1、储能技术与原理,王小霞,目录,01 储能技术分类,02 储能材料,03 储能方法,04 生活中的储能例子,01 储能技术分类,能源的分类,一次能源,二次能源,化石燃料,核能,可再生能源,固、液、气体燃料,核裂变、核聚变,水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能,电能,热能,其他燃料,最重要、应用最广,地热、水热,二甲醚（CH3OCH3）、氢能,为什么要用到储能技术？,重要的原因是不稳定的能源会随环境流失，得不到有效的利用，需要先使用储能技术将这些可用的能源保存起来，然后得到有效的利用。利用化学或者物理方法将产生的能量存储起来并在需要的时释放的一系列技术与措施。,01,02,03,04,05
2、,抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能,合成天然气、电解水,储热、储冷、采用想变材料和热化学材料储能,各种二次电池,超级电容器储能、超导储能,机械类,化学类,热储能,电化学类,电气类,储能技术,有哪些储能技术呢？,电容器储能,基本原理,根据电化学双电层理论研制而成，又称双层电层电容器，两电荷层距离非常小（0.5mm），采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。,电容器储能将电能直接处处在电场中，无能量形式转换，充放电时间快，适合用于改善电能质量，由于能力密度较低，适合与其他储能联合使用。,应用,电容器储能,铅酸电池,放电反应,PbO2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O
3、+PbSO4 阴阳极在电解液中放电，硫酸铅,PbSO4+2H2O+PbSO4 PbO2+2H2SO4+Pb 外界充电过程,充电反应,铅酸电池储能,铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一。铅酸电 池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液中，两极会产生2V的电势，这就是其原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生以下变化。,热储能技术,热储能系统,在一个热储能系统中，热能被储存在隔热容器的媒介 中，以后需要时可以被转化回电能，也可以直接利用 而不用再转化为电能。,优缺点,应用,热储能的媒介可以是液态的水，热水可直接使用， 也可以用于房间的取暖，运行中的热水的温度是有 变化的，所以冬季供暖与集热
4、式 热发电站。,储能媒介可以是水或其他相变材料 热储能要各种高温化学热工质，应用场合比较受限,各种储能技术优缺对比,为提高配电网设备的资产利用率，储能可以作为“削峰填谷”的手段之一，在短暂的用电高峰出现时，储能系统向电网释放电能；在电网出现负荷低谷时储能系统向电网吸收电能。,02 储能材料,智能电网,锂离子电池,新能源电动车（石墨烯）,储能材料分类,分类依据有很多，这里我们按储存能量的媒体介质原材 料划分，也可以按应用领域划分，分为热能材料，电能 材料、和储氢或储光的高复合型材料。,什么是智能电网？,新技术,可靠性,安全性,服务性,以物理电网为基础，将现代先进的传感、通讯、计算机技术紧密结合形
5、成的新型电网，是运输电力，保证相比于传统电力的安全可靠，是载输电力的主要材料，结合了多种学科知识。,锂离子电池,铅酸电池是最老的也是最成熟的化学储能方法，已有100多年的历史， 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。 在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌： 充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。 锂系电池分为锂电池和锂离子电池。 手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。 电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 目前的化学电源主要有钠硫电池、液流电池和
6、锂离子电池。,优,石墨烯,1 sp2杂化碳质材料：重要的储能材料,2 sp2碳质材料的基元材料 石墨烯 ：诞生和奇特性质,3 具有理想二维结构的石墨烯:新型储能材料,碳是自然界广泛存在的一种元素， 具有多样性、特异性和广泛性的特点。碳元素可以 sp、sp2 、sp3 三种杂化方式形成固体单质。而 碳sp2 杂化形成的碳质材料的基元结构是二维石墨烯片层。,储能材料,扩充储电空间高的能量密度,控制微观结构和宏观织构高的功率特性,提高石墨烯片层结构完整性低内阻和高导电特性,机械劈裂法(mechanical cleavage)获得单层和薄层石墨烯,石墨烯新型储能材料,超级电容器材料,储氢/甲烷,太阳电
7、池材料,石墨烯锂电池材料,导体与半导体材料（分子结构）,03 储能方法,电池,电感器,电容器,储能方法分类,按性质可分为物理储能（电容）、化学储能（电池）和电磁储能（电感器），以上分别是几种例子。储能方法与储能技术紧密结合。,锂离子电池以含锂的化合物作正极，如钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）或磷酸铁锂（LiFePO4）等二元或三元材料；负极采用锂-碳层间化合物，主要有石墨、软碳、硬碳、钛酸锂等；电解质由溶解在有机碳酸盐中的锂盐组成的。其工作原理如图所示，充电时，锂原子变成锂离子通过电解质向碳极迁移，在碳极与外部电子结合后作为锂原子储存，放电的时候整个过程可逆。与其他传统蓄电池相
8、比，锂离子电池具有比能量高、额定电压高、大电流放电能力强、高功率承受力、自放电率低等优点，其比能量（200Wh/kg）达到了铅酸电池的5倍左右，单体工作电压为3.7V或3.2V，循环寿命在浅充放模式下可以达到30005000次，储能效率可以达到90%以上。,电池储能,电池储能（化学）,超导储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。将一个超导体圆环置于磁场中，降温至圆环材料的临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中便有感应电流产生，只要温度保持
9、在临界温度以下，电流便会持续下去。试验表明，这种电流的衰减时间不低于10万年。显然这是一种理想的储能装置，称为超导储能。超导储能的优点很多，主要是功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快等等，因此应用很广。如大功率激光器，需要在瞬时提出数千乃至上万焦耳的能量，这就可有超导储能装置来承担。超导储能还可以用于电网。当大电网中负荷小时，把多余的电能储存起来，负荷大时又把电能送回电网，这样就可以避免用电高峰和低谷时的供求矛盾。,超导储能,电感器储能,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因此，超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。,超级电容,电容器储能（物理）,04 生活中的储能例子,青岛风力发电组,电动车充电站,广西光伏发电系统,西部智能电网电池储能系统,THANK YOU,
