储能技术-储能材料-新能源材料-锂电池储能

储能技术与应用一、能源概况一.能源概况1.1化石能源现状1.2新能源1.3

储能的基本概念1.1化石能源现状1.可再生清洁能源如风能、太阳能等所占比例不到3%2.石油、煤和天然气占初级能源消耗的85%左右3.其余主要是火电和水电据可靠资料报道，到2020年，我国能源的消费比例除了利用石油、煤和天然气以及水电外，风能的消费比例要占到10%，核能的消费要占到3%。050100150200250300太阳能石油天然气煤铀世界中国我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较摘自“光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑战”论文集

2004年4月8日，北京P8——能源及环境的可持续发展面临挑战石油如何满足？石油如何满足？我国石油储量不足世界的2%。2007年我国原油对外依存度达到46.05%。每年新增1000万辆汽车，石油需求新增2000万吨左右。如何保证？？？CO2大量排放带来的最直接危害——温室效应！从左图大气CO2浓度随年代的变化及其在全球的分布图可以看出：很明显，近20年来，CO2的浓度上升迅速非常迅速，2010年将接近550ppm。而且，主要分布在美国和中国所在的北半球高纬度60-80度处。表3全球各国CO2排放量比较排行在北京、上海等大城市，空气污染的60%来自汽车排放二氧化碳的全球排放量中，中国居第二

1.2新能源新能源广义上来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源。

太阳能风能生物质能核能地热、潮汐能……资源丰富、利用方便、洁净无污染WaveTide（1）太阳能太阳能的转换和利用方式：光——热转换

接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。光——电转换利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。光——化学转换光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容（2）风能风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力致热以及风帆助航等。风能的缺点：在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间；必须等待储能技术发展。（3）生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿宏将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物等。（4）地热地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。按赋存形式可分：

水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型)、地压型、干热岩型和岩浆型四大类；按温度高低可分为：

高温型(>150℃)中温型(90—149℃)低温型(<89℃)。地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类。1.3能的定义能是度量物质运动的一种物理量；能量是物质运动的量化转换，简称“能”。能量的存在形式：机械能（风能、潮汐能）内能（地热等）电能化学能原子能电磁能宏观物咳体的机版械运动——机械能（动能、乓位能和迎压力能）；分子运数动——热能；原子运动——化学能；带电粒授子的定卫向运动——电能；光子运芒动——光能电磁能Ele洪ctr蔽o-m墓agn牙eti燥ce察ner液gy库：彼此相互欲联系的交慎变电场和殃磁场所具沃有的能量陪，是电场能撞和磁场允能的总安和。由于电磁泽场对电荷喊有洛伦兹力作用，所摊以电磁能师可以通过贵场对运动摩电荷作功购而与其他抖形式能量貌（如热能秒、机械能祥等）相互世转化，电性磁能也能冬从空间一盟处传播到麻另一处能量的单春位能量的单呈位：焦J、羽尔格、柄千瓦时狼kWh趴、卡c靠al、博电子伏楼（特）布eV等国际单位钓是焦耳J1J=0悄.238暖8cal原子物理务和粒子物卖理中还常霞使用电子伏：1eV杠=1师.602邪×10-19J二、储能技术与应用供电稳定电源管理电站调峰清洁能源存储2.1厚储能飘技术的死用途二、储能纹技术储能技术筹的功率等裁级及技术怀成熟度2.2储能方补式2.2财.1督机械储败能飞轮储能飞轮储能——是指驱尖动电机视带动飞猴轮旋转将电能以乱机械能的晃形式储存版起来，在整故个电能津的存储颜和释放侦过程中推都利用仆了电力某电子转细换技术朗。飞轮储能拾密度的大开小是由飞右轮转子转悼速大小决双定的。199艰9年欧洲Uren欣cP叫ower公司利用浇高强度般碳纤维和矿玻璃纤维蓝复合材料碑制作飞轮宅，转速为42膊000咽r般ad/却min，2001年1月系统锻投入运境行，充洲当UPS，储能量芬达到18翠MJ飞轮储能翁的主要优查点有：1)储能密龙度高：比超导磁晒储能、超旺级电容器骡储能和一析般的蓄电辜池都要高探。以目前补的最好的坟碳素纤维蹄复合材料觉来说，这欲种材料的烈飞轮转子仁可以承受绕的最大线雹速度达到1000卡m/s以上，舟储能密萄度可达签到230W鹊h/kg。2)充放电所时间短紧，且无刊过充放度电问题：飞轮目储能充议电只需访要几分民钟，而疏不像化另学电池葛需要几孝个小时裁的充电要时间。3）寿命长：飞轮添储能系雁统的寿爸命主要晃取决于昆其电力盘电子的肯寿命，虹一般可写达到20年左右绢。飞轮储能幸技术广泛劣应用的主蔽要瓶颈：a)技术成墨本相对废于蓄电戒池来说骆比较高各；b)轴承材料对还有待进物一步的突管破；c)自放电杜现象很愈严重。抽水储把能抽水蓄奶能电站历必须配疏备上、午下两个谦水库，傅对建站饱地点要屯求苛刻蛋，但是兼运行简旦单，可尿靠且使俘用期较勺长目前为钢止，美声国和西问欧经济逮发达国染家抽水炮储能机也组容量视占世界来抽水蓄喷能电站酬总装机春容量55%以上世界上赏第一个视商业化CAES电站为1978年在德由国建造鸣，装机昼容量为290亏MW，换能效剩率77%。2009年被美零国列入丛未来十喊大技术压缩空气侦储能弹性储能液压储萄能2.2.素2化学储愈能化学储能阁的原理所谓化反学储能腹就是利用化学什反应储存桐电能，或者说麻将电能与签化学能相情互转化以马实现存储骑电能的目亏的。化学储能最的装置就是可充扩放电电池核，或二次津电池。电池的发劝展历史一次电发池1、179炊9年，（意尘大利）伏影打电堆问俱世；2、183镇6年，（英晓国）丹尼挑尔电池，伙硫酸电解博质，无极哨化，放电竹平稳。3、186要5年，（版法国）赚勒克朗好锌锰电层池，188扰7年，英宗国人赫克勒森采克用糊状撑电解液趁，得到戏干电池军。二次电池1、185衔9年，法欢国人普眯朗泰发健明铅酸泥电池；2、1899年，镍镉济电池3、1976年，菲勒力普研绩究院发锯明镍氢春电池4、197狐0年代，M.S趣.Wh哑itt侄ing众ham采用金物属锂作竹为负极目材料，认制成首题个锂电牢池。5、1982年，R.R.可Agar欣wal和J.R.啄Selm宪an锂离子患电池。6、1991年，日本篮索尼公司抄将锂离子委电池商业夕化。化学储凭能——铅酸电饥池襄樊驼峰趟电池生产士设备铅酸电溪池特点优点：1寿命长2价格低3可以大电不流放电缺点：1铅的污唤染2能量密倚度低，疾也就是垄说过于订笨重化学储能——镍系电哪池镍镉电池（Ni-C紫d）是最早应峡用于手机趴、笔记本劳电脑等设罪备的电池困种类。Cd+航2Ni斥O(O果H)+私2H2O=2N违i(OH卫)2+Cd宾(OH蛙)2镍镉电沫池优缺虏点优点：1良好的矩大电流胃放电特湿性2耐过充放鹅电能力强3维护简错单缺点：1镉是有矮毒的，早环境污爬染2在充放眼电过程组中如果竟处理不霜当，会瞒出现严重的“窄记忆效应帐”，使得服务穗寿命大大葛缩短镍氢电池——镍氢电池部是有氢离津子和金属树镍合成。闯镍氢电池跟的缺点是桌价格比镍私镉电池要墓贵好多，炉性能比锂务电池要差桨。优点：1、充放猜电速度快伞、重量轻航、寿命长睁、无环境呜污染2、镍穴氢电池纯能量密光度比镍停镉电池雀大二倍缺点：1轻微记忆公效应2镍氢电喷池串连洽电池组篮的管理苹问题比引较多，千一旦发盼生过充扣电以后傍，就会骂形成单宵体电池逗隔板熔久化的问驶题，导购致整组斩电池迅重速失效倒。所谓锂离钻子电池是会指分别用错二个能可圈逆地嵌入晒与脱嵌锂察离子的化责合物作为掏正负极构纪成的二次声电池。人们将缎这种靠恐锂离子非在正负四极之间策的转移搂来完成柔电池充焦放电工叉作的，辜独特机免理的锂溜离子电椒池形象限地称为石“摇椅谨式电池蝇”，俗态称“锂贴电”。锂离子巾电池锂离子贼电池优守缺点优点：具有能忘量密度呼高、充灾放电速什度快、尸重量轻锐、寿命威长、无眯环境污表染等优甚点循环寿稀命长,一般均可佳达到500次以上,甚至1000次以缺点：锂离子李电池主牛要的问叛题是在嘉过充电晨和过放强电状态因电池会卸发生爆万炸，手短机电池爆都是使拖用的单此体电池弯，再经属过良好妄的保护拳电路来糟配合使绑用，基鼠本上杜倡绝了电谜池爆炸词的问题份。化学储能恩——液流宣电池电解质沾溶液（技储能介植质）存秘储在电池外痰部的电解辩液储罐中予，电池内兆部正负极过之间由离诉子交换膜钱分隔成彼雨此相互独奖立的两室伤（正极侧轨与负极侧望），电池渣工作时正忠负极电解亚液由各自册的送液泵河强制通过完各自反应悬室循环流葵动，参与糊电化学反置应。液流储角能电池是一类适川合于固定棋式大规模储能（蓄脏电）的装反置，相比犯于目前常默用的铅酸虫蓄电池、搏镍镉电池独等二次蓄降电池，具衔有功率和纵储能容量著可独立设古计（储能迫介质存储宗在电池外失部）、效讨率高、寿搅命长、可推深度放电贿、环境友剩好等优点泉，是规模铲储能技术重的首选技侦术之一。全钒液流址电池——钒氧化还芳原液流电疮池是以钒怕离子溶液漫为正、负类极活性物件质的二次电唯池。198奏4年由涉澳大利叶亚新南袭威尔士居大学M每Sy欠al伸las地-K段aza僵cos脾提出。养198啄6年获悉得专利竞。1994娱年，钒液厅流电池用矩在高尔夫捡车上，4舍kWh钒租液流电池邻在潜艇上究作为备用降电源。10千项瓦级全经钒液流抓储能电监池系钒液流电看池充放电蚕原理：正极电已解液：V5+和V4+负极电解涛液：V3+和V2+；电池充电万后，正极物界质为V5+离子溶眠液,界负极为零V2+离子溶液救；电池放电谨后，正、祖负极分泳别为V4+和V3+离子溶液积；电池内部茫通过H+导电。在酸性介落质中，V5+/V4+、和V3+/V2+两电对确的电位胁差约1妇.25恒V。全钒液流柴电池的特筝点(1)功率大：通过增庆加电池己的数量劲和电极蕉面积，钩即可增惠加钒电雁池的功立率，目执前美国茄商业化扣示范运币行的钒庄电池的产功率已烤达6MW。(2)容量大：通过任意拔增加体积鸦，即可增泡加钒电池末的电量，养可达GWh以上；闭通过提质高电解细液的浓误度（目累前1.5狠~2M毯,将来可盯达5~6羞M），即可寇增加钒电歇池的电量镰。(3)效率高雪：正、负愉极活性状物质分员别存储售在正、快负极电美解液储智槽中，火避免了华自放电污消耗，穷钒电池晋的充放疼电能量能转换效衬率高达75%以上，优远高于阁铅酸蓄励电池的45%。(4)寿命长：目前加紫拿大VRB晨Powe渡rSy耀stem弓s商业化示肆范运行时猪间最长的对钒电池模壶块已正常肢运行超过8年，充放钱循环寿命跌超过160驶00次，远远暮高于固塞定型铅水酸蓄电兴池的100棋0次。(5)响应速度盖快：钒电池堆龄里充满电希解液可在发瞬间启动远，在运行阴过程中充翻放电状态礼切换只需私要0.02荡s，响应速欢度1ms（VRB常Powe影rSy辈stem垮s）。(6)可瞬间充疯电：通过更换纯电解液可患实现钒电依池瞬间充仇电。(7)安全性巴高：钒电池无蜻潜在的爆伤炸或着火迹危险，即符使将正、盘负极电解留液混合也你无危险。(8)成本低：除离子征膜外，凤钒电池蔑部件多锐为廉价却的碳材售料、工困程塑料方，材料屠来源丰旦富，易帜回收，搭不需要若贵金属轨作电极拿催化剂旗，成本岂低。(9)钒电池选芹址自由度朴大，可全母自动封抄闭运行挂，无污驻染，维贫护简单箩，运营邻成本低曲。钒电池华缺点：(1)体积较隔大。(2)能量密项度低。这意味着准储同样的船能量，需巩要10倍甚至炕数十倍忽体积或鞭是重量讨于锂电来池；意丢味着为螺一个百童兆瓦级泡的风电罚场配套溜的钒电挖池可能喇需要挖贷空一座企山来提烈供原料划。(3)钒电池造挣价昂贵。化学储老能——钠硫电神池钠硫电迁池是美国柿福特（Ford）公司于196芳7年首先孤发明公低布的钠硫电帖池，是依一种以金属钠刚为负极、俱硫为正极芳、陶瓷管姜为电解质复隔膜的二粒次电池。在一购定的工贡作度下阶，钠离储子透过速电解质始隔膜与择硫之间骂发生的场可逆反钞应，形榆成能量鲜的释放茶和储存戴。基本的电国池反应是辨：2Na摄+x招S=N粗a2Sx优点：缺点：高温350橡ºC熔解硫个和钠电池种类锂离子镍氢镍镉铅酸钒液流钠硫铝空气质量比能量（W•h/kg）9060403025120350体积比能量（W•h/L）2101401007533250市场及成熟度成熟成熟过时成熟（污染严重）用于大型储能研发研发几种化食学储能距电池性巨能比较超导储畅能系统利用超敢导体制摩成的线盏圈储存酬磁场能窝量，功雹率输送舌时无需埋能源形赠式的转耽换。原理：将一个超将导体圆环南置于磁场亚中，降温拼至圆环材佳料的临界勤温度以下魂，撤去磁丧场，由于岛电磁感应贪，圆环中或便有感生郊电流产生罪，只要温价度保持在燥临界温度辆以下，电脊流便会持柿续下去。试验表亭明，这傅种电流杨的衰减歌时间不呢低于10万年。金显然这罪是一种刊理想的算储能装左置，称刺为超导储能。2.2党.3电磁储泼能超导储普能的优遣点：1、具有响枕应速度注快(ms级)2、转换效架率高(96岗%)3、比容口量(1~1磁0Wh身/kg)激/比功率(104~105更kW由/kg)大等优点描。可以实玩现与电脱力系统蝇的实时怨大容量痰能量交集换和功龙率补偿拐。超级电容捆器又叫双远电层电质容器，超级电后容是近几年闭才批量生附产的一种欧新型电力槽储能器件叨，也称为电病化学电容。它既具有厚静电电容探器的高放电功炕率优势又饲像电池努一样具厕有较大电宏荷储存怀能力，单体的撒容量目前狮已经做到齿万法拉级补。超级电叮容器Supe驾rcap伸acit雪or（与蓄控电池相网似而又键不同的棕一类储韵能器件沉或储能寻装置）★电容量愿比传统电墨容器大20—2型00倍；充放电展能力大——放电电窗流>200筑A；充放电裂速度快循环寿基命长维护简单★电池+超级电胞容器：胡可提供培高的电好能量和谊电功率扰，满足央电动汽诊车启动吊、加速嘉、爬坡铲、制动柳之大功鞋率需求超级电容爬器产品的系性能与主要铜应用领嘴域成品电容器近期目标远期目标能量密度>5Wh/kg>15Wh/kg功率密度>500w/kg>1500w/kg能量(Wh)

500

750重量(kg)10050美国能源赤部提出的率近期和粗长远发丽展目标超级电除容器研择究的几社个方向★进一步序提高超雪级电容息器的能量密违度和功率密度★降低成本,特别是俗降低电核极材料俩的成本★提高电容斧器的可靠性，延长循环寿命储能实彼例2012年，福株建安溪箭移动式样储能电冈站（功率揪为125千瓦、容槐量为250千瓦时）不同地区户均有季节贺性用电负针荷存在，滔最大负荷优是平时的12倍，形成量罕见的尖爹峰负荷，贡导致局部楼区域、局情部时段出古现低电压卡现象。2011熊年底，张擦北风光储双输示范工汁程和深圳宝闭清储能电量站项目相芝继建成投随产。张北项目腿配备10去0MW风否电、40缓MW光伏少和20M世W储能电健站。201乘1年，压世界最璃大的3慕2MW挎锂电池雅风电储没能项目芳投运AES胶风电和废AES舅储能公泉司位于于西佛吉截尼亚州唱的风电时储能项嫩目正式泰投入运垫营。该风电场顷安装了6粗1台GE苦产1.6皆MW风电龙机组，总装机容声量97.映6MW。储能电自池由A1垃23公司播提供，总洞容量为3眼2MW。AES课储能公纪司目前暗在全球轮拥有72MW已建及在棉建的储能需项目，计怜划开发的讲储能项目震总计达5坛00MW午。世界上最挎大规模的宵20MW机电网级飞料轮储能项光目世界领先测的飞轮储聚能体系供法给商Be叠acon柱电力完成战世界上最除大的飞轮螺储能体系呜的安装运叙营。这一项暖目是飞轮储策能利用义史上一贿个里程单碑。该体系廉采世界魂最先进正的碳纤堂维复合情飞轮转秒子技术膝，接收并芬开释1皱MW的叙电能仅土须要1夏5分钟。此项目获牺得美国能鹅源部43节00万美蛙元的资金沃支撑。大规模超框临界空气签储能项目轻在启迪鄂饼尔多斯科诸技园落地空气储姻能是一衣项可解存决大规约模风电奋、太阳谎能等间先歇式电厨源安全旅可靠并凉网发电谊的关进捡技术，科是智能坏化电网炉的重要踩组成部统分，也贼是解决址制约风挺电、太愁阳能发破电发展疼瓶颈的荒有效手亩段。中国大唐么集团新能有源股份有骂限公司投盛资70亿岸元的大型海支上风电怜项目成功落户努滨海。山东省次潍坊市潍坊国致家高新虚技术产蹈业开发圣区的1MJ高温超启导储能金系统将是世狼界首套炭投入到雅实际电除网运行廊的高温州超导储正能系统诱。储热即踢热能储糖存，是薯能源科勿学技术格中的重盘要分支2.2.4储热技术应用实止例智能移孔动供热勤车智能移动事供热设备脆简称移动违供热车，涌是一种新脂型的余热灾利用与集娃约化供热融模式，把床工业余热室储存到移旧动供热车波上，为需罢要热能的纳地方输送椒热能。它柔主要由：摆储热柜、智控制部件泄及放热/储热管道活、载车等劫部分组成营。产品的无使用领域顽为工业生缴产、采暖仇、洗浴、先洗涤、酒辨店、宾馆碑等需用分是布式能源列的场所。风能热能辩储存风能通五过浆叶眯转变成娃机械能队，机械剪能通过匆发电机肆转变成念电能，补电能通陕过电热勒器转变卧成热能晕储存于这储热材棕料中。当需要时遗可及时供疑应生产及无生活中的角热水、热穗风、热蒸皱汽。主要骡用于住宅觉、别墅、麻小型办公誓区域、边笨