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储能技术及应用 材料科学与工程 发展创新性储能技术对加快发展我国新能源产业有 决定性意义 近几十年来 ， 储能技术的研究和发展一直受到各国 能源 、 交通 、 电力 、 电讯等部门的高度重视 储能技术 材料科学与工程专业 储能（电力） 技术 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 静止设备 铅酸 、镍氢、 镍镉 、锂离子 、 钠硫和液流等 电池储能 运输工具 储能技术的分类 小型工业和商业 设施 ~ 10 100KW 25KWh MW ~ 1 20MW 10MW 用户类型 功率等级 发电站 ~ 25 100KW ~ 1 100W 火车 、轻轨列车 ~ 100 500KW ~ 10 100MW 潜艇 输电网 汽车 家庭 1KW 配电网 能量等级 500KWh MWh 100KWh 10MWh 5KWh Wh 10~ 100MWh 10MWh 设备类型 便携式设备 冰蓄冷储能 液压储能 抽水储能 压缩空气储能 飞轮储能 物理储能 弹性储能 液压储能 材料科学与工程专业 抽水储能 材料科学与工程专业 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 材料科学与工程专业 物理储能 抽水储能 √ 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。 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。 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。 压缩空气储能 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。 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。 飞轮储能 1999 年欧洲 Urenc Power 公司利用高强度 碳纤维和玻璃纤维复合 材料制作飞轮 ， 转速为 42 000 rad/min ， 2001 年 1 月系统投入运行， 物理储能 飞轮储能 充当UPS ， 储能量达到 18 MJ 材料科学与工程专业 电磁悬浮轴承 ， 输出恒压 110V/ 240V ， 储效81% 24kWh, ~ 11610 46345 rad/min 高强度碳纤维和玻璃纤维 复合材料 高温超导磁浮立时轴承 ， 储效84% 超导磁浮轴承， 储效96% 美国马里兰大学 (1991) 超导与永磁悬浮轴承