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储能技术的分类
电能可以转换 为化学能、势 能、动能、电 磁能等形态存 储，按照其具 体方式可分为 物理、电磁、 电化学和相变 储能四大类型 物理储能
抽水蓄能
压缩空气储能 飞轮储能
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电磁储能
超导储能
超级电容储能 高能密度电容 储能
电化学储能
铅酸、镍氢、 镍镉、锂离子、 钠硫和液流等 电池储能
反应式
要电池厂家 东京电力公司、NGK、 上海电力公司 VRB、V-Fuel Pty、 住友电工、关西电力、 中国电力科学研究院
电力 储能 系统 可利 用的 主要 电池
铅酸 镍镉 镍氢 锂 离子 钠硫 全钒 液流
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各电池储能系统比较
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发 展 方 向
机组向高水头、高转速、大容量方向发 展，今后的重点将立足于对振动、空蚀、 变形、止水和磁特性的研究，着眼于运 行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大 和供电质量要求较高的情况下使用连续 调速机组，实现自动频率控制。
压缩空气蓄能电站
压缩空气储能电站（compressed air energy storage, CAES）是一种调峰用燃气轮机发电厂， 主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并 将其储藏在典型压力 7.5 MPa 的高压密封设施内， 在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。 CAES 储气库漏气开裂可能性极小，安全系数高， 寿命长，可以冷启动、黑启动，响应速度快，主要 用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分 布式储能和发电系统备用。
1
在燃气轮机发电过程中，燃料的 2/3 用于空气压缩，其燃料消耗可以减少 1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机 少 40%，同时可以降低投资费用、减 少排放。 CAES 建设投资和发电成本均低于抽 水蓄能电站，但其能量密度低，并受 岩层等地形条件的限制。 地下储气站有多种模式，其中最理想 的是水封恒压储气站，能保持输出恒 压气体，保障燃气轮机稳定运行。
2003 2006
1MJ, Bi-2212 提供瞬时电压跌落
国家 美国 伊朗 日本 日本 泰国 德国 日本 日本
装机容量 / MW 760 1 000 600 1 600 1 000 1 060 2 820 1 200
投入年份 1995 1996 1996 1999 2000 2003 2005 2007
飞轮、超导磁和超级电容器储能系统的应用
飞轮储能系统的部分应用：
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自放电/ (%/月) 2~5 5~20 0~1 -
部分 电池 储能 系统 性能 比较
铅酸 镍镉 锂离子 钠硫 全钒液流
铅酸电池在高温下寿命缩短，与镍 镉电池类似，具有较低的比能量和 比功率，但价格便宜，构造成本低， 可靠性好，技术成熟，已广泛用于 电力系统，目前储能容量达 20MW。 但其循环寿命短，且在制造过程中 存在一定环境污染。
超级电容器价格较为昂贵，在电力系统中多用于短 时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场 合，如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复 器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平
发展
目前 1~5 MJ/MW 低温SMES装置已形成产品， 100MJ 装置已投入高压输电网运行， 5GWh 装置 已通过可行性分析和技术论证。SMES的发展重点 在于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ 级系统，解决高场磁体绕组力学支撑问题等
美国马里兰大 学(1991)
美国波音公司 德国(1996) 欧洲 Urenc Power 公司 (2001) 巴西(2004)
电力 调峰
电力 调峰 储能 电站 UPS 电压 补偿
6×3MJ/8MV 避免电压凹陷和短 A 路故障 8×3MJ/8MW 7.3MJ/5MW 10 MW 维护输电网电压稳 定 提供瞬时电压补偿 补偿瞬时电压跌落 用于 20 kVA UPS 系统，与电网相连 以提高电能质量， 同时发挥有源电力 滤波器作用 有效维护系统稳定 运行 提高敏感负荷的供 电质量
原理
应用
发 展 方 向
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100 MW 级燃气轮机技术成熟，利用渠 氏超导热管技术可使系统换能效率达到 90%。大容量化和复合发电化将进一步 降低成本。随着分布式能量系统的发展 以及减小储气库容积和提高储气压力至 10~14 MPa 的需要，8~12 MW 微型 压缩空气蓄能系统（micro-CAES）已成 为人们关注的热点。
电站 落基山 锡亚比舍 奥清津 Ⅱ 葛野川 拉姆它昆 金谷 神流川 小丸川
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世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德 国建造的 Huntdorf 电站，装机容量为 290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动 超过 7000次，主要用于热备用和平滑负荷。 在美国，McIntosh 电站装机容量为 100 MW， Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调 峰；2005年由 Ridge 和 EI Paso 能源公司在 Texas 开始建造 Markham 电站，容量为 540 MW。 在日本，1998年施工建设北海道三井砂川矿 坑储气库，2001年 CAES 运行，输出功率 2MW。 在瑞士，ABB 公司正在开发大容量联合循环 CAES 电站，输出功率 442MW，运行时间为 8h，贮气空洞采用水封方式。 此外，俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色 列等国也在长期致力于 CAES 的开发。
研发机构 日本四个综合 研究所 日本原子力研 究所 美国Vista公司 技术特点 基本参数 作用 8MWh，储能放 高温超导磁浮立时轴承， 平滑 电各4h，待机 储效84% 负荷 16h 215 MW / 8 GJ 277kWh 24kWh, 11610~46345 rad/min 100 kW/ 5 kWh 5MW/100MWh, 2250~4500 rad/min 转速 42 000 rad/min 额定转速 3000 rad/min 输出电压18kV, 输出电 流6896A，储效85% 引入风力发电系统 电磁悬浮轴承，输出恒 压 110V/ 240V，储效 81% 高温超导磁浮轴承 超导磁浮轴承， 储效96% 高强度碳纤维和玻璃纤 维复合材料 超导与永磁悬浮轴承 UPS 全程 调峰
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抽水蓄能电站与压缩空气储能电站
抽水蓄能电站 压缩空气储能电站
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日、美、西欧等国家和地区在20世纪60~70年 代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为 止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容 量占世界抽水蓄能电站总装机容量55%以上， 其中：美国约占3%，日本超过10%；中国、 韩国和泰国3个国家在建抽水蓄能电站 17.53GW，加上日本的在建量达24.65GW。 近年国外投入运行的8大抽水蓄能电站：
相变储能
冰蓄冷储能
设备类型
用户类型 汽车
功率等级 1~100W 25~100KW 100~500KW 1~20MW 1KW 10~100KW MW 10MW 10~100MW
能量等级 Wh 100KWh 500KWh 10MWh 5KWh 25KWh MWh 10MWh 10~100MWh
不同应用场合对 能量和功率密度的 要求是不同的
电力储能行业
之
钒电池
目录
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电力储能方式和发展现状
电力储能技术的应用
钒电池的技术特点及应用
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大规模储能蓄电的作用
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用于调节可再生能源发电系统供电的连续性和稳定性
用于电网的“削峰填谷”
用于用电大户的“谷电”蓄电
用于重要部门和重要设施的应急电源及备用电源
用于“非并网”风电直接利用中的调节电源
便携式设备
运输工具
火车、轻轨列车 潜艇 家庭 小型工业和商业 设施
P.S.：以下主要介绍大规模电力储能技术
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静止设备
配电网 输电网 发电站
抽水蓄能电站
原理
配备上、下游两个水库，负荷低谷时段抽水储能设 备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水 库保存，负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机的 状态，利用储存在上游水库中的水发电
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发展
超级电容器已经历了三代发展，形成电容量 0.5 ~ 1000F、工作电压 12~400V、最大放电流 400 ~ 2000A 系列产品，储能系统最大储能量达到 30MJ。 基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代 产品正在开发中
各电池储能系统的基本特性
1
电池 种类
单体标称 电压/V 2.0 1.0~1.3 1.0~1.3 3.7 2.08 1.4
发展 方向
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超导磁储能系统与超级电容器储能
超导磁储能系统(SMES)
原理
超导磁储能系统利用超导体制成的线圈储存磁场能 量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速 度快(ms级)，转换效率高(≥96%)，比容量(1~10 Wh/kg)/比功率(10⁴~10⁵ kW/kg)大等优点，可以 实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿
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近年来，飞轮、超导磁和超级电容 器储能技术在各国都得到研发应用
SMES 的部分应用：
年份 1982 1993 2000 2002 2002 应用地 美国 美国阿拉斯加电网 美国威斯康辛某电网 美国田纳西某电网 日本Chubu公司 日本Chubu公司 日本Hosoo电站 基本参数 30MJ/10MW 1.8GJ 作用 抑制系统低频振荡 和支撑系统电压 提高电网供电可靠 性
飞轮储能
飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和 电力电子装置。他将外界输入的电能通过电动机转化 为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候， 又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部 负载，要求空闲运转时候损耗非常小。
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原理
应用
飞轮储能功率密度大于 5kW/kg，能量密度超过 20Wh/kg，效率在 90%以上，循环使用寿命长达 20a，工作温区-40~50℃，无噪音、无污染、维护 简单，主要用于不间断电源(UPS)/应急电源(EPS)、 电网调峰和频率控制。 随着对飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转化系 统的深入研究，高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、 大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承 技术极大地促进了储能飞轮的发展。磁浮轴承的应 用、飞轮的大型化以及高速旋转化合轴承载荷密度 的进一步提高，将使飞轮储能的应用更加广泛。