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储能原理感想

材料与冶金学院东北大学

现如今，人类每年释放到地球上的二氧化碳有350亿吨，它们直接影响到全球气候的变化。全球排放

的二氧化碳中95%以上来自于化石能源的燃烧。煤、石油、天然气等化石能源是当前人类使用的主要能源。

因此，节能、改变能源结构、开发新能源就成了人们的重要选择。储能技术尤其是在可再生能源和分布式

发电领域，这种作用尤为明显，在传统的发电和输配电网络中，这些新技术同样可以得到应用。

开发利用新能源如太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪能、温差能、海流能、盐差能等，是人类应

对气候变化的又一重要措施。但是由于目前这些能源的利用成本太高。使用规模和范围受到很大的限制，

广泛使用还需时日。其中一个重要原因就是这些不稳定能源需要先进的储能技术，才能够稳定输出。

所谓能量储存，即储能，也称为蓄能，是指使能量转化为在自然条件下必将稳定的存在形态的过程。

首先先简单介绍各种储能技术的基本技术类型及其发展现状。

1、抽水储能

抽水蓄能电站在应用时必须配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段，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。在负荷高峰时，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。一些高坝水电站具有储水容量，可以将其用作抽水蓄能电站进行电力调度。利用矿

井或者其他洞穴实现地下抽水储能在技术上也是可行的，海洋有时也可以当作下游水库用，1999年日本建

成了第一座利用海水的抽水蓄能电站。

抽水储能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用，1933年出现了可逆机组(包括泵水轮机和电

动与发电机)，现在出现了转速可调机组以提高能量的效率。抽水蓄能电站可以按照任意容量建造，储存能

量的释放时间可以从几小时到几天，其效率在70%至85%之间。

抽水储能是在电力系统中得到最为广泛应用的一种储能技术，其主要应用领域包括能量管理、频率控

制以及提供系统的备用容量。目前，全世界共有超过90GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容

量的3%。限制抽水蓄能电站更广泛应用的一个重要制约因素是建设工期长，工程投资较大。

2、先进蓄电池储能

据估计，全球每年对蓄电池的市场需求大约为150亿美元，在工业用蓄电池方面，如：用于UPS、电能

质量调节、备用电池等，其市场总量可达50亿美元。在美国、欧洲以及亚洲，正在组建生产电力系统储能

用的高性能蓄电池企业。在过去的12至18个月里，已有生产能力达每年300MW的蓄电池生产线投入运行。

铅酸电池是最古老、也是最成熟的蓄电池技术。它是一种低成本的通用储能技术，可用于电能质量调

节和UPS等。然而，由于这种蓄电池寿命较短，因此限制了其在能量管理领域中的应用。ZnBr电池在20世

纪70年代早期由Exxon开发成功，经过多年的研究和发展，已经建成了很多容量为数千瓦时的ZnBr电池储

能系统并经过试验，其净效率为75%。20世纪80年代初期澳大利亚新南威尔士大学率先研制出VRB电池，

目前，在日本已安装了一套500kW/5MW?h的VRB储能系统，其净效率高达85%。

近年来，各种新型的蓄电池被相继开发成功，并在电力系统中得到应用。英国的RegenesysTechnologies

正在采用PSB电池建设一座15MW/120MW?h的储能电站，其净效率约为75%。NaS电池具有较高的储能效

率(约89%)，同时还具有输出脉冲功率的能力，输出的脉冲功率可在30s内达到连续额定功率值的六倍，这

一特性使NaS电池可以同时用于电能质量调节和负荷的削峰填谷调节两种目的，从而提高整体设备的经济

性。在日本，目前采用NaS电池技术的储能示范工程有30多处，总储能容量超过20MW，可用于8h的日

负荷峰谷调节。

与其他蓄电池相比，锂离子电池的主要优点是储能密度高(300～400kW.h/m3,130kW.h/t)，储能效率高(接

近100%)和使用寿命长(每次放电不超过储能的80%时可充3000次)。由于具有上述优点，锂离子电池得到快

速发展。但是，尽管在几年之内锂电池已经占有小型移动设备电源市场份额的50%，生产大容量锂离子电

池仍然有一些挑战性的工作要做，主要的障碍在于其居高不下的成本，这主要是由于它需要特殊的包装和

配备必要的内部过充电保护电路。