第一讲-蓄能技术简介

蓄能原理与应用,郑州轻工业学院能源与动力工程学院2016.03郑州,中国能源发展战略基本框架节能效率优先，环境发展协调，内外开发并举；以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展；以能源可持续发展和有效利用，支持经济社会的可持续发展。,前言,前言,解决新能源发展瓶颈：波动性和间歇性；削峰填谷：合理调配使用电能；满足时代发展需求：新技术革新推动分布式能源发展：提高能源综合利用效率；,主要章节,1、绪论2、储能技术原理3、相变储能材料的基本特性4、冰蓄冷空调技术及应用5、电能储存技术及应用6、热能储存技术及应用7、气体水合物储能技术及应用8、化学储能技术及应用9、其他储能技术及应用,第一章绪论1储能技术及其应用简介2储能技术发展状况与展望了解储能基本概念和储能技术的应用场合。掌握能量储存主要方法和储能系统的评价指标。了解储能技术发展的历史及前景。,能源定义,一次能源,核裂变能,常规能源,新能源,化石燃料,固体燃料,液体燃料,气体燃料,生物质能,可再生能源,水能,太阳能,风能,地热能,海洋能,核能,核聚变能,能源定义,电能,汽、热水,二甲醚(CH3OCH3)、乙醇,氢能,热能,.,二次能源,最重要应用最广,1.1储能技术及其应用,1.1.1什么是储能?储能(energystorage)，又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件下比较稳定的存在形态的过程。它包括自然的和人为的两类：自然的储能，如植物通过光合作用，把太阳辐射能转化为化学能储存起来；人为的储能，如旋紧机械钟表的发条，把机械功转化为势能储存起来。按照储存状态下能量的形态，可分为机械储能、化学储能、电磁储能（或蓄电），风能储存、水能储存等；和热有关能量储存，称为蓄热。,储能技术特指通过机械的、电磁的、电化学电等方法，将能量存储起来，在需要的时候，再通过机械的、电磁的、电化学的方法转变为相应的可用能量的技术。储能技术有如下广泛的用途：防止能量品质的自动恶化。（水、风流动与方向）改善能源转换过程的性能。（自然界一些能源具有良好储存性，但在化石燃料转化为电能时，电网峰谷差、部分负荷运行）：需要大容量、高效率的电能储存技术调峰。为了方便经济地使用能量，也要用到储能技术。（蓄电池充电、放电）,1.1.2什么是储能技术？,为了降低污染、保护环境也需要储能技术。（氢能）新能源利用中，也需要发展储能技术。太阳能、风能、海洋能等发电装置，在能量输入、输出之间必须布置蓄能装置，稳定输出。加惯性轮的机械储能、太阳能储热箱等。,1.1.2什么是储能技术？,1.1.2储能技术特点,储能就是在能量富余的时候，利用特殊装置把能量储存起来，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配。可以设置可储蓄能量的中间环节，类似稳压器。储能系统本身并不节约能源，他们的引入主要在于能够提高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能和风能的发展，以及对废热的利用。,特点：化学能的优点是便于储存和输送；电能的优点是可适用于各种用途，但储存困难：热能约占最终能源消耗的60%，但它是一种质量最差的能的形态，在储存和输送方面也不太适宜。储存技术选择，性能判断考虑因素：能的输入、输出形态；储能密度；储能时的能量损失程度；储能期限；能的输出和输入的难易程度；安全性；达到一定的输入、输出值所需的时间即响应性；耐久性；经济性。,1.1.3能量储存方法,按照储存能量的形态储能方法可分为如下4类：机械储能：以动能形式储存能量，如冲压机床所用的飞轮；以势能形式储能，如机械钟表的发条、压缩空气、水电站的蓄水库、汽锤等。蓄热：以物质内能方式储存能量的属于蓄热，以任何方式储存热量的也属于蓄热。一般把物质内能随温度升高而增大的部分称为显热，把相变的热效应称为潜热，把化学反应的热效应称为化学反应热，把溶液浓度变化的热效应称为溶解热或稀释热。化学储能：在正向化学反应中吸收能量，把能量储存在化学反应的产品中；在逆向反应中则释放出能量；蓄电池。电磁储能：把能量保存在电场、磁场或交变等电磁场内。,1.1.3能量储存方法,在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围，称为储能系统。包括能量和物质的输入和输出设备、能量的转换和储存设备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、多个过程，是随时间变化的复杂能量系统，需要多项指标来描述它的性能。常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储能价格、对环境的影响等。按储能周期，分为短期（1周）,1.1.4储能系统的评价指标,钠硫电池,锂离子电池,超级电容器,飞轮储能,锌溴液流电池,铅酸电池,抽水蓄能,压缩空气,1.1.5能量储存方法,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,电磁储能,电化学储能,相变储能,超导储能超级电容储能高能密度电容储能,铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能,冰蓄冷储能,水合物储能,相变材料储能,1.1.5能量储存方法,储能技术抽水储能,优点：技术成熟，容量大；缺点：受地理限制，能量损失大，投资周期长。,储能技术压缩空气储能,优点：技术相对成熟，大规模储能；缺点：响应速度慢，需要特殊地理环境。,储能技术飞轮储能,优势效率：70%-90%；能量密度：最高130Wh/kg；输出功率：kW-MW，由电动/发电机和电力变换装置决定；响应速度：5-25ms，5-15s达到额定输出；寿命：大于20年；工作温度：-4050低维护、环境友好,限制系统复杂；有高速转动部件；轴承待机损耗问题,Beaconpower,50kWh/100kW的飞轮储能示范电站8个6kWh/15kW飞轮单体,MW级飞轮储能示范电站25kWh/100kW飞轮单体,储能技术飞轮储能,储能技术钠硫熔融电池,不足：高温运行，启动慢；费用较高；材料腐蚀、安全性较差。,优点：高比功率；高比能量；转换率高。,日本独家生产，上海重新研制,34MW钠硫电池储能电站,储能技术超级电容器,优点：循环寿命若干万次，比功率高；缺点：比容量小；单位能量投资高；关键：开拓毫秒-秒级的应用、降低成本,超级电容器用于电力机车节电,功率300kW；储能量850Wh；组成：双向DC/DC，640支超级电容器，2.5V/2600F；重量477kg；体积1900950455mm车载储能装置,庞巴迪Mitrac节电装置,储能技术锂离子电池,优点：高比能量；高比功率；高能量转换效率；长循环寿命,不足：有的体系安全性较差；价格还不够低,锂离子动力电池，是电动汽车产业兴起的关键,磷酸亚铁锂、钛酸锂等新材料的开发和应用，大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命，从而可能将锂离子电池用于更大规模的储能,储能技术液流电池,全矾液流电池与风电场联合运行储能系统6MW/6MWh,储能技术混合储能,目前的各种储能技术各具优缺点，单一的储能技术很难在技术性和经济性上适应所有的应用需求。将性能互补性强的两种或两种以上储能技术混合使用，可以取得良好的应用效果，混合储能可以是储能器件的内部混合，也可以是系统级的混合。对于微电网，可以将功率型的储能和能量型的储能技术混合使用，同时实现对系统的能量管理和稳定控制，提高微电网的稳定性和经济性。,1.1.6储存技术对比,1.1.6储存技术对比,1.1.6储存技术对比,天然冰，冬季由湖泊和河流采取，储存于绝热良好的库房，用于保存食物、冷却饮料等。19世纪化学电池在1896年世界首台电热能储能系统，压缩空气、高温热水驱动的街车20世纪70年代，单井承压含水层季节性蓄能当前：双井(Ref.Paper:地下含水层储能技术的应用条件及其关键科学问题),1.2储能技术发展状况与展望,1.2.1储能技术发展的历史,承压含水层储热(冷)系统由冷井、热井、井间管道与换热器组成。为避免冷热“短路”的相互影响，交替作为取水井和回灌井的冷井与热井，间距至少为15mm20mm。含水层储存的是低品位的冷与热，大多数储热(冷)系统回灌水的温度，冬季为69，夏季为1525。,世界最早投入运行的抽水蓄能电厂为瑞士Schaffhausen电站，设2座常规机组和2座泵机，装机2000kw,从1909年开始迄今仍在运行中。20世纪60、70年代后发展迅速。广州抽水蓄能电厂总装机容量240万千瓦。近年来，我国电力蓄能技术发展迅速，全国已有20多个省市应用了电力蓄冷、蓄热技术，累计可转移高峰负荷80万千瓦，按冰冷空调和蓄热电锅炉平均移峰成本约1500元/kW和900元/kW计算，已节省电力投资50多亿元。,储能技术将在能源系统、可再生能源（单个或集成）技术及输送中发挥作用；它的发展，必须和现有的过容电站或应急发电厂相适应。为了减少温室气体排放，降低一次能源的消耗，促成可再生能源在持续供给电力中份额的不断增加，为偏远地区提供廉价、可靠的电力，储能至关重要。,1.2.2储能技术发展的前景,提高电池的能源密度和寿命，开发新材料