新能源完整课件

新能源主讲：能源与动力工程学院

温华兵1可编辑课件开发新能源：

新能源是近几十年来人类采用新技术开发的可再生能源。新能源的开发和利用将从根本上解决能源问题。如：太阳能、海洋能、风能、原子核能、生物质能、地热能、储能。

新能源的开发和利用，虽短期成本较高，长期将占优势，能大量节省能源，大幅减少污染，提高人民生活的质量，获得显著的经济和环保效益。

新能源能再生，对环境影响小，但对开发的技术要求高。2可编辑课件美国：风能首当其冲

日本：太阳能铺就新能源路

英国：风能核能并举

丹麦：靠风“驱动”的国家

芬兰：生物能源独辟蹊径

冰岛：利用地热不再依赖石油

挪威：借风发展“氢经济”

世界各国的新能源开发及利用情况3可编辑课件可开发的新能源种类一、太阳能二、海洋能三、风能四、核能五、生物质能六、地热能七、储能4可编辑课件一、太阳能

1、太阳能

在人类利用的能源中，太阳能是最重要的。各种草木燃料能、化石燃料能、风能、水能、海洋流能、海洋温差等归根结底也是来源于太阳的辐射能。太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源。太阳能中只有大约二十二亿分之一辐射到地球，其中30%被大气层反射掉，23%被大气层吸收掉，但是每秒钟辐射到地面的总能量有8.0×1013kW，相当于目前全世界发电总量的8万倍。对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。5可编辑课件（1）光热转换技术

光－热转换技术是将太阳辐射的能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用。我国战国时期就已使用凹面镜聚集太阳能去点火。1837年英国人赫胥黎首次使用太阳灶烧饭，1875年出现了太阳能热水器。光－热转换可分为低温（100℃～300℃）与高温（300℃以上）两种。低温的用于工业用热、制冷、空调、烹调等，高温的用于发电、材料高温处理等。太阳能集热器以空气或液体（水或防冻液）为传热介质。吸热方式可以是直接吸收太阳辐射能，也可以是太阳光经会聚后集中照射。分为平板式和聚光式。全世界使用民用光热转换技术最多是以色列和约旦，他们屋顶的太阳能蓄热器可提供25%～65%的家用热水。现在美国也兴建了100多万个集热器采暖系统和25万个依靠冷热空气自然流动的被动式太阳能住宅。

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光电转换技术是利用光电效应把太阳辐直接转换成电能，使用的是太阳能电池。太阳能电池有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化镉电池、磷化铟电池、砷化锌电池砷化镓电池和有机半导体电池等。硅太阳电池已成为人造卫星、宇宙飞船和星际空间站等宇宙飞船器的主要能源之一。1958年美国“先锋”号人造地球卫星、1971年我国制造的“东方红”号人造卫星上，都安装了太阳能电池。我国自行研制的高效砷化镓太阳能电池也已经在第二颗“风云”1号气象卫星上正常使用。太阳能电池还可以用来驱动很多交通工具，如太阳能汽车、太阳能飞机、太阳能船、太阳能自行车等。太阳能电池还可以用来发电。美国、德国已经研制成功地面太阳能电池发电站（又称光伏发电站）并投入使用。（2）光电转换技术7可编辑课件

光化学转换是光与物质相互作用引起化学反应的过程。绿色植物的光合作用就是光化学转换的过程。人类可以控制的光化学转换方法是采用光化学电池。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢和氧的电池，这里所生成的氢和氧的光化学过程实质上是“光－电－化学”过程，而不是直接的光－化学过程。

（3）光化学转换技术8可编辑课件

地球每小时从太阳获得的太阳能量有6.1×1020焦，这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多，可见太阳能有多么巨大。根据科学家推算，太阳像现在这样不停地向外辐射能量，还可以维持50亿年以上，对于人类来说，太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源。2、太阳能的价值9可编辑课件太阳灶航天器太阳能热水器太阳能发电装置太阳能的应用10可编辑课件太阳能的应用太阳能计算器11可编辑课件太阳能的应用太阳能手提灯12可编辑课件太阳能的应用太阳能汽车13可编辑课件太阳能的应用太阳能发电站14可编辑课件1、海洋能

海洋能是蕴藏在海洋中的可再生能源。海洋占地球面积的71%，却集中了地球上97%的水量。太阳到达地球的能量，大部分落在海洋的上空中和海水中，部分转化为各种形式海洋能。海洋能是潮汐能、波浪能、温差能、盐差能、潮流能和海流能等不同的能源形态。其中，温差能是热能，潮汐、波浪、海流都是机械能，海水盐度差是化学能。这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋之中。海洋能技术是将海洋能转换成电能或机械能的技术。二、海洋能15可编辑课件

海洋能可以再生，且取之不尽，用之不竭，不会造成环境污染，还可通过综合利用（如潮汐发电可利用水库发展养殖业）降低成本。在海洋能中，目前有效开发利用的是潮汐能。世界上大规模利用海洋能开始于1968年法国建立的朗斯潮汐电站，此电站装有24台功率相同的机组，总装机24万千瓦。加拿大芬地湾潮汐电站装机462万千瓦，单机和总容量最大。日本1250kW容量的波浪能发电装置和美国的50kW温差发电装置都已通过实验。目前国际海洋能的开发正朝着深层次、大型化和商品化方向发展。海洋能主要被转变成电能加以利用，有潮汐发电、海流发电、海浪发电、温差发电。2、海洋能的利用16可编辑课件（1）潮汐能

潮汐能是由于地球和月球、太阳相互作用产生的能量。潮汐能成因示意图17可编辑课件

潮汐能量与潮差大小和潮量成正比，海洋潮汐以24小时50分钟为一周期，一周期内有高潮和低潮。潮差在我国沿海最大可达7m～8m，利用潮汐能的最普遍形式是潮水涨落发电。据估计，全世界的潮汐能源有1.0×109kW，如能充分利用，每年可发电1.24×108kW·h。潮汐发电分为两种形式：一种是潮流直接冲击水轮机，利用潮流动能发电；另一种是建造潮汐水库，在潮差比较大的海湾或河口处构筑拦潮蓄能大坝，形成水库，并在堤坝内装上水轮发电机组。利用涨、落潮位差，把潮汐位能转化为动能，推动水轮发电机组发电。潮汐水库电站的实际应用更为广泛。

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潮汐电站有单库单项式、单库双向式和双库双向式三种。①单库单向式只建一座水库，水轮发电机组仅在海水落潮时单方向推动水轮机发电。②单库双向式也是只建一座水库，安装的水轮机叶轮可正反两个方向运转，涨潮落潮均可发电。③双库单向式是通过建三道坝，分隔出两座彼此相通的水库，单向水轮机安装在两座水库分隔坝的底部。其中一个水库安装进水闸，涨潮时放海水入库，另一座水库安装泄水闸，落潮时向外放水，两水库始终存在着水位差，从而达到连续发电的目的。19可编辑课件世界主要潮汐电站20可编辑课件涨潮时退潮时潮汐电站工作原理21可编辑课件潮汐能的应用浙江温岭江厦潮汐试验电站全国第一、世界第三22可编辑课件法国朗斯潮汐电站

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波浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能形式由短期波储存的机械能。是潮汐和风形成的海洋波浪，从而产生波浪能。波浪能与波高的平方和流动水域面积成正比。海中的波浪具有很大的动能和势能，据估算，如果把波浪能全部转变成电能（即波力发电），则每平方千米海面上每秒钟的发电量约为2.0×105kW。海波涌向海岸的动能平均每平方千米含有上万千瓦的功率。我国沿海蕴藏着的波浪能超过1.7×108kW。

波浪能可用来发电、海水淡化和从海水中提取金属等等。（2）波浪能24可编辑课件

利用波浪能并转换为其他形式能量的方式有三种：①波浪能转变成空气能，以压缩空气的形式来做功。能量转换装置有振动水柱空腔器、压缩气袋以及浮标式波力发电装置等。②波浪能转换为机械能，利用浮体和固定物体之间的相对运动来产生所需要的旋转运动或往复运动，故又称为浮体式。能量转换装置有摇动浮体式、升降浮体式、点头鸭式、筏式等。

③波浪能转换成水位能，再利用水的落差来进行能量转换。能量转换装置有聚波水库和涌浪装置。利用波力发电可分为陆基式和浮动式两大类。陆基式是将发电装置安装在陆地的固定机座上。浮动式也称海基式，发电装置整体随波浪漂浮。25可编辑课件波浪发电站示意图

波浪能供电的灯光浮标26可编辑课件

太阳照射在海洋表面，是海洋上部和底部形成温差，从而形成温差能。在南北纬30°以内的大部分海面，表层与深层海水间的温差在20℃左右；而赤道附近海面，表层与深层海水间的温差达30℃左右。利用表层水（25℃～30℃）和750m深处4℃～7℃海洋区，可进行发电。海洋温差发电的的一种方法是把表层温水引进真空锅炉，在低压下直接汽化生成蒸汽，蒸汽推动汽轮机发电。另一种方法是利用温水加热低沸点的工质（氨、氟里昂），使其变成蒸汽再去做功。汽由深层海水冷凝，从而构成热力循环连续发出电能。

（3）温差能27可编辑课件

在河流入海口的淡水与盐水交界处，假如将盐水与淡水隔开，即使淡水的水平面与海平面高度相等，淡水也会由于渗透压而流向海水，具有一定动能，这就是盐差能。渗透压与盐差和温度成正比。盐差蕴藏的功率等于渗透压与渗流流量的乘积。通常在河水和海水交界处，渗透量为1m3/s时，则会有2500W左右的潜在功率，相当25个大气压所具有的能量。盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接耦合式、外混式、内混式等几种。（4）盐差能28可编辑课件

海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流能拥有量约50亿千瓦。不过海流能的利用处于试验阶段。（5）海流能29可编辑课件三、风能1、风能：风能是指空气的动能。2、风能的形成：地球表面接受太阳辐射能的不同，使各地大气温度不同，造成大气密度和气压的差别从而形成风。所以风能是由太阳辐射能转化过来的。3、风能的应用：风力发电：建风力发电站

风帆助航：风帆的使用

风力提水：风车的使用

风力致热：风力机的使用30可编辑课件4、风能的开发价值：风能是地球上无所不在、永不枯竭的能源。地球上近地层风能总储量约为1.3×1012kW,但目前开发利用的只是极少的一部分。据估计，全世界每年燃烧所获得的能量不及风力1年内提供的能量的1/1000。我国风能储量估计为1.6×109kW，在世界上排位第三，可开发利用的约为1/10。可以有效利用的风速范围为3m/s～20m/s。风能与其他能源相比，具有明显的优势，蕴量大、分布广、可再生、无污染。风能作为新能源有着巨大的发展潜力，特别是对于沿海岛屿、边远地区、草原牧场以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。31可编辑课件风能的应用风力发电32可编辑课件风能的应用澳大利亚风力发电33可编辑课件风能的应用34可编辑课件四、核能1、原子核能

原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称作核能或原子能。原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。核反应是原子核与原子核或原子核与基本粒子相互作用时释放的能量的过程。核反应有两种：一是核裂变反应，是重元素的原子核发生分裂的反应。二是核聚变反应，是氢元素的原子核发生聚合的反应。这两种反应所释放出来的巨大能量在原子弹爆炸和氢弹爆炸中得到了证明。

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2、原子核能的利用（1）原子弹

原子弹中的核燃料是高浓缩铀（浓度达93%）或钚。将弹壳内铀块（或钚块）分成各自低于临界质量的两部分，但总质量超过临界质量。原子弹爆炸时，首先引爆装在铀燃料外部的普通TNT炸药层，其冲击力会把两块铀235压聚在一起，超过临界质量的铀块立即会产生雪崩似的链式反应，即发生核爆炸。（原理图）（2）核电站

核电站是利用原子核裂变反应放出的核能来发电的装置。核电站主要由两部分组成。一部分是反应装置及冷却装置，其核心为一个反应堆，是维持和控制核裂变反应的装置，在内部实现核能转换为为热能。释放出的热能由一回路系统冷却剂带出，用以产生蒸汽。整个闭路系统被称为核蒸汽供应系统，也叫核岛，相当于常规火电厂的锅炉系统。另一部分由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回系统，与常规火电厂的汽轮机发电机系统基本相同，也称作常规岛。（原理图）

36可编辑课件3、原子核能的价值

1千克铀235的原子核所释放出来的热量，大约相当于2800吨（2800000千克）标准煤燃烧时所放出的热量。建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果是核电站，每年需要补充的核燃料为30吨，六辆解放牌载重汽车就可运进。如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三列火车，每列火车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮船。核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。

37可编辑课件4、核能发电简史

核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦（电）的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年，有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座，总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16%。世界上第一座核电站—苏联奥布灵斯克核电站。中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。38可编辑课件链式裂变反应39可编辑课件原子弹爆炸40可编辑课件核能发电原理核能发电示意图41可编辑课件核能发电1954年苏联建成了世界上第一座核电站

——奥布灵斯克核电站42可编辑课件核能发电英国的原子能发电站苏联的核能灯塔43可编辑课件核能发电秦山核电站44可编辑课件核能发电大亚湾核电站45可编辑课件5、我国核能发展趋势

中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。

46可编辑课件五、生物质能

1、生物质能

生物质能是指通过植物的光合作用而将太阳辐射能量以一种生物质形式储存在生物质内部的能源，也称为“绿色能源”，包括地球上所有动物、植物、微生物以及由这些生物产生的排泄物和代谢物所具有的全部能量。

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世界上生物质能种类繁多，包括农作物与农业有机残余物（秸秆、果核、玉米芯、蔗渣等）、木材与森林工业残余物（木屑、树枝、树叶、树根等）、动物排泄物、江河湖泊沉积物与水生植物（藻类等）、农副产品加工后的有机废物、油料作物（棉籽、马籽、油桐等）、城市生活与工业有些废弃物（垃圾和食品、屠宰、制酒、造纸工业的排泄物等）等。

2、生物质能的种类48可编辑课件

生物质能的转换技术主要有三种：直接燃料、热化学转换和生物化学转换。（1）直接燃烧直接燃烧获取热量是最简单的方法，但转换效率很低，且污染环境。我国农村传统的烧柴灶热效率5%～10%。大力推广节柴灶可使热效率提高到20%～30%，省柴30%～50%，是一种技术简单、易推广、效果明显的节能措施。目前研制的生物质压块燃料可以提高热效率并能减少污染。（2）热化学转换

生物质能的热化学转换是指在一定温度和条件下通过化学方法使生物质气化、炭化、热解和催化液化，生产燃料（气态、液态)和化学物质的技术。其方法有气化法、热分解法和有机溶剂提取法等。3、生物质能的技术49可编辑课件（3）生物化学转化

生物化学转化技术是通过微生物发酵方法将生物质能转换成液体或气体燃料。它包括生物质-沼气转换技术和生物质-乙醇转化技术。①生物质-沼气转换技术

20世纪90年代我国农村广泛推广和使用的“沼气”，就是通过这种生物转化技术得到的。有机物质在一定温度和隔绝空气的厌氧环境中，通过微生物-甲烷菌的发酵作用，产生以甲烷为主的可燃性混合气体（沼气）。产生沼气的原料是秸秆、杂草、垃圾和粪便等。甲烷菌有嗜热菌（45℃～60℃）、嗜温菌（30℃～45℃）、喜冷菌（0℃～30℃）三种。产生沼气的装置主要是沼气池。沼气可用作优质燃料、动力能源、烘干、养殖等。产生沼气后的渣料还可用来种蘑菇，沼液、沼渣也是很好的有机肥料。沼气的开发，有利于农村燃料、肥料和饲料的解决，也有利于垃圾的无害化处理。更促进了农业生产系统的良性循环和农业生态平衡。50可编辑课件②生物质-乙醇转换技术

生物质-乙醇转换技术是将生物原料在密闭容器内经高温干馏分解制造乙醇等干净的液体燃料。生物质-乙醇转换技术所用的原料有糖质、淀粉和纤维素等。巴西采用甘蔗渣为原料，每年可生产乙醇120亿升，占其全国汽车燃料的62%，有800万辆汽车使用掺22%酒精的汽油。我国用甜高粱杆为原料，增殖细胞技术三段锥形流化床转化技术已获成功，年产3000t的工业化装置即将建成。

生物质能转化技术为合理有效利用生物质能开拓了广阔前景，对生物质能的开发利用，是当代人类新能源技术革新的重要任务。51可编辑课件4、生物质能的开发价值

生物质能号称世界第四大能源。生物质能来源于太阳辐射能，是取之不尽用之不竭的可再生能源，据推算，地球上每年由陆地植物储存的太阳辐射能有1.917×1021J，海洋植物储存的太阳辐射能有9.21×1020J，相当于当今世界一年耗能总量的10倍多。地球上的生物资源极为丰富，全世界陆地和海洋每年可产生1.7×1011t的植物。1kg绿色植物的发热量为1.67×107J，因而生物质能每年产生的热量是极其可观的。生物质能就是人类利用的主要能源，也是许多发展中国家目前最重要的能源。全世界约有25亿人依靠生物质能取暖、烹饪和照明。科学开发利用生物质能既可获得干净无污染的新能源，又能利用城市垃圾和各类有机废物。52可编辑课件沼气能的应用53可编辑课件沼气能源的应用沼气池54可编辑课件沼气发电技术沼气发电55可编辑课件沼气利用56可编辑课件可燃冰11月2日，新华社发布的一项消息说，一项针对南海北部的勘测显示，那里的可燃冰储量达到我国陆上石油总量的一半左右，这些可燃冰有望在2015年进行试开采。资源丰富的南海57可编辑课件六、地热能地热

地球内部具有的热能称为地热能，是地球本身蕴藏的能量。现代人们常说的温泉，就是人类的祖先在很久以前就开始利用的一种地热能。应用形式：地下热水、地热蒸气。应用范围：发电、洗浴、取暖、灌溉等58可编辑课件地热循环59可编辑课件地球内部推测温度分布曲线60可编辑课件地热能的具体利用在工业上，地热能可用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。在农业生产上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。在浴用医疗方面，人们早就用地热矿泉水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还设有专供沐浴医疗用的温泉。地热能因价廉、清洁而被称为是“21世纪的能源”，利用前景十分广阔。61可编辑课件地热能的应用阿里地区地热田62可编辑课件地热能的应用冰岛地热西藏羊八井地热电站，是我国最大的地热电站63可编辑课件地热供暖地热能的应用64可编辑课件地热养殖地热能的应用65可编辑课件地热务农地热能的应用66可编辑课件七、储能

储能技术主要分为储电与储热。目前储能方式主要分为三类：机械储能、电磁储能、电化学储能。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（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。1、储能67可编辑课件2、储能的类型机械储能：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能化学储能：铅酸电池、氧化还原液流电池、钠流电池、锂离子电池电磁储能：超导储能、超级电容器储能（1）几种类型的储能68可编辑课件（2）机械储能

抽水储能：广泛采用的大规模、集中式储能手段。利自然界里数量最大的液体－水的势能进行储能。需要配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段，抽水蓄能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存。负荷高峰时，工作在发电机状态，利用储存在上游水库中的发电。一些高坝水电站具有储水容量，可以将其用作抽水蓄能电站进行电力调度。69可编辑课件电站原理示意图70可编辑课件北京十三陵抽水储能电站71可编辑课件

压缩空气储能：上世纪50年代提出，目的是削峰填谷。两个循环构成其储能过程：一是充气压缩循环；二是排气膨胀循环。压缩时，双馈电机做电动机工作，利用谷荷时的多余电力驱动压缩机，将高压空气压入地下储气洞；峰荷时，双馈电机做发电机工作，储存压缩空气先经过回热器预热，再使用燃料在燃烧室内燃烧，进入膨胀系统中做工（如驱动燃汽轮机）发电。德国、美国、日本和以色列建成过示范性电站。72可编辑课件原理示意图73可编辑课件74可编辑课件

飞轮储能：将能量以动能形式储存在高速旋转的飞轮中。由高强度合金和复合材料的转子、高速轴承、双馈电机，电力转换器和真空安全罩组成。电能驱动飞轮高速旋转，电能变飞轮动能储存，需要时，飞轮减速，电动机做发电机运行，飞轮的加速和减速实现了充电和放电。75可编辑课件76可编辑课件（3）化学储能

铅酸电池：它是以二氧化碳和海绵状金属铅分别为正、负极活性物质，硫酸溶液为电解质的一种蓄电池，距今140年历史。优点：自放电小，25℃下自放电率小于2%/月；结构紧凑，密封好，抗振动，大电流性能好；工作温度范围宽，-40℃～50℃；价格低廉；制造维护成本低；无记忆效应（浅循环工作时容量损失）。目前，世界各地已建立了许多基于铅酸电池的储能系统。例如：德国柏林BEWAG的8.8MW/8.5MWh的蓄电池储能系统，用于调