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儲(chǔ)能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量儲(chǔ)存起來以便以后需要時(shí)利用的技術(shù)。

儲(chǔ)能技術(shù)按照儲(chǔ)存介質(zhì)進(jìn)行分類，可以分為機(jī)械類儲(chǔ)能、電氣類儲(chǔ)能、電化學(xué)類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)類儲(chǔ)能。

一、機(jī)械類儲(chǔ)能

機(jī)械類儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。

抽水蓄能原理

說簡單點(diǎn)，抽水蓄能電站就是在勢能與電能之間相互轉(zhuǎn)換。負(fù)荷低谷時(shí)段，利用電網(wǎng)內(nèi)部消耗不掉的電能將下水庫的水抽到上水庫，轉(zhuǎn)換成水的勢能儲(chǔ)存起來，此時(shí)抽水蓄能電站是電網(wǎng)內(nèi)的一個(gè)用戶;到電網(wǎng)用電高峰的時(shí)候，轉(zhuǎn)化為水輪發(fā)電機(jī)模式，將上水庫的水放到下水庫來發(fā)電，從而完成水的勢能到電能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到彌補(bǔ)用電缺口的目的。這時(shí)，抽水蓄能電站是電網(wǎng)內(nèi)的一個(gè)發(fā)電站。

知識(shí)點(diǎn)2：抽水蓄能分類

按電站有無天然徑流分：純抽水蓄能電站與混合式抽水蓄能電站

(1)純抽水蓄能電站：沒有或只有少量的天然來水進(jìn)入上水庫(以補(bǔ)充蒸發(fā)、滲漏損失)，而作為能量載體的水體基本保持一個(gè)定量，只是在一個(gè)周期內(nèi)，在上、下水庫之間往復(fù)利用;廠房內(nèi)安裝的全部是抽水蓄能機(jī)組，其主要功能是調(diào)峰填谷、承擔(dān)系統(tǒng)事故備用等任務(wù)，而不承擔(dān)常規(guī)發(fā)電和綜合利用等任務(wù)。

(2)混合式抽水蓄能電站：其上水庫具有天然徑流匯入，來水流量已達(dá)到能安裝常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組來承擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)荷。因而其電站廠房內(nèi)所安裝的機(jī)組，一部分是常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組，另一部分是抽水蓄能機(jī)組。相應(yīng)地這類電站的發(fā)電量也由兩部分構(gòu)成，一部分為抽水蓄能發(fā)電量，另一部分為天然徑流發(fā)電量。所以這類水電站的功能，除了調(diào)峰填谷和承擔(dān)系統(tǒng)事故備用等任務(wù)處，還有常規(guī)發(fā)電和滿足綜合利用要求等任務(wù)。

按水庫調(diào)節(jié)性能分：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站

(1)日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站：其運(yùn)行周期呈日循環(huán)規(guī)律。蓄能機(jī)組每天頂一次(晚間)或兩次(白天和晚上)尖峰負(fù)荷，晚峰過后上水庫放空、下水庫蓄滿;繼而利用午夜負(fù)荷低谷時(shí)系統(tǒng)的多余電能抽水，至次日清晨上水庫蓄滿、下水庫被抽空。純抽水蓄能電站大多為日設(shè)計(jì)蓄能電站。

(2)周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站：運(yùn)行周期呈周循環(huán)規(guī)律。在一周的5個(gè)工作日中，蓄能機(jī)組如同日調(diào)節(jié)蓄能電站一樣工作。但每天的發(fā)電用水量大于蓄水量，在工作日結(jié)束時(shí)上水庫放空，在雙休日期間由于系統(tǒng)負(fù)荷降低，利用多余電能進(jìn)行大量蓄水，至周一早上上水庫蓄滿。我國第一個(gè)周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站為福建仙游抽水蓄能電站。

(3)季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站：每年汛期，利用水電站的季節(jié)性電能作為抽水能源，將水電站必須溢棄的多余水量，抽到上水庫蓄存起來，在枯水季內(nèi)放水發(fā)電，以增補(bǔ)天然徑流的不足。這樣將原來是汛期的季節(jié)性電能轉(zhuǎn)化成了枯水期的保證電能。這類電站絕大多數(shù)為混合式抽水蓄能電站。

按站內(nèi)安裝的抽水蓄能機(jī)組類型分：四機(jī)分置式、三機(jī)串聯(lián)式、二機(jī)可逆式
(1)四機(jī)分置式：這種類型的水泵和水輪機(jī)分別配有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，形成兩套機(jī)組。已不采用。

(2)三機(jī)串聯(lián)式：其水泵、水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)三者通過聯(lián)軸器連接在同一軸上。三機(jī)串聯(lián)式有橫軸和豎軸兩種布置方式。

(3)二機(jī)可逆式：其機(jī)組由可逆水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)二者組成。這種結(jié)構(gòu)為主流結(jié)構(gòu)。

按布置特點(diǎn)分：首部式、中部式、尾部式

(1)首部式：廠房位于輸水道的上游側(cè)。
(2)中部式：廠房位于輸水道中部。
(3)尾部式：廠房位于輸水道末端。
（2）特點(diǎn)：屬于大規(guī)模、集中式能量儲(chǔ)存，技術(shù)相當(dāng)成熟，可用于電網(wǎng)的能量管理和調(diào)峰；

效率一般約為65%~75%，最高可達(dá)80%~85%；

負(fù)荷響應(yīng)速度快(10%負(fù)荷變化需10秒鐘)，從全停到滿載發(fā)電約5分鐘，從全停到滿載抽水約1分鐘；

具有日調(diào)節(jié)能力，適合于配合核電站、大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電、超大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電。

（3）缺點(diǎn)：需要上池和下池；

廠址的選擇依賴地理?xiàng)l件，有一定的難度和局限性；
與負(fù)荷中心有一定距離，需長距離輸電。

（4）應(yīng)用

目前，抽水蓄能機(jī)組在一個(gè)國家總裝機(jī)容量中所占比重的世界平均水平為3%左右。截至2012年底，全世界儲(chǔ)能裝置總?cè)萘繛?28GW，其中抽水蓄能為127GW，占99%。截至2012年年底，我國共有抽水蓄能電站34座，其中，投運(yùn)26座，投運(yùn)容量2064.5萬千瓦約占全國總裝機(jī)容量11.4億千瓦的1.8%。（另在建8座，在建容量894萬千瓦）

飛輪儲(chǔ)能

（1）基本原理

知識(shí)點(diǎn)1：飛輪儲(chǔ)能原理
飛輪儲(chǔ)能的工作原理即在電力富裕條件下，由電能驅(qū)動(dòng)飛輪到高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能儲(chǔ)存;當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，飛輪減速，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，供用戶使用。飛輪儲(chǔ)能通過轉(zhuǎn)子的加速和減速，實(shí)現(xiàn)電能的存入和釋放。

知識(shí)點(diǎn)2：飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)基本的結(jié)構(gòu)包括以下五個(gè)組成部分：

飛輪輪子：一般為高強(qiáng)度復(fù)合纖維材料組成，通過一定的繞線方式纏繞在與電機(jī)轉(zhuǎn)子一體的金屬輪毅上。

軸承：利用永磁軸承、電磁軸承、超導(dǎo)懸浮軸承或其他低摩擦功耗軸承支承飛
輪，并采用機(jī)械保護(hù)軸承。

電動(dòng)發(fā)電機(jī)：一般為直流永磁無刷同步電動(dòng)發(fā)電互逆式雙向電機(jī)。

電力轉(zhuǎn)換器：它是輸入電能轉(zhuǎn)化為直流電供給電機(jī)，輸出電能進(jìn)行調(diào)頻、整流
后供給負(fù)載的關(guān)鍵部件。

真空室：為減少風(fēng)損、防止高速旋轉(zhuǎn)的飛輪發(fā)生安全事故，飛輪系統(tǒng)放置與高真空密封保護(hù)套筒內(nèi)。

（2）優(yōu)點(diǎn)
壽命長（15~30年）；
效率高（90%）；
少維護(hù)、穩(wěn)定性好；
較高的功率密度；
響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）。

（3）缺點(diǎn)

能量密度低，只可持續(xù)幾秒至幾分鐘；
由于軸承的磨損和空氣的阻力，具有一定的自放電。

（4）應(yīng)用

飛輪儲(chǔ)能多用于工業(yè)和UPS中，適用于配電系統(tǒng)運(yùn)行，以進(jìn)行頻率調(diào)節(jié),可用作一個(gè)不帶蓄電池的UPS，當(dāng)供電電源故障時(shí)，快速轉(zhuǎn)移電源，維持小系統(tǒng)的短時(shí)間頻率穩(wěn)定，以保證電能質(zhì)量(供電中斷、電壓波動(dòng)等)。

在我國剛剛開始在配電系統(tǒng)中安裝使用。電科院電力電子研究所曾為北京306醫(yī)院安裝了一套容量為250kVA,磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，能運(yùn)行15秒，2008年投運(yùn)。

壓縮空氣儲(chǔ)能

（1）基本原理

壓縮空氣儲(chǔ)能采用空氣作為能量的載體，大型的壓縮空氣儲(chǔ)能利用過剩電力將空氣壓縮并儲(chǔ)存在一個(gè)地下的結(jié)構(gòu)（如地下洞穴），當(dāng)需要時(shí)再將壓縮空氣與天然氣混合，燃燒膨脹以推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。

（2）優(yōu)點(diǎn)

有調(diào)峰功能，適合用于大規(guī)模風(fēng)場，因?yàn)轱L(fēng)能產(chǎn)生的機(jī)械功可以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié)，從而提高效率。

（3）缺點(diǎn)

需要大的洞穴以存儲(chǔ)壓縮空氣，與地理?xiàng)l件密切相關(guān)，適合地點(diǎn)非常有限；

需要燃?xì)廨啓C(jī)配合，并要一定量的燃?xì)庾魅剂?，適合于用作能量管理、負(fù)荷調(diào)平和削峰；

以往開發(fā)的是一種非絕熱（diabatic）的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)?？諝庠趬嚎s時(shí)所釋放的熱，并沒有儲(chǔ)存起來，通過冷卻消散了，而壓縮的空氣在進(jìn)入透平前還需要再加熱。因此全過程效率較低，通常低于50%。

二、電氣類儲(chǔ)能

電氣類儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只要有超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

超級(jí)電容器儲(chǔ)能

（1）基本原理

根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱雙電層電容器，兩電荷層的距離非常小（一般0.5mm以下），采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。

（2）優(yōu)點(diǎn)

長壽命、循環(huán)次數(shù)多；
充放電時(shí)間快、響應(yīng)速度快；
效率高；
少維護(hù)、無旋轉(zhuǎn)部件；
運(yùn)行溫度范圍廣，環(huán)境友好等。

（3）缺點(diǎn)

超級(jí)電容器的電介質(zhì)耐壓很低，制成的電容器一般耐壓僅有幾伏，儲(chǔ)能水平受到耐壓的限制，因而儲(chǔ)存的能量不大；
能量密度低；
投資成本高；
有一定的自放電率。

（4）應(yīng)用

超級(jí)電容器儲(chǔ)能開發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來技術(shù)進(jìn)步很快，使它的電容量與傳統(tǒng)電容相比大大增加，達(dá)到幾千法拉的量級(jí)，而且比功率密度可達(dá)到傳統(tǒng)電容的十倍。超級(jí)電容器儲(chǔ)能將電能直接儲(chǔ)存在電場中，無能量形式轉(zhuǎn)換，充放電時(shí)間快，適合用于改善電能質(zhì)量。由于能量密度較低，適合與其他儲(chǔ)能手段聯(lián)合使用。

超導(dǎo)儲(chǔ)能

（1）基本原理

超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是由一個(gè)用超導(dǎo)材料制成的、放在一個(gè)低溫容器（cryogenicvessel）（杜瓦Dewar）中的線圈、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（PCS）和低溫制冷系統(tǒng)等組成。能量以超導(dǎo)線圈中循環(huán)流動(dòng)的直流電流方式儲(chǔ)存在磁場中。

（2）優(yōu)點(diǎn)

由于直接將電能儲(chǔ)存在磁場中，并無能量形式轉(zhuǎn)換，能量的充放電非常快（幾毫秒至幾十毫秒），功率密度很高；
極快的響應(yīng)速度，可改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

（3）缺點(diǎn)

超導(dǎo)材料價(jià)格昂貴；
維持低溫制冷運(yùn)行需要大量能量；
能量密度低（只能維持秒級(jí)）；
雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)品可用，但因價(jià)格昂貴和維護(hù)復(fù)雜，在電網(wǎng)中應(yīng)用很少，大多是試驗(yàn)性的。

（4）應(yīng)用

超導(dǎo)儲(chǔ)能適合用于提高電能質(zhì)量，增加系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，特別是用于抑制低頻功率振蕩。但是由于其格昂貴和維護(hù)復(fù)雜，雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)品可用，在電網(wǎng)中應(yīng)用很少，大多是試驗(yàn)性的。SMES在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取決于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展(特別是材料、低成本、制冷、電力電子等方面技術(shù)的發(fā)展)。

三、電化學(xué)類儲(chǔ)能

電化學(xué)類儲(chǔ)能主要包括各種二次電池，有鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等，這些電池多數(shù)技術(shù)上比較成熟，近年來成為關(guān)注的重點(diǎn)，并且還獲得許多實(shí)際應(yīng)用。在這著重講解鋰電池：

鉛酸電池

（1）基本原理

鉛酸電池是世界上應(yīng)用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電勢，這就是鉛酸電池的原理。

（2）優(yōu)點(diǎn)

技術(shù)很成熟，結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便；
循環(huán)壽命可達(dá)1000次左右；
效率可達(dá)80%至90%，性價(jià)比高。

（3）缺點(diǎn)

深度、快速、大功率放電時(shí)，可用容量下降；
能量密度較低，壽命較短。

（4）應(yīng)用

鉛酸電池常常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以往大多數(shù)獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)配備此類電池。目前有逐漸被其他電池（如鋰離子電池）替代的趨勢。

鋰離子電池

（1）基本原理

鋰離子電池實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)。充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。

（2）優(yōu)點(diǎn)

鋰離子電池的效率可達(dá)95%以上；
放電時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)；
循環(huán)次數(shù)可達(dá)5000次或更多，響應(yīng)快速；
鋰離子電池是電池中比能量最高的實(shí)用型電池，有多種材料可用于它的正極和負(fù)極（鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池、鈦酸鋰鋰離子電池等）。

（3）缺點(diǎn)

鋰離子電池的價(jià)格依然偏高；
有時(shí)會(huì)因過充電而導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒等安全問題，有一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要通過過充電保護(hù)來解決。

（4）應(yīng)用

由于鋰離子電池在電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)、手機(jī)等便攜式和移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用，所以它目前幾乎已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的電池。鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應(yīng)用和關(guān)注的主要原因。它的技術(shù)發(fā)展很快，近年來，大規(guī)模生產(chǎn)和多場合應(yīng)用使其價(jià)格急速下降，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越多。鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷地開發(fā)中，目前的研究集中在進(jìn)一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負(fù)極材料的開發(fā)上。

四、熱儲(chǔ)能

（1）基本原理

在一個(gè)熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中，熱能被儲(chǔ)存在隔熱容器的媒質(zhì)中，以后需要時(shí)可以被轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。
熱儲(chǔ)能有許多不同的技術(shù)，可進(jìn)一步分為顯熱儲(chǔ)存(sensibleheatstorage)和潛熱儲(chǔ)存(latentheatstorage)等。顯熱儲(chǔ)存方式中，用于儲(chǔ)熱的媒質(zhì)可以是液態(tài)的水，熱水可直接使用，也可用于房間的取暖等，運(yùn)行中熱水的溫度是有變化的。而潛熱儲(chǔ)存是通過相變材料(PhaseChangeMaterials,PCMs)來完成的，該相變材料即為儲(chǔ)存熱能的媒質(zhì)。

（2）缺點(diǎn)

熱儲(chǔ)能要各種高溫化學(xué)熱工質(zhì)，應(yīng)用場合比較受限。

（3）應(yīng)用

由于熱儲(chǔ)能儲(chǔ)存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會(huì)有一定的作用。熔融鹽常常作為一種相變材料，用于集熱式太陽能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類的儲(chǔ)熱技術(shù)正在開發(fā)中，它們有許多不同的作用。

五、化學(xué)類儲(chǔ)能

化學(xué)類儲(chǔ)能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體。不作贅述。

原標(biāo)題：儲(chǔ)能技術(shù)有哪幾種，各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?