太阳能光伏储能技术.ppt

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1、7.37.3储能装置储能装置1.1.发展背景发展背景2.2.储能装置分类储能装置分类 2.1.2.1.机械储能机械储能 2.2.2.2.电磁储能电磁储能 2.3.2.3.化学储能化学储能3.3.结语结语1.1.发展背景发展背景 1.太阳能光伏技太阳能光伏技术的自身局限性。的自身局限性。以太阳能光伏以太阳能光伏发电为代表的新能源的利用受到自然条件代表的新能源的利用受到自然条件的的显著影响和限制，包括天气、季著影响和限制，包括天气、季节，时间、地域、地形地貌等、地域、地形地貌等各种因素。各种因素。它不像它不像传统化石化石资源那源那样稳定、持定、持续地提供能源，地提供能源，输出出功率功率波波动显著，

2、著，对电网而言是一种冲网而言是一种冲击性的性的电源。在同一地区，并网源。在同一地区，并网的光伏的光伏发电输出功率的波出功率的波动可能是同步的，但随着光伏可能是同步的，但随着光伏发电技技术和市和市场的不断的不断扩展，装机容量越来越大，潜在的冲展，装机容量越来越大，潜在的冲击力随之越来力随之越来越大。因此，越大。因此，发展展储能技能技术已成已成为目前目前电力和新能源力和新能源领域全球关域全球关注和支持的焦点，注和支持的焦点，许多国家都将大多国家都将大规模模储能技能技术定位定位为支撑新能支撑新能源源发展的展的战略性技略性技术。1.1.发展背景发展背景2.太阳能光伏技太阳能光伏技术的的发展。展。可再生

3、能源正在由可再生能源正在由辅助能源逐助能源逐渐转为主要主要的甚至是主的甚至是主导能源。当不能源。当不稳定的可再生能源定的可再生能源利用率到如此高的程度利用率到如此高的程度时，对它它们的的输出出进行行稳定是必要的。定是必要的。1.1.发展背景发展背景 3.储能装置的作用。能装置的作用。储能就是能就是对来自太阳能来自太阳能电池板池板发出的出的电能能进行行储存，利用存，利用储能能环节在可再生能源的在可再生能源的发电功率大于功率大于负载需要需要时储存存电能，在他能，在他们不能不能够满足足负载需要需要时提供提供电能的能的补充，以最大效率收集和利用可再生能源，充，以最大效率收集和利用可再生能源，这对于可再

4、生能源分布式于可再生能源分布式发电系系统来来说是必是必须的，是建的，是建立立稳定的本地供定的本地供电的基的基础，对电网接入的网接入的发电系系统来来说，储能是一种灵活的可能是一种灵活的可调度手段，可以最大限度地度手段，可以最大限度地利用新能源，降低利用新能源，降低对电网的冲网的冲击和依和依赖，具有迫切的，具有迫切的需求。需求。2.2.储能装置分类储能装置分类 物理形式物理形式 化学形式化学形式化学形式化学形式 2.12.1机械储能装置机械储能装置2.1.1.抽水抽水储能能2.1.1.抽水抽水储能能2.1.1.抽水储能一.原理与分类：1.原理：抽水蓄能是集抽水与发电于一体的一种蓄能方式，实现的是势

5、能与电能的转换。在满足地质和水文等条件的前提下，分别在上下游设置水库；在电力负荷低谷时，将低地势的下水库的水抽到高地势的上水库中，将电能转换为势能；在用电高峰时，再将上水库的水释放，驱动水轮机发电机组发电，将势能转换为电能。2.1.1.抽水抽水储能能2.抽水蓄能抽水蓄能电站的站的类型：型：按开按开发方式可分方式可分为：纯抽水蓄能抽水蓄能电站、站、混合式抽水蓄能混合式抽水蓄能电站、站、调水式抽水蓄能水式抽水蓄能电站；站；按按调节周期分周期分为：日：日调节、周、周调节和季和季调节等；等；按水按水头分分为：高水：高水头和中低水和中低水头；按机按机组类型分型分为：四机分置式、：四机分置式、三机串三机串

6、联式、式、二机可逆式；二机可逆式；按布置特点分按布置特点分为：地面式、地下式、和特殊布置：地面式、地下式、和特殊布置形式（人工地下水形式（人工地下水库）2.1.1.抽水抽水储能能3.抽水蓄能的特点及抽水蓄能的特点及应用：用：优点点：抽水抽水蓄能蓄能技技术比比较成熟，成熟，储存能量巨大，存能量巨大，设备的使用的使用寿命寿命较长（一般可达（一般可达30-40年），年），综合效率高合效率高（一般（一般 可达可达70%-85%）。）。不足：不足：抽水蓄能工程量抽水蓄能工程量较大而且受到地理大而且受到地理环境的限制。境的限制。应用：用：抽水蓄能已广泛抽水蓄能已广泛应用于用于电力系力系统中中调峰填谷、峰填

7、谷、调频、调相、相、紧急事故急事故备用、黑启用、黑启动以及以及为系系统提供提供备用容用容量等方面，是量等方面，是电网安全、网安全、经济运行的有效运行的有效调控控手段手段2.1.1.抽水抽水储能能二、抽水蓄能技二、抽水蓄能技术的的发展展历史与史与现状状2.1.1.抽水抽水储能能三、抽水蓄能的三、抽水蓄能的发展展趋势抽水蓄能作抽水蓄能作为一种技一种技术较为成熟，且市成熟，且市场应用用较成功的大容量成功的大容量储能技能技术，受到了世界各国的高度重，受到了世界各国的高度重视，但每个国家都有不同的但每个国家都有不同的环境，并面境，并面临不同的不同的现实情况，情况，需要有需要有针对性地制性地制订发展展计划

8、解决划，解决发展展过程中遇到程中遇到的各种的各种问题。在我国，抽水蓄能站址在我国，抽水蓄能站址资源源较为丰富，能丰富，能够满足各地足各地区区电网自身网自身发展的需要。展的需要。经初步初步经济分析，抽水蓄能分析，抽水蓄能电站站前期前期选址址总量可达量可达1.5亿KW以上，以上，这些些这些抽水蓄能站址些抽水蓄能站址主要分布在南方主要分布在南方电网、网、华东电网、网、华中中电网、和网、和华北北电网网内，占据已知全国抽水蓄能站址容量的内，占据已知全国抽水蓄能站址容量的80%。2.12.1机械储能装置机械储能装置2.1.2.压缩空气空气储能能2.1.2.压缩空气空气储能能一一.压缩空气空气储能的原理特

9、点及分能的原理特点及分类1.原理：原理：压缩空气空气储能一般包括能一般包括5个主要部件：个主要部件：压气机、燃气机、燃烧室及室及换热器、器、涡轮（透平）机、（透平）机、储气装置、气装置、电动机机/发电机。机。在在储能能时：压缩空气空气储能系能系统耗用耗用电能将空气能将空气压缩并并 存于存于储气室中；气室中；在在释能能时：高：高压空气从空气从储气室气室释放，放，进入燃气入燃气轮机燃机燃 烧室同燃料一起燃室同燃料一起燃烧后，后，驱动涡轮机机带动 发电机机输出出电能。能。2.1.2.压缩空气空气储能能2.特点特点（1）规模上模上仅次于抽水蓄能，适合建造大型次于抽水蓄能，适合建造大型电站。站。压缩空气

10、空气储能能 系系统工作工作时间长，可以持，可以持续数小数小时乃至数天。乃至数天。（2）建造成本和运行成本）建造成本和运行成本较低，低于低，低于钠硫硫电池和液流池和液流电池，也低池，也低于抽水蓄能于抽水蓄能电站，具有很好的站，具有很好的经济性。其次由于使用高性能性。其次由于使用高性能绝 热材料，材料，仅使用少量或不使用天然气或石油等燃料即可使用少量或不使用天然气或石油等燃料即可实 现对压缩空气的加空气的加热，从而降低燃料成本占比。，从而降低燃料成本占比。（3）场地限制少。地限制少。（4）寿命）寿命长，通常，通常维护可以达到可以达到4050年，并且其效率可以达到年，并且其效率可以达到 60%左右，

11、接近抽水蓄能左右，接近抽水蓄能电站。站。（5）安全性和可靠性高。）安全性和可靠性高。压缩空气空气储能使用的原料是空气，不会能使用的原料是空气，不会 燃燃烧，不，不产生任何有毒有害气体，也没有爆炸的危生任何有毒有害气体，也没有爆炸的危险。2.1.2.压缩空气空气储能能3.分分类：（1）根据）根据热源不同分源不同分为：燃：燃烧燃料的、燃料的、带储热的和无的和无热 源的源的压缩空气空气储能系能系统；（2）根据）根据规模不同可分模不同可分为：大型（：大型（单台机台机组规模模为 100MW级）、小型（）、小型（10MW）和微型（）和微型（100KW级）；）；（3）根据能否和其他）根据能否和其他热力循力循

12、环系系统耦合可分耦合可分为：传统压缩空气空气储能系能系统、压缩空气空气储能能燃气燃气轮机耦合系机耦合系统、压缩空气空气储能能燃气蒸汽燃气蒸汽联合循合循环耦合系耦合系统、压缩空气空气储能能内燃机耦合系内燃机耦合系统、压缩空气空气储能能制冷循制冷循环耦合系耦合系统、压缩空气空气储能能可再生能源耦合系可再生能源耦合系统。2.1.2.压缩空气空气储能能 压缩空气空气储能可以能可以实现大容量和大容量和长时间电能能储存的存的电力力储能系能系统，是指将低谷、，是指将低谷、风电、太阳能等不易、太阳能等不易储藏的藏的电力用于力用于压缩空气，将空气，将压缩后的高后的高压空气密封在空气密封在储气气设施中，施中，在需

13、要需要在需要需要释放放压缩空气推空气推动透平透平发电的的储能方式。目前，能方式。目前，地下地下储气站可采用气站可采用报废矿井、沉降在海底的井、沉降在海底的储气罐、山洞、气罐、山洞、过期油气井和新建期油气井和新建储气井等多种模式，其中最理想的水封气井等多种模式，其中最理想的水封恒恒压储气站，能保持气站，能保持输出恒出恒压气体。地上气体。地上储气站采用高气站采用高压的的储气罐模式。气罐模式。压缩空气空气储能具有容量大、工作能具有容量大、工作时间长、经济性能好、充放性能好、充放电循循环多等多等优点。点。2.1.2.压缩空气空气储能能二。二。发展展现状及状及应用情况：用情况：压缩空气空气储能能发电已有

14、成熟的运行已有成熟的运行经验，最早投运的机，最早投运的机组已安全运行已安全运行30多年。多年。压缩空气空气储能是一能是一项灵活而可靠的技灵活而可靠的技术，可迅速，可迅速满足各种足各种变负荷荷要求，具有快速起要求，具有快速起动能力，有良好的能力，有良好的负荷跟踪和荷跟踪和频率控制特性，能率控制特性，能实现远距离自距离自动控制。控制。压缩空气空气储能系能系统具有容量大、工作具有容量大、工作时间长、经济性能好、充放性能好、充放电循循环多等多等优点，但目前点，但目前还存在存在传统压缩空气空气储能需能需要燃要燃烧化石能源、小型系化石能源、小型系统的效率不高和大型系的效率不高和大型系统需要特定的地理条需要

15、特定的地理条件建造件建造储气室等缺点。气室等缺点。压缩空气蓄能空气蓄能电站正在向大型化站正在向大型化联合循合循环和微和微型化方向型化方向发展，展，联合循合循环以及以及热、电、冷多、冷多联供都可以大幅度提高能供都可以大幅度提高能源利用效率，在世界范源利用效率，在世界范围内受到了广泛的关注，未来将成内受到了广泛的关注，未来将成为除抽水蓄除抽水蓄能之外最具能之外最具发展潜力的大展潜力的大规模模储能系能系统。2.1.3 飞轮储能能一一.飞轮储能的原理特点及分能的原理特点及分类1.原理：原理：将能量从外界将能量从外界输入后，入后，电动机将在机将在电子子电力力输入入设备的的驱动下下带动飞轮高速旋高速旋转，

16、这一一过程相当于程相当于给飞轮储能系能系统充充电；当当飞轮转子达到一定工作子达到一定工作转速速时，电力力电子子输入入设备停止停止驱动电动机，系机，系统完成充完成充电；当外界需要能量当外界需要能量输出出时，高速旋，高速旋转的的飞轮转子降低子降低转速，通速，通过发电机的机的发电功能将功能将动能能转化成化成电能能释放，通放，通过给负载提供能量，完成系提供能量，完成系统的放的放电过程。程。2.1.3 飞轮储能能2.结构构组成成 飞轮、轴承、承、电机、机、真真空空容容器器 电力力电子装置子装置2.1.3 飞轮储能能一一.飞轮储能的工程能的工程应用：用：（1）智能）智能电网的网的应用用（2）交通运）交通运

17、输的的应用用（3）UPS电源的源的应用用（4）新能源）新能源电力的力的储存存2.2.2.2.电磁储能技术电磁储能技术-超导储能超导储能一、超一、超导储能的原理与特点能的原理与特点1.原理：原理：超超导体：体：许多金属和合金都具有低温下失去多金属和合金都具有低温下失去电阻的特性，阻的特性，这种种特殊的特殊的导电性能被称性能被称为“超超导态”，处于超于超导态的的导体称之体称之为“超超导体体”。零零电阻效阻效应：超：超导体的直流体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，阻率在一定的低温下突然消失，被称被称为“零零电阻效阻效应”。用超。用超导体体导线制成螺旋形制成螺旋形线圈，圈，线圈通圈通电产生磁生磁场，

18、其所，其所储能量与能量与电流的平方和流的平方和电感的乘感的乘积成正比。成正比。若若线圈圈导体有体有电阻，能量会以焦耳阻，能量会以焦耳热的形式消耗，而超的形式消耗，而超导体在体在深冷状深冷状态下下电阻阻为零，不存在焦耳零，不存在焦耳热损耗，将螺旋耗，将螺旋线管两端短接，磁管两端短接，磁能可被永久能可被永久储存。需要存。需要时将将线圈两端外接圈两端外接负载，即可将，即可将储存于存于线圈内圈内的磁能的磁能转化化为电能，随能，随时取出。取出。2.2.2.2.电磁储能电磁储能2.特点特点（1）可）可长期无期无损耗地耗地储存能量，存能量，转换效率超效率超过90%。（2）可通）可通过采用采用电力力电子器件的

19、子器件的变流技流技术实现与与电 网的网的连接，响接，响应速度快（毫秒速度快（毫秒级）。）。（3）由于其）由于其储存能量与功率存能量与功率调节系系统的容量可独立的容量可独立地在大范地在大范围内内选取，因此可将超取，因此可将超导储能能系系统建建 成所需成所需 的大功率和大能量系的大功率和大能量系统。（4）除了真空和制冷系）除了真空和制冷系统外没有外没有转动部分，使用寿部分，使用寿 命命长。（5）建造）建造时不受地点限制，不受地点限制，维护简单，污染小。染小。2.2.2.2.电磁储能电磁储能二二 发展展现状状目前，国目前，国际上在在超上在在超导储能系能系统的研究的研究开开发方面投入了大量的人力物力，

20、主要是开方面投入了大量的人力物力，主要是开发微型超微型超导储能装置的能装置的实际应用。美国、德国和日本等提出了开用。美国、德国和日本等提出了开发100kWh等等级的微型超的微型超导储能装置的建能装置的建议，如用于磁，如用于磁悬浮浮列列车、计算机大楼和高算机大楼和高层建筑等用的超建筑等用的超导储能系能系统；美国；美国IGC和和AMSC公司的微型超公司的微型超导储能装置（能装置（110MJ）已）已经商品化，商品化，AMSC公司目前正在开公司目前正在开发一种新的配一种新的配电SMES（D-SMES）用于功率）用于功率调节。2.2.2.2.电磁储能电磁储能三、面三、面临的的问题（1）超）超导材料的材料

21、的临界温度有待提高；界温度有待提高；（2）超）超导材料的价格比材料的价格比较高，有的比常高，有的比常规材料材料 高几十倍甚至上百倍；高几十倍甚至上百倍；（3）超）超导技技术所所应用的低温制冷系用的低温制冷系统的制的制备还比比较复复杂，且制冷机的免，且制冷机的免维护寿命寿命较短。短。（4）超）超导装装备的低温高的低温高电压绝缘技技术，实时监测技技术，集成技，集成技术以及与常以及与常规系系统的的匹匹配配协调运行等也需要运行等也需要进一步研究。一步研究。2.2.2.2.电磁储能电磁储能四、研究方向四、研究方向 1.降低成本。降低成本。2.开开发高温超高温超导线材。材。3.研究研究变流器。流器。4.研

22、究控制策略。研究控制策略。5.降低降低损耗和提高耗和提高稳定性。定性。6.研究失超保研究失超保护技技术。2.3 2.3 化学储能化学储能2.3.1.钠硫硫电池池储能能2.3.2锂离子离子电池池储能能2.3.3.液流液流电池池储能能2.3.4超超级电容容储能能2.3.5制制氢储能能2.3.1.2.3.1.钠硫电池储能钠硫电池储能一、一、钠硫硫电池的原理与特点池的原理与特点1.原理原理钠硫硫电池（池（NAS）以）以钠和硫分和硫分别作阳极作阳极和阴极，氧化和阴极，氧化铝陶瓷同陶瓷同时起隔膜和起隔膜和电解解质的双从作用。的双从作用。电池形式池形式：(-)Na(液液)|氧化氧化铝|Na2SX,S(液液)

23、)基本的电池反应：负极反极反应：2Na 2Na+2e-正极反正极反应：2Na+xS+2e-Na2Sx总反反应：2Na+xS Na2Sx2.结构3.特点（1）比能量高。理）比能量高。理论比能量比能量为760Wh/kg,是是铅酸酸 电池的池的3-4倍；倍；（2）功率大。）功率大。单体体电池功率可达到池功率可达到120W以上，以上，形成模形成模块后功率可达数十千瓦，可直接用后功率可达数十千瓦，可直接用于于储能；能；（3）库伦效率高。由于采用固体效率高。由于采用固体电解解质，几乎，几乎 无自放无自放电现象，充放象，充放电效率几乎效率几乎为100%；（4）运行无）运行无污染。采用全密封染。采用全密封

24、结构，运行中无构，运行中无 振振动无噪声，没有气体放出，无噪声，没有气体放出，预期寿命期寿命长。（5）制造便利、成本低、）制造便利、成本低、结构构简单、维护方便。方便。二、钠硫电池发展现状2.3.22.3.2锂离子电池储能锂离子电池储能一、一、锂离子离子电池工作原理及池工作原理及结构构1.原理原理锂离子离子电池俗称池俗称“摇椅椅电池池”，是由可脱嵌，是由可脱嵌Li+为正、正、负级的二次的二次电池，由正极、池，由正极、负极、极、电解解液及隔膜，外加正液及隔膜，外加正负引引线、电池壳、安全装置等池壳、安全装置等组成。成。正极材料一般正极材料一般为锂的化合物；的化合物；负极材料一般极材料一般为碳材料

25、等，目前硅等合金碳材料等，目前硅等合金类负极也有部分极也有部分应用；用；电解液一般由有机溶解液一般由有机溶剂和和电解解质（锂盐）组成。成。以C负极、LiCoO2 正极为例的电化学表达式为(-)C6|1molL-1 LiPF6 EC+DEC|LiCoO2(+)正极反应：LiCoO2 放电Li1-xCoO2+xLi+xe-充电 负极反应：xLi+C6+xe-放电C6Lix充电 常见锂离子电池结构参数电池池结构构外外 形形容量容量/mAh圆柱形18mm，高65mm22003000方形 长50mm、宽34mm、高4-8mm10003000聚合物可定制，薄（0.1mm）、大5010000扣式20mm,高

26、2.5mm200二、锂离子电池储能系统应用由于由于锂离子离子电池能量密度大、自放池能量密度大、自放电小，无小，无记忆效效应、工作温度范、工作温度范围宽、可快速充放、可快速充放电、使用寿命使用寿命长、无、无环境境污染等染等优点，不点，不仅可以可以满足足储能系能系统的的电力力调峰的需要，而且具峰的需要，而且具备向向电力系力系统提提供供频率控制、快速功率响率控制、快速功率响应等等辅助服助服务的能力。的能力。锂离子离子动力力电池池现已广泛已广泛应用于移用于移动储存存设备、电动汽汽车等等领域，域，产业链和技和技术已已经比比较成熟，属成熟，属于目前效率很高的于目前效率很高的储能方式。能方式。许多国家已建或

27、在建多国家已建或在建锂离子离子电池池储能示范工程，我国能示范工程，我国风光光储示范工程中示范工程中的的锂离子离子电池池储能系能系统也是目前很有影响力的展示也是目前很有影响力的展示成果。成果。2.3.3.2.3.3.液流电池储能液流电池储能 1.液流液流电池池的基本特征：的基本特征：液流液流电池是一种池是一种电化学化学储能技能技术，它由，它由电堆堆单元、元、电解解质溶液及溶液及电解解质溶液溶液储供供单元、控制元、控制管理管理单元等部分元等部分组成。成。液流液流电池系池系统的核心是由的核心是由电堆和堆和实现充、放充、放电过程的程的单电池按特定要求串池按特定要求串联而成的，而成的，结构与构与燃料燃料

28、电池池电堆相似。堆相似。电堆堆储能系能系统的成本、功率、循的成本、功率、循环寿命、效寿命、效率、率、维护等性能有很大影响。等性能有很大影响。电堆是提供堆是提供电化学化学反反应的的场所，是所，是实现储能系能系统电能和化学能相互能和化学能相互转换的的场所，是所，是钒电池系池系统的核心部分。的核心部分。液流电池原理图及电堆结构示意图2.电极反应全全钒液流液流电池（池（VFB）正极）正极电对为：VO2+/VO+2 ,负极极为V 2+/V3+.电解解质在在电池中循池中循环。全。全钒液流液流电池池充充电时，电极反极反应为：正极：正极：VO2+H2O-e-VO+2 +2H+负极：极：V3+e-V 2+总反反

29、应：VO2+H2O+V3+V 2+VO+2+2H+全全钒液流液流电池的池的标准准电动势为1.26V，实际使用中，由于使用中，由于电解液解液浓度、度、电极性能、隔膜极性能、隔膜电导率等因素的影响，开路率等因素的影响，开路电压可达到可达到1.51.6V.3.全钒液流电池特点优点：点：（1）输出功率与出功率与储能容量可控。能容量可控。（2）安全性高。）安全性高。（3）启）启动速度快。速度快。（4）电池倍率性能好。池倍率性能好。（5）电池寿命池寿命长。（6）电池自放池自放电可控。可控。（7）制造和安置便利。）制造和安置便利。（8）电池材料回收和再利用容易。池材料回收和再利用容易。不足：不足：（1）全）

30、全钒液流液流电池的能量密度偏低。池的能量密度偏低。（2）钒迁移与水迁移与水扩散造成的物流失衡及容量散造成的物流失衡及容量 衰减。衰减。（3）液流）液流电池运行的池运行的电流密度低。流密度低。（4）电池系池系统成本高。成本高。4.液流电池应用 1.普能公司全普能公司全钒液流液流电池布置池布置2.3.4 2.3.4 超级电容储能超级电容储能一、基本原理与分类：超级电容器是以多孔性材料为电极，由正负电荷层形成的可实现可逆充放电的高静电容量电容器，与普通电容器相比，它具有更高的介电常数，更大的耐压能力和更大的存储容量，有保持了传统电容器释放能量快的特点，逐渐在储能领域中被接受。根据工作原理不同分为双双

31、电层电容器容器和赝电容器容器两种。1.双电层电容器（EDLC）工作原理工作原理图2.赝电容器（也称法拉第电容）原理：原理：电极表面极表面发生了氧化生了氧化还原反原反应反反应方程式：方程式：NiO+OH-NiOOH+e-与与电池中的池中的电化学反化学反应不同，不同，赝电容中的容中的电荷荷转移反移反应只只发生在生在电极材料的表面，极材料的表面，其充放其充放电过程要程要远快于普通快于普通电池。池。3.特点优点：点：（1）在很小的体）在很小的体积下达到法拉下达到法拉级的的电容量；容量；（2）无）无须特特别的充的充电电路和控制放路和控制放电电路；路；（3）和）和电池相比，池相比，过充、充、过放都不放都不

32、对其寿命构成其寿命构成负 面影响。面影响。（4）超）超级电容可容可焊接，不存在像接，不存在像电池接触不牢固等池接触不牢固等问题。不足：不足：（5）使用不当会造成）使用不当会造成电解解质泄露等泄露等现象。象。（6）和）和铝电解解质相比，内阻相比，内阻较大，因而不可以大，因而不可以用于用于 交流交流电路路（7）储能密度不如蓄能密度不如蓄电池池二、研究与发展现状2.3.5 2.3.5 制氢储能制氢储能可再生能源包括太阳能、风能、潮汐能、地热能等，值得注意的是，这些能源均有同样的载体，即氢。在所有的能源中，氢能被认为是最环保的能源。如使用燃料电池技术，将其与氧气反应将化学能转化为电能过程中，仅有水生成

33、没有任何污染物有害气体排除；另一方面，当将其进行储存时，利用电能或则太阳能将水分解制氢或则高压储氢均不会产生其他有害的气体或污染物。一、电能及热能向氢能的转化1.电解水制解水制氢（电能能-氢能系能系统）原理：原理：阴极反阴极反应：4e-+4H2O=2H 2+4OH-阳极反阳极反应：4OH-=O2+2H2O+4e-二、热和光化学制氢（太阳能-氢能系统）利用太阳能制利用太阳能制氢的方式有以下几种：的方式有以下几种：太阳能太阳能电解水制解水制氢、热化学制化学制氢、热解水制解水制氢、光催化制、光催化制氢以及光合作用制以及光合作用制氢等。等。太阳能太阳能电解水制解水制氢包括两种工作模式：一种包括两种工

34、作模式：一种是将太阳能基于光伏效是将太阳能基于光伏效应先先转化成化成电能，再将能，再将电能用于能用于电解水制解水制氢，称，称为间接接电解水制解水制氢；另一种是将太阳能直接；另一种是将太阳能直接电解制解制氢，主要是基于光化学，主要是基于光化学电池和半池和半导体光催化法，它体光催化法，它的特的特别之之处是阳极与是阳极与传统电极不同，多极不同，多为光光电半半导体材料，体材料，可以感光并吸收太阳能并将太阳能可以感光并吸收太阳能并将太阳能转化化为电能，从而制能，从而制备出出氢气。气。热化学制化学制氢被被认为是最有可能率先是最有可能率先实现规模化模化应用的太阳能制用的太阳能制氢技技术。三、燃料电池1.氢能

35、向能向电能及能及热能的能的转化：化：氢能的使用，一般来能的使用，一般来说是以燃料是以燃料电池的工作池的工作方式方式转化化为电能和能和热能，也即能，也即氢气和氧气的燃气和氧气的燃烧反反应过程。程。根据温度或根据温度或则电解解质种种类可将燃料可将燃料电池分池分为：碱性燃料碱性燃料电池（池（AFC）质子交子交换膜燃料膜燃料电池（池（PEMFC）磷酸燃料磷酸燃料电池（池（PAFC）熔融碳酸熔融碳酸盐燃料燃料电池（池（MCFC）固体氧化物燃料固体氧化物燃料电池（池（SOFC）如下如下图为质子交子交换膜燃料膜燃料电池（池（PEMFC）的典型）的典型结构示构示意意图及不同燃料及不同燃料电池的特点和池的特点和

36、应用范用范围：2.燃料电池特点（1）能量）能量转换效率高，可达效率高，可达60%80%.（2）环境友好。境友好。（3）可靠性高，）可靠性高，维护方便。方便。（4）比能量高，由于系）比能量高，由于系统不封不封闭，燃料不断，燃料不断 供供给，随，随时间的延的延长能量越高。能量越高。（5）可用于特殊）可用于特殊场合，如航空航天合，如航空航天电源，源，军 事事电源等。源等。3、发展前景氢作作为一种高能量密度和清一种高能量密度和清洁的能量的能量载体，在体，在发电和和储能方面具有特殊的能方面具有特殊的优势，但相，但相关的技关的技术尚不尚不够成熟，或成熟，或经济性仍不性仍不够高，所以高，所以要要实现大大规模

37、模实用仍需要解决一系列技用仍需要解决一系列技术上的上的难题，但前景仍然是光明的。，但前景仍然是光明的。储能能类别能量能量类别储能技能技术主要原理主要原理主要特点主要特点物理形式机械能势能抽水储能由可逆水轮机实现电能和上水库势能转化容量大，技术成熟，受地理环境限制压缩空气储能空气压缩机和涡轮机实现电能和空气势能的转化容量大，受地理环境限制动能飞轮储能电动机（发电机）实现电能和飞轮动能转化功率高，能量密度低，成本高，技术需完善电磁能电感超导线圈储能将直流电以磁场形式储存于超导螺旋管中功率高，能量密度低，成本昂贵电容双电层电容储能利用电容器储存电场能效率高，寿命长，能量密度低，放电时间段化学形式化学能超级电容器储能也叫化学电容器，通过极化电解质实现储能效率高，寿命长，能量密度低，放电时间短蓄电池储能可逆的电化学反应实现化学能、电能的转化设计灵活，应用范围广，成本较高制氢储能电解水和燃料电池实现化学能和电能的转化储能密度高，无污染，技术不够成熟随着随着现代代电力系力系统的的发展和能源展和能源结构的构的变化，化，加快推加快推进储储能技能技能技能技术术的研的研发与与应用成用成为世界各国共同世界各国共同的的战略性略性选择。储能技能技术对解决解决电力系力系统的供的供电压力，改善力，改善电力系力系统稳定性，提供供定性，提供供电质量等方面起量等方面起着至关重要的作用。着至关重要的作用。