储能技术分类

储能技术分类概（一）储能的定义及分储能的定图1：能源互联网中的电力储能技储能按技术原理分按照技术原理划分，储能技术主要分为物理储能（如抽水储能压缩空气储能、飞轮储能等、化学储能（如铅蓄电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（储能等）导磁蓄能、超级电容等。种典型额定种典型额定率额定功抽蓄机压空储适用于大规模储能，调峰、调频，系飞储寿命长，比功率高，污调峰、频率控制响应快，比功率高，电能温条件，成本输配电稳定、抑震响应快，比功率高，本高，比能量电能质量控电能铅电几千瓦至万千几分钟几小技术成熟，成本低，命短，存在环保问备用电源、黑启液流电寿命长，可深度放电备用电源，能量下的放时特应用场超导储能钠钠锂离电几千瓦至几 物理储抽水储150,000MW。图2：抽水蓄能工作原压缩空气储1/3安全系数高，使用寿命长。压缩空气储能规模大，仅次于抽水蓄能，40-50空气释放膨胀的过由此导致储能效率降低；二是依赖大型储气装臵，且依赖燃烧化石燃料，造成污染。图3：压缩空气储能工作原目前美国正计划在俄亥俄州建造世界上最大容量的压缩空气储能电站，总装机容量达到2700MW。我国于2003提高储气压力的需要，8~12MW型压缩空气储能系统已经成为当前飞轮储飞轮储能的原理是将电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储减承飞轮，并对轴承进行机械保护。图4：飞轮储能工作原无污染，维护简单，寿命一般为20年，使用寿命不受充放电深度的率可达8kW/kg以上，远远高于传统电化学储能技术；工况环境适应性好，在-20～50℃温度下都能正常工作。2.5200400Wh/kg，但是在实际应用过程中，受限于材料因素，安全稳定运行的飞轮储能密度通常不高于100Wh/k；价格昂贵也是影响飞轮储能大规模推广的重要因素之一。受益于电力电子技术磁悬浮技术和高强度碳素纤维技术的进步效率已经达到了99.4%，可储能100kWh。2004，巴西实现了利用超导与永磁悬浮轴承的飞轮储能，用于电压补偿。2011年，世界大的飞轮储能系统完成安装，容量20MW，采用了当前世界最先进的碳纤维复合飞轮转子技术，吸收并释放1MW电能仅需15钟。我化学储铅蓄电池储铅蓄电池是世界上最广泛应用的电池之一循环次数较好，整体应用成本较为低廉；技术成熟，安全性较高；循环次数可达100080%～90%铅蓄电池一般主要用于电力系统的事故电源或备用电源，以及汽车起动电源和低速车动力电源领域。液流电

图5：铅蓄电池工作原在液流电池中，能量储存在溶解于液态电解质的电活性物中，液流电池的核心优点是寿命长，循环次数可超过10000次。化，因此其使用寿命极长。但是另一方面，液流电池的能量密度和液流电池有较多体系，其中全钒液流电池目前最受关注。这种电池技术最早由澳大利亚新南威尔士大学发明，当前在国内外的些试点工程项目中获得了应用图6：液流电池工作原电池的典型功率在10MW以上，只适用于大容量、高功率的储能系液流电池目前未能实现大规模商用，主要原因在于自身仍有较多的局限性：一是高温会产生剧毒物质，如在全钒液流电池中，正极液中五价钒离子在温度高于45℃的情况下，会析出一种名为五氧是电池呈液态，占地面积较大，应用场地较为有限，主要为电网自钠硫电钠硫电池的正极由液态硫组成极由液态钠组成，中间隔陶瓷材料的贝塔氧化铝管。钠硫电池的运行温度需保持在300℃以图7：钠硫电池工作原级别；循环周期可达4500；一次放电时间可达6~7h；周期往返效率可达约75%。锂离子电锂电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解进入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态。放电时则相反，95循环次数可达5000次及以上，响应快速。图8：锂电池工作原锂电池根据不同的正极材料，主要可以细分为四类：钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和多元金属复合氧化物电池，多元钴酸锂电池自从锂离子电池商业化以来，一直作为正极材料的工作电压较低，进而导致钴酸锂主要应用于小电池场合，如移动电早期的锰酸锂电池，在高温下与电解液的相容性较差，结构不稳定导致容量衰减过快因此高温循环差的缺点一直限制着锰酸在锂离子电池中的应用。近年来，掺杂技术的运用使锰酸锂具有良等特点，并且铁和磷的资源丰富，对环境友好，近年来国内广泛选锂镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，形成了钴酸锂/镍酸锂/锰酸锂化合物。随着生产技术工艺的进步，三元材料电池迅速在新能源汽表2：锂电池正极材料性能对总之，锂电池凭借自身高能量密度和高功率密度的优势，成为使其价格持续下降，在电力系统中的应用也越来越多。目前，锂电铝空气电池储铝空气电池是以高纯度（含铝99.99%为负极氧为正极氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解质的电池铝摄取空气中的氧，在图9：铝空气电池工作原理论能量密度远高于现有各类电池；使用寿命长，铝电极可以不断更换，因此铝空气电池寿命的长短取决于空气电极的工作寿命；无毒、无有害气体产生，电池电化学反应消耗铝、氧气和水，生成Al2O3nH2O，可用于干燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料，并用做污水处理的优良沉淀剂；适应性强，电池结构和较大。二是在技术应用时，需要额外采用热管理系统来防止铝空气3）电磁储超导电磁储100MJ/m3适合做成较大功率的系统响应速度快一般为1~100ms，超导储能装臵不仅可用于调节电力系统的峰谷而且可用于降目前界上1~5MJ/MW低温超导磁储能装臵已形成产品，100MJ超导磁储能系统已投入高压输电网实际运行，5GWh超导磁储能技术已通过可行性分析和技术论证。我国十五863”计划启动了高温超导2005年11月，我国第一台直接冷却高温超导磁储能系统在华中科技大学系统动模实验室成功实现了动模试验运行。超级电容器储超级电容器由2多孔电极隔膜及电解质组成。电容器依靠电子的迁移携带能量，超级电容器按原理可以分为双电层电容器和赝级电容器在结构上包括正极、负极和电解液电极材料的制备是超电容器的核心环节，正极材料一般包括碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料，负极材料以已经实现商业化的石墨为主，电解液外加电压到超级电容器的两个极板上，极板的正极板存储正电用下，电解液与电极间的界面形成相反的电荷，以平衡电解液的内最大放电量的限制，平均寿命可达25年以上。缺点是储能密度低于可以提供超大电流的电力。超级电容器用作车辆起动电源，起动效国外就超级电容器方面的研究较早，美国日本和俄罗斯的大所无锡分所经过多年联合攻关，于20118成功研制出基于超级储能按应用场景分集中式规模化储集中式规模化储能系统的功率从数兆瓦到数百兆瓦,持续放电时间为数小时以上，作为储能电站通过35kV110kV线接入系统进行调峰调频,或与大型光伏电站或风电场配合使用,提高电网对输电领域应用,可有效减少新能源发电接入电网引起的不稳定或实现可再生能源的电量转移固化输出,也可用于电网削峰填谷调频和事故备用等。根据其应用场景,应具备功率控制、黑启动、通信和网调度带来前所未有的挑战集中式规模化储能可以实现包括电压电网频率调节（短时组的1.7是燃气机组的2.5是燃煤机组的20倍以上[11]。表3：储能调频关键指标（短时新能源并网（短时系统寿命和响应时间等见表3如果储能系统能够达到表3中的指表4：储能应用于新能源并网关键指标（短时延缓输配电建设和升级（长时4，该技术将作为一种低成本、高效益的有效方式被延缓和替代输配电系统建设。表5：储能应用于延缓输配电建设和升级关键指标（长时负荷跟踪平滑（长时5。储能系统需要对负荷波动做出跟踪响应，也需要表6：储能应用于负荷跟踪关键