caixinenergy) 为大家推荐一篇文章,该文章分 析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、 热储能和化学储能。目前 世界占比最高

2、的是抽水蓄能，具总装机容量规 模达到了 127GW ,占总 储能容量的99% ,其次 是压缩空气储能，总装 机容量为440MW ,排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。全球现有的储能系统1、机械储能机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。(1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从 地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到 下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3 , 具有日调节能力，用于调峰和备用。精品文档精品文档不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗 较高，包 括抽蓄损耗+线路损耗；现阶段也受中

3、国电价政策的制约，去年中国80% 以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以 后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。(2)压缩空气储能(CAES):压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时 的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空 气压入作为储气室的密闭 大容量地下洞穴，当系统发电量不足时，将压 缩空气经换热器与油或天 然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电。国外研究较多，技术成熟，我 国开始稍晚，好像卢强院士对这方面研究比较多，什么冷电联产之类的。压缩空气储也有调峰功能，适合用于大规模风场，因为 风能产生的 机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提 高效率

4、。不足之处：一大缺陷在于效率较低。原因在于空气受到压缩时温度 会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分 能量以热能的形式散失，在膨胀之前就必须要重新加热。通常 以天然气 作为加热空气的热源，这就导致蓄能效率降低。还有 可以想到的不足就 是需要大型储气装置、一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料。精品文档精品文档(3)飞轮储能：是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时，飞轮 减速运行，将存 储的能量释放出来。飞轮 储能其中的 单项技术国内基本都有了(但和国外差距在10年以上)，难点在于根据 不同的用途开发不同功能的新产品，因此飞轮储能电源是一种高技术产 品但原始

5、创新性并不足，这使得它较难获得国家的科研经费支持。不足之处：能量密度不够高、自 放电率高，如停 止充电，能量在几 到几十个小时内就会自行耗尽。只适 合于一些细分市场，比如 高品质不 间断电源等。精品文档精品文档图I飞轮捕能系统原理图Fig. I Sdbe 的atkof ywLh*tl 曳心由ge 出与？非em*12、电气储能(1)超级电容器储能：用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构 获得超大的电容量。与利 用化学反应的蓄电池不同，超级 电容器的充放 电过程始终是物理过程。充电 时间短、使用寿命长、温度特性好、节约 能源和绿色环保。超级电容没有太复杂的东西，就是电容充电，其余就 是材料的问题

6、，目前研究的方向是能否做到面积很小，电容更大。超级 电容器的发展还是很快的，目前石墨烯材料为基础的新型超级电容器， 非常火。Tesla首席执行官 曰on Musk 早在2011年就表示，传统电动汽车 的电池已经过 时，未来以超级电容器为动力系统的新型汽车 将取而 代之。不足之处：和电池相比，其能 量密度导致同等重量下储能量相对较 低，直接导致的就是续航能力差，依赖于新材料的诞生，比如石墨烯。精品文档精品文档TOOCrnluciMnUtikmQindAu 雪p ”f1#nnq石盘饰是副蛰超凝电容器的 1制备于意图(2)超导储能(SMES):利用超导体的电阻为零特性制成的储 存电能的装置。超导 储

7、能系统大 致包括超导线圈、低温系统、功率 调节系统和 监控系统4大部分。超导材料技术开发是超导储能技术的重中之重。超 导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。不足之处：超导储能的成本很高(材料和低温制冷系统)，使得它的应用受到很大限制。可靠性和经济性的制约，商业化应用还比较远。3、电化学储能精品文档精品文档(1)铅酸电池：是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解 液是硫酸溶液的蓄电池。目前在世 界上应用广泛，循环寿命 可达1000 次左右，效率能达至I 80%-90% ，性价比高，常用于电力系统的事故电源或备用 电源。不足之处：如果深度、快速大功率放电时，可用容量会下降。其特

8、点是能量密度低，寿命短。铅酸 电池今年通过将具有超级活性的炭材料 添加到铅酸电池的负极板上，将其循环寿命提高很多。(2)锂离子电池：是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电 解质溶液的电池。主要应用于便携式的移动设备中，其效率可达95% 以上，放电时间可达数小时，循环次数可达 5000 次或更多，响应快 速，是电 池中能量最高的实用性电池，目前来说用的最多。近 年来技术 也在不断进行升级，正负极材料也有多种应用。市场上主流的动力锂电池分为三大类：钻 酸锂电池、钮酸锂电池和磷酸铁锂电池。前者能量密度高，但是 安全性稍差，后者相反，国内电精品文档精品文档动汽车比如比亚迪，目前 大多采用 磷酸铁

9、锂电池。但 是好 像老外都 在玩三元锂电池和磷酸铁锂电池？钻酸锂电池锚酸锂电池磷酸铁锂电池1即9阴1并狎8分懈am于线蝇琢&H能密度；1150-160瓦时，千克100-110HW/TS越噜记相脑汽车（如日累）腔（如皿化学婕及使 用寿命50度环蟾F,正雌毓解化，毒畲K锂硫电池也很 火，是 以硫元素作为正极、金属 锂作为负极的一种电池，其理论比能量密度可达2600wh/kg,实际能量密度可达450wh/kg ,但如何大幅提高该电池的充放电循环寿命、使用安全性也是很大的问题不足之处：存在价格高（4元/wh）、过充导致发热、燃烧等安全性问题，需要进行充电保护。精品文档精品文档(3)钠硫电池：是一种以金

10、属钠为负极、硫为 正极、陶瓷 管为电解 质 隔膜的二 次电池。循环周期 可达到4500 次，放电 时间6-7 小时， 周期往返效率75% ,能量密度高，响应时间快。目前在日本、德国、 法国、美国等地已建有200多处此类储能电站，主要用于负荷调平， 移峰和改善电能质量。不足之处：因为使用液态钠，运行于高温下，容易燃烧。而且万一 电网没电了，还需要柴油发电机帮助维持高温，或者 帮助满足电池降温 的条件。精品文档精品文档O忖aO NaO SElectrode Solid Eleclr-Dlyte Fcsl five El ec trade（4）液流电池：利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电

11、 池。电池的功率和能量是不相关的，储存的能量取决于储存罐的大小， 因而可以储存 长达数小时至数 天的能量，容量 可达 MW 级。这个 电池 有多个体系，如铁铭体系，锌澳体系、多硫化钠澳体系以及全锐体系， 其中铀电池最火吧。不足之处：电池体积太大；电池对环境温度要求太高;价格贵（这个可 能是短期现象 吧）;系统复杂（又是泵又 是管路 什么的，这不 像锂电等非液 流电池那么简单）。精品文档精品文档灌流电池原理图丫附副口所 RedoxVRBjPower source/Load电池储能都存在或多或少的环保问题。4、热储能热储能：热储 能系统中，热能 被储存在隔热容器的媒介中，需要的 时候转化回电能，也

12、可直接 利用而不再转化回电能。热储能又分为显 热储能和潜热储能。热储 能储存的热量可以很大，所以可利用在可再生 能源发电上。不足之处：热储能要各种高温化学热工质，用用场合比较受限。5、化学类储能化学类储能：利用 氢或合成天然气作为二次能源的载体，利用多余 的电制氢，可以 直接用氢作为能量的载体，也可以将其与二氧化碳反应精品文档精品文档成为合成天然气（甲烷），氢或者 合成天然气除了可用于发电外，还有其他利用方式如交通等。德国热衷于推动此技术，并有示范项目投入运行。不足之处：全周期效率较低，制氢效率仅40% ,合 成天然气的效率不到35% 。引用前人的总结：Technical niauirityP

13、HS- 抽水畜能；CAES- 压缩空气；Lead-Acid : 铅酸电池;NiCd : 锲镉 电池;NaS : 钠硫电 池;ZEBRA : 锲氯电 池;Li-ion : 锂电池;Fuel cell : 燃料电池；Metal-air : 金属空气电池；VRB : 液流电池;ZnbBr : 液流电池;PSB : 液流电池;Solar Fuel : 太阳能燃料电池；SMES : 超 导储能;Flywheel : 飞轮；Capacitor/Supercapcitor : 电容/超级电 容;AL-TES : 水/冰储热/冷系统;CES:低温储能系统;HT-TES :储热系 统。精品文档精品文档黄鼻硒誉也

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