全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況(共16頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況一、儲(chǔ)能技術(shù)分類、技術(shù)原理、主要特征針對(duì)電儲(chǔ)能的儲(chǔ)能技術(shù)主要分為三類:電化學(xué)儲(chǔ)能(如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、超級(jí)電容器等) 、物理儲(chǔ)能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等) 和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能等) 。也可以分為功率型和能量型，功率型的特點(diǎn)是功率密度大、充放電次數(shù)多、響應(yīng)速度快、能量密度小的特點(diǎn)，例如飛輪、超級(jí)電容、超導(dǎo)；能量型的特點(diǎn)是能量密度大、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、充放電次數(shù)少、功率密度低等特點(diǎn)。例如蓄電池。從目前的情況來(lái)看，兩種儲(chǔ)能設(shè)備混用會(huì)產(chǎn)生更大的效果, 混用比單一使用更有

2、利于降低成本。（最近的一篇論文介紹的模型計(jì)算結(jié)果是在微網(wǎng)中使用超級(jí)電容和蓄電池兩種混合儲(chǔ)能成本是單一儲(chǔ)能成本的33.8%。）（一）電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)1、鈉硫電池鈉硫電池的正極活性物質(zhì)是液態(tài)的硫（S ）；負(fù)極活性物質(zhì)是液態(tài)金屬鈉（Na ），中間是多孔性陶瓷隔板。它利用熔融狀態(tài)的金屬鈉和硫磺在300以上高溫條件下，進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)，完成充放電過(guò)程。鈉硫電池的主要特點(diǎn)是能量密度大（是鉛蓄電池的3倍）、充電效率高（可達(dá)到80%）、可大電流、高功率放電、循環(huán)壽命比鉛蓄電池長(zhǎng)。然而鈉硫電池在工作過(guò)程中需要保持高溫，有一定安全隱患。由于鈉硫電池中所用的儲(chǔ)能介質(zhì)金屬鈉和硫磺均為易燃、易爆物質(zhì)，對(duì)電池材料要求十分

3、苛刻，目前只有日本（NGK ）公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。圖1 鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)原理（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）2、液流電池液流氧化還原電池(Redox flow cell energy storage systems) ，簡(jiǎn)稱液流蓄電站或液流電池，與通常蓄電池活性物質(zhì)包含在陽(yáng)極和陰極內(nèi)不同，液流電池作為氧化-還原電對(duì)的活性物質(zhì)分別溶解于裝在兩個(gè)大儲(chǔ)液罐中的溶液里，各用一個(gè)泵使溶液流經(jīng)液流電池堆中高選擇性離子交換膜的兩側(cè)，在其多孔炭氈電極上發(fā)生還原和氧化反應(yīng)。電池堆通過(guò)雙極板串聯(lián)，結(jié)構(gòu)類似于燃料電池。目前還發(fā)展有在一個(gè)或兩個(gè)電極上發(fā)生金屬離子(及非金屬離子) 溶解/沉積反應(yīng)的液流電池。由于液流電池的儲(chǔ)

4、能容量由儲(chǔ)存槽中的電解液容積決定，而輸出功率取決于電池的反應(yīng)面積，通過(guò)調(diào)整電池堆中單電池的串連數(shù)量和電極面積，能夠滿足額定放電功率要求。兩者可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性大，受設(shè)置場(chǎng)地限制小。液流電池中的電化學(xué)反應(yīng)是在液相中完成，充放電過(guò)程僅僅改變電解質(zhì)離子狀態(tài)，不會(huì)引起電極結(jié)構(gòu)變化，此化學(xué)反應(yīng)為可逆，理論上可以進(jìn)行無(wú)限次任意程度的充放電循環(huán)，極大延長(zhǎng)電池的使用壽命。液流電池已有全釩、釩溴、多硫化鈉/溴等多個(gè)體系，其中全釩液流電池具有能量效率高、蓄電容量大、能夠100%深度放電、可實(shí)現(xiàn)快速充放電，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。全釩液流電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)均為釩，只是價(jià)態(tài)不同，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的全釩液流電池系統(tǒng)能

5、量效率可達(dá)7585%，充放電循環(huán)次數(shù)超過(guò)10000次，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)二次電池，通常液流電池主要指全釩液流電池。圖2 液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)原理（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）3、鋰離子電池鋰離子電池負(fù)極一般是碳素材料，正極是含鋰的過(guò)渡金屬氧化物L(fēng)iCoO 2（鈷酸鋰）或尖晶石LiMn 2O 4 、LiFePO 4等，電解質(zhì)是鋰鹽的有機(jī)溶液或聚合物。充電時(shí)，正極中的鋰離子脫離LiCoO 2 或LiMn 2O 4晶體，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入碳材料負(fù)極，放電時(shí)則相反。鋰離子電池效率高、能量密度高，具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)及無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，小容量鋰離子電池已廣泛用于便攜式設(shè)備的電

6、源。但是，目前鋰離子電池在大尺寸制造、循環(huán)性能等方面存在一定問(wèn)題，傳統(tǒng)鋰離子電池在某些特殊條件，如高溫，短路，過(guò)充，強(qiáng)外力破壞等條件下可能會(huì)發(fā)生起火，過(guò)熱等安全問(wèn)題，傳統(tǒng)鋰離子電池循環(huán)壽命一般在400500次（80剩余），對(duì)于儲(chǔ)能電站來(lái)講，這樣的循環(huán)壽命顯然不能滿足要求。過(guò)充控制的特殊封裝要求高，價(jià)格昂貴，因此對(duì)于用于電站儲(chǔ)能等大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用受到限制，急待突破提高。圖3 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)原理（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）4、鉛酸電池鉛酸蓄電池主要特點(diǎn)是采用稀硫酸做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別作為電池的正極和負(fù)極的一種酸性蓄電池。鉛酸電池已有一百多年的歷史，具有成本低、技術(shù)成熟、儲(chǔ)能容量大等優(yōu)點(diǎn)，主

7、要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的備載容量、頻率控制，不斷電系統(tǒng)。它的缺點(diǎn)是儲(chǔ)存能量密度低、可充放電次數(shù)少、制造過(guò)程中存在一定污染。圖4 鉛酸電池大規(guī)模示范應(yīng)用案例（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）5、鎳鎘電池鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸嘚i(OH)2，負(fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘嚕?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，經(jīng)濟(jì)耐用，內(nèi)阻很小，可實(shí)現(xiàn)快速充電，又可為負(fù)載提供大電流，而且放電時(shí)電壓變化很小，是一種

8、比較理想的直流供電電池。鎳鎘電池的缺點(diǎn)在于它的記憶效應(yīng)，而且鎘材料資源短缺，價(jià)格十分昂貴。6、超級(jí)電容器超級(jí)電容器是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成，充電時(shí)處于理想極化狀態(tài)的電極表面，電荷將吸引周?chē)娊赓|(zhì)溶液中的異性離子，使其附于電極表面，形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)在于與電池相比，內(nèi)阻低；充放電速度快，可提供強(qiáng)大的脈沖功率，最大充放電電流可以達(dá)到1000A ；循環(huán)壽命長(zhǎng)，最高可達(dá)50萬(wàn)次；工作溫度范圍寬 可在-30-70環(huán)境下工作；與環(huán)境友好。由于使用中電壓隨著放電線性下降，與電池相比能量密度低，單體工作電壓低，自放電率較高；所以目前超級(jí)電容器在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率的負(fù)

9、載平滑和電能質(zhì)量峰值功率場(chǎng)合，如大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐、穩(wěn)態(tài)電壓恢復(fù)器等，在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平。圖5 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)和原理（來(lái)源：中科院電工研究所）（二）物理儲(chǔ)能技術(shù)1、抽水蓄能抽水蓄能技術(shù)是指在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫(kù)抽到上池水庫(kù)，將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，水泵變成發(fā)電的水輪機(jī)，釋放上池水庫(kù)中的水發(fā)電。抽水蓄能電站是現(xiàn)在最常用的大規(guī)模蓄(電) 能方法。抽水蓄能電站優(yōu)點(diǎn)是：規(guī)模大, 可達(dá)百萬(wàn)千瓦以上；抽水儲(chǔ)能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天，綜合效率在70% - 85%之間，主要用于電力系統(tǒng)的削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等。抽水蓄能電站局限性是

10、要有合適的場(chǎng)地和水源，以適合修建水庫(kù)；一次投入的建造費(fèi)用過(guò)高，建設(shè)周期較長(zhǎng)；響應(yīng)速度慢；當(dāng)電站距離用電區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)輸電損耗較大。2、壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過(guò)期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮的空氣推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。壓縮空氣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是省去燃?xì)廨啓C(jī)前置的空氣壓縮段, 可使氣輪發(fā)電機(jī)增加電能輸出幾十個(gè)百分點(diǎn)。壓縮空氣儲(chǔ)能規(guī)模大、運(yùn)行成本低。壓縮空氣儲(chǔ)能的局限性是也要有合適的場(chǎng)地, 其對(duì)地質(zhì)條件要求高；一次投入的費(fèi)用高, 并且必須與不裝前置空氣壓縮段的燃?xì)廨啓C(jī)相配合使用, 故這種儲(chǔ)能方式應(yīng)用不多

11、圖6 壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)原理（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）3、飛輪蓄能飛輪蓄能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪系統(tǒng)運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中，其特點(diǎn)是沒(méi)有摩擦損耗、風(fēng)阻小、效率高、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，幾乎不需要維護(hù)，適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障。飛輪蓄能的缺點(diǎn)是能量密度比較低；系統(tǒng)復(fù)雜；對(duì)轉(zhuǎn)子、軸承要求比較高。保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高，在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，目前主要應(yīng)用于為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充。圖7 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)原理（來(lái)源：美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)）三 超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES ）利用超導(dǎo)體制成的線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返

12、回電網(wǎng)或其它負(fù)載。SMES 技術(shù)包含超導(dǎo)磁體技術(shù)與電力電子技術(shù)兩個(gè)主要方面，是二者的有機(jī)結(jié)合。超導(dǎo)磁體單元通過(guò)超導(dǎo)電感形成能源存貯環(huán)節(jié)；電力電子單元?jiǎng)t通過(guò)多種變換形式，將儲(chǔ)存的有功功率向電網(wǎng)釋放，或?qū)㈦娋W(wǎng)功率轉(zhuǎn)儲(chǔ)在儲(chǔ)能電感中。超導(dǎo)儲(chǔ)能在功率輸送時(shí)無(wú)需能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快(ms級(jí)) ，轉(zhuǎn)換效率高(96%)、比容量(1-10 Wh/kg)/比功率(104-105kW/kg)大等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)大規(guī)模能量交換和功率補(bǔ)償，對(duì)電網(wǎng)的電壓跌落、諧波等進(jìn)行靈活智能補(bǔ)償，或提供穩(wěn)定的短時(shí)大功率供電?？梢猿浞譂M足輸配電網(wǎng)電壓支撐、功率補(bǔ)償、頻率調(diào)節(jié)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和功率輸送能力的要求。但

13、和其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)仍很昂貴，除了超導(dǎo)本身的費(fèi)用外，維持系統(tǒng)低溫導(dǎo)致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費(fèi)用也相當(dāng)可觀。圖8 超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能原理（來(lái)源：中科院電工研究所）根據(jù)上述分析，各類儲(chǔ)能技術(shù)的特征匯總?cè)缦卤恚罕? 儲(chǔ)能技術(shù)分類及特征二、全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況儲(chǔ)能技術(shù)在包括電力系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的用途，采用這些技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的能量管理和系統(tǒng)安全，尤其是在可再生能源和分布式發(fā)電領(lǐng)域，這種作用尤為明顯，在傳統(tǒng)的發(fā)電和輸配電網(wǎng)絡(luò)中，儲(chǔ)能技術(shù)將可能發(fā)揮著變革性的作用。近年來(lái)，眾多國(guó)家都在加大對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)，尤其對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)投資力度，而世界范圍內(nèi)的電力工業(yè)重組與能源

14、結(jié)構(gòu)調(diào)整也給儲(chǔ)能技術(shù)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。（一）電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況1、鈉硫電池鈉硫電池最早是美國(guó)福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，到20世紀(jì)80年代中期，日本的京瓷（NGK ）公司開(kāi)始與日本東京電力公司合作開(kāi)發(fā)鈉硫電池作為儲(chǔ)能電池，NGK 公司利用其在陶瓷領(lǐng)域獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成功開(kāi)發(fā)出比能量密度高達(dá)160kWh/m3的鈉硫電池，利用熔融狀態(tài)的金屬鈉和硫磺在300以上高溫條件下，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，完成充放電過(guò)程。1992年，世界上第一座鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)始在日本示范運(yùn)行；2002年，NGK 公司開(kāi)始鈉硫電池的商業(yè)化生產(chǎn)與供應(yīng)，到2002年底，日本已有超過(guò)50座鈉硫電池儲(chǔ)

15、能站進(jìn)入示范運(yùn)行；2004年7月，世界上最大的鈉硫電池儲(chǔ)電站（9.6MW/57.6MWh）在日本Hitachi 自動(dòng)化系統(tǒng)工廠正式投入運(yùn)行。鈉硫電池能量密度高，便于模塊化制造、運(yùn)輸與安裝，適用于城市變電站及特殊負(fù)荷，已被視為新興的、高效的且具廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲(chǔ)能電池。但是，目前鈉硫電池技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)主要由日本NGK 公司壟斷，世界其它國(guó)家對(duì)鈉硫電池的研發(fā)甚少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2007年底，日本NGK 公司已有超過(guò)100座鈉硫電池儲(chǔ)能站在全球運(yùn)行中，電池量已超過(guò)100MW ，同時(shí)開(kāi)始向海外輸出。其中500kW 以上的有59項(xiàng)，用于電網(wǎng)調(diào)峰占63；調(diào)峰緊急狀態(tài)供電占24；不間斷電源13。日

16、本京瓷（NGK ）公司1995-2007年鈉硫電池示范項(xiàng)目摘錄見(jiàn)附件1。圖9 1992-2007年日本NGK 公司鈉硫電池安裝情況（來(lái)源：日本NGK 公司）2、液流電池液流電池也被視為新興的、高效的、具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲(chǔ)能電池。液流電池是1974年Thaller, L. H.（NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States ）提出的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。經(jīng)過(guò)30多年的研究與發(fā)展，世界各國(guó)研究者已經(jīng)研究出全釩體系、鋅-溴體系、多硫化鈉-溴體系等多個(gè)體系的液流電池，其中研究開(kāi)發(fā)比較成熟、現(xiàn)已進(jìn)入示范運(yùn)行的液流電池體系有全釩液流蓄電系

17、統(tǒng)（VRB ）和多硫化鈉/溴液流蓄電（PSB ）系統(tǒng)，尤其是全釩液流電池已有大量應(yīng)用案例，隨著容量和規(guī)模的擴(kuò)大、集成技術(shù)的日益成熟，全釩液流電池的儲(chǔ)能成本將進(jìn)一步降低。全釩液流蓄電系統(tǒng)（VRB ），1986年澳大利亞新南威爾士大學(xué)Maria 教授提出釩電池原理，并申請(qǐng)了專利。全釩液流蓄電系統(tǒng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化研發(fā)和應(yīng)用的全球主要有兩大公司：日本住友電工（SEI ）和加拿大VRB 能源系統(tǒng)公司。自1985年起，日本住友電工與關(guān)西電力公司開(kāi)始合作開(kāi)發(fā)全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，并于1989年建成用于電站調(diào)峰的60kW 釩電池組；于1995年開(kāi)發(fā)出20kW 的電池模塊；此后又合作建成了450kW/1MWh和100

18、kW/800kWh等全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，用于平衡負(fù)載和電站調(diào)峰的示范運(yùn)行。住友電工制造的25kW 的全釩電池模塊在實(shí)驗(yàn)室中已正常運(yùn)行8年，循環(huán)次數(shù)超過(guò)16000次。在日本政府的新能源開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的資助下，2001年3月在北海道建設(shè)了170kW/1020kWh的風(fēng)電儲(chǔ)能裝置，并榮獲2001年度日本“能源與資源技術(shù)進(jìn)步”獎(jiǎng)。目前，在日本共有15套全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)進(jìn)行示范運(yùn)行，其中位于北海道的30MW 的風(fēng)電場(chǎng)，使用了4MW/6MWh儲(chǔ)能電池，最大輸出功率可達(dá)6MW ，成為世界上最大的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，已經(jīng)運(yùn)行27萬(wàn)次循環(huán)。日本已具備了先進(jìn)的制造全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的技術(shù)，并且在離

19、子交換膜和電解質(zhì)溶液的制備技術(shù)，以及電池模塊的設(shè)計(jì)制備等方面處于世界領(lǐng)先地位。加拿大VRB Power System公司（簡(jiǎn)稱“VRB Power”公司）， 成立于1999年，是一家專注于“全釩液流氧化還原儲(chǔ)能系統(tǒng)” (簡(jiǎn)稱“VRB-ESS ”) 產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)先的上市公司，該公司于2001年在南非建成了250kW 的全釩液流電池系統(tǒng)，2004年為美國(guó)太平洋電力建造了250kW/2MWh的全釩液流電池系統(tǒng)，用于電站調(diào)峰以及猶他州東南部地區(qū)供電。此后，該公司陸續(xù)收購(gòu)了澳大利亞Pinnacle 公司和日本SEI 公司的全球釩電池技術(shù)專利和特許權(quán)，以及RWE npower公司Regenesys elec

20、tricity storage technology（簡(jiǎn)稱“RNG-ESS ”系統(tǒng)）的知識(shí)產(chǎn)權(quán)及相關(guān)資產(chǎn)后，并先后開(kāi)發(fā)出三代商用釩電池儲(chǔ)能產(chǎn)品。而且在電堆構(gòu)造設(shè)計(jì)、關(guān)鍵材料評(píng)價(jià)體系建立，系統(tǒng)集成等方面取得了突破性的進(jìn)展，成為全球唯一一家有商用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的釩電池公司，建立了覆蓋全球80多個(gè)國(guó)家的液流電池專利體系。截至2008年底，VRB Power在全球范圍內(nèi)成功實(shí)施和運(yùn)營(yíng)40多個(gè)“VRB-ESS ”儲(chǔ)能項(xiàng)目，其中近20個(gè)為大型“VRB-ESS ”儲(chǔ)能系統(tǒng)。2009年1月，總部設(shè)在中國(guó)北京的北京普能世紀(jì)科技有限公司（Prudent Energy ）成功收購(gòu)了加拿大VRB Power 公司的資產(chǎn)

21、、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和生產(chǎn)技能，吸收了來(lái)自VRB 公司的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的積累, 包括來(lái)自于Regenesys 和日本住友Sumitomo 在液流電池產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)達(dá)15年的研究成果，其在全球超過(guò)30個(gè)成功實(shí)施案例及15個(gè)專利，覆蓋全球23個(gè)主要國(guó)家。除了日本和加拿大對(duì)全釩液流電池的研究外，西歐一些國(guó)家，如德國(guó)、奧地利、葡萄牙和英國(guó)等國(guó)家也在開(kāi)展全釩液流蓄電系統(tǒng)的研究，并計(jì)劃將其應(yīng)用于光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電的蓄電系統(tǒng)。目前國(guó)際上VRB 公司主要有：Sumitomo Electric Industries Ltd (日本) ；Pinnacles parent Company (澳大利亞）；VRB Power System

22、s Inc. (加拿大）；Refuel Inc. (英國(guó)) ；Cell Strom Inc. (奧地利) ；北京普能世紀(jì)科技有限公司（中國(guó)）等。英國(guó)Innogy 公司于上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始研究多硫化鈉/溴液流蓄電（PSB ）系統(tǒng)，曾先后開(kāi)發(fā)出5kW 、20kW 、100kW 三個(gè)系列的電池模塊，經(jīng)串、并聯(lián)組合出多種功率的蓄電系統(tǒng)，并于2001年和2002年分別在英國(guó)和美國(guó)各建造了120 MWh儲(chǔ)能電站，用于電站調(diào)峰和UPS ；美國(guó)電網(wǎng)大停電事故后，為美國(guó)密西西比的哥倫比亞空軍基地建造了世界上第二座PSB 蓄電系統(tǒng)，蓄電規(guī)模達(dá)到120MWh 、功率12MW ，耗資2500萬(wàn)美元，2004年投入使

23、用，可為該空軍基地在非常時(shí)期提供24小時(shí)的電能；Innogy 還為Eltra 公司在丹麥的一個(gè)沿海風(fēng)能電站建造PSB 蓄電系統(tǒng)，2005年投入使用。但據(jù)最近消息，Innogy 公司2000年建造2002年投入運(yùn)行的15MW 的蓄電站已停止運(yùn)行，主要原因是溴氣對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有腐蝕作用。近20年來(lái)，全釩液流電池作為液流電池的主要產(chǎn)品發(fā)展比較迅速，美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家相繼將全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)用于電站調(diào)峰、風(fēng)能/光伏發(fā)電相配套的發(fā)電系統(tǒng)。其中商業(yè)示范項(xiàng)目最多的國(guó)家是日本，應(yīng)用在可再生能源發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、平衡負(fù)載和小型備用電站，功率從20kW 至6MW ，能量效率超過(guò)70。世界主要全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)

24、用案例列表見(jiàn)附件2。3、鋰離子電池鋰離子電池比能量/比功率高、自放電小，但由于工藝和環(huán)境溫度差異等因素的影響，作為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用指標(biāo)往往達(dá)不到單體水平，使用壽命較單體縮短數(shù)倍甚至十幾倍，然而鋰離子電池是近年技術(shù)進(jìn)步最快的電池。鋰離子電池的關(guān)鍵材料是電極材料、隔膜和電解液。決定充放電性能的正極材料已經(jīng)可以做到30納米以內(nèi)，從100納米到50納米，只經(jīng)歷了不到1年時(shí)間。美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)將電池的充電時(shí)間縮短至1分鐘以內(nèi)。依托美國(guó)麻省理工學(xué)院的美國(guó)A123公司利用其開(kāi)發(fā)出的性能更高的納米級(jí)磷酸鐵鋰，已使電池的導(dǎo)電性、安全性和功率性能有了極大提高，電池成本也下降了近30%。在電池隔膜方

25、面，目前主要有干法和濕法兩種生產(chǎn)鋰離子電池隔膜的技術(shù)，決定隔膜性能的指標(biāo)主要是厚度、孔隙率、防短路等。目前，日本旭化成、東燃、美國(guó)Celgard 等是全球主要隔膜供應(yīng)商，產(chǎn)品占高端隔膜市場(chǎng)的95%以上。近幾年來(lái)，隨著價(jià)廉、高安全的鎳鈷錳酸鋰、改性尖晶石錳酸鋰和磷酸鐵鋰等新型正極材料的產(chǎn)業(yè)化，高功率型鋰離子電池技術(shù)也得到迅速發(fā)展，大規(guī)模鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)也已進(jìn)入示范應(yīng)用階段，特別是動(dòng)力型鋰離子電池已在電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)(BEB)、混合電動(dòng)車(chē)(HEV)等領(lǐng)域進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，并且近年美國(guó)、中國(guó)等已還在開(kāi)展大功率鋰電池在儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用。目前，世界上運(yùn)行的最大鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)是A123公司投資建設(shè)的裝機(jī)容

26、量為2MW 儲(chǔ)能電站。2009年，中國(guó)比亞迪公司的1MW 鋰離子電池儲(chǔ)能電站已建成并開(kāi)始試運(yùn)行；美國(guó)AEP 公司將于2010年建成以鋰離子電池進(jìn)行儲(chǔ)能的3MW 社區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)（CES ）。4、鉛酸電池鉛酸電池是最成熟的蓄電池技術(shù)，已歷經(jīng)140多年的發(fā)展，在鎘-鎳電池、氫-鎳電池、鋰離子電池等新型電池相繼上市的幾十年中，目前鉛酸電池仍占據(jù)半數(shù)以上的市場(chǎng)份額。除因鉛酸電池技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、安全性高等傳統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)外，與鉛酸電池近些年在競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展了許多新技術(shù)密切相關(guān)，如全密封式、管式、水平式等新結(jié)構(gòu)；新組分鉛合金電極，促進(jìn)比能量逐漸提高，成為目前大功率蓄電池中使用比例最高、價(jià)格最便宜的電池產(chǎn)品。當(dāng)前

27、使用最廣泛的是閥控式密封鉛蓄電池（VRLA ）和膠體密封鉛蓄電池。它們已逐步取代原先的自由電解液式的鉛蓄電池，容量范圍可從數(shù)十mAh 到上萬(wàn)Ah 。鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電廠、變電站充當(dāng)備用電源已使用多年，并在維持電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行方面發(fā)揮了極其重要的作用。日本NEDO 資助鉛酸電池與光伏發(fā)電配合使用的示范項(xiàng)目，總儲(chǔ)能容量為4.95MW 。資料來(lái)源：中國(guó)電力科學(xué)院5、鎳鎘電池鎳鎘電池效率比較高，但隨著充放電次數(shù)的增加容量將會(huì)減少，荷電保持能力仍有待提高。此外，因?yàn)榇嬖谥亟饘傥廴疽驯粴W盟組織限用。目前在阿拉斯加Golden Valley 運(yùn)行的的鎳鎘儲(chǔ)能系統(tǒng)配置為4MW ×15

28、分鐘。6、 超級(jí)電容儲(chǔ)能超級(jí)電容器歷經(jīng)三代及數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成電容量0.5-1000F 、工作電壓12400V 、最大放電電流4002000A 系列產(chǎn)品，儲(chǔ)能系統(tǒng)最大儲(chǔ)能量達(dá)到8.3kWh 。但是, 超級(jí)電容器價(jià)格較為昂貴，在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率的負(fù)載平滑和主要用于高峰值功率、低容量的場(chǎng)合，以滿足用戶對(duì)于電能質(zhì)量和供電可靠性的越來(lái)越高的要求。目前正在開(kāi)發(fā)基于活性碳雙層電極與鋰離子插入式電極的第四代超級(jí)電容器。目前，西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)能量達(dá)到5.8kWh 、最大功率1MW 的超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)，成功安裝在德國(guó)科隆市750 V 直流地鐵配電網(wǎng)中，該系統(tǒng)由4800支2600F/2.5

29、V超級(jí)電容器組成，重量2t ，體積2m 3，超級(jí)電容器組儲(chǔ)能效率為95%；美國(guó)TVA 電力公司成功開(kāi)發(fā)的200kW 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐。（二）抽水蓄能及其它儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況1、抽水蓄能電站美、日、歐洲等國(guó)家和地區(qū)在20世紀(jì)6070年代進(jìn)入抽水蓄能電站建設(shè)的高峰期。目前，抽水蓄能已成為電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)“調(diào)峰填谷”、最為廣泛應(yīng)用的一種儲(chǔ)能技術(shù)和有效手段，已形成了規(guī)范的設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)。普遍采用的機(jī)組為水泵水輪機(jī)與水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組成的二機(jī)式可逆機(jī)組，施工采用瀝青混凝土面板防滲、HT-100高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)、斜井全斷面隧洞掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖、鋼岔管考慮圍巖分擔(dān)內(nèi)水壓力、上水庫(kù)和

30、地下廠房信息化施工等先進(jìn)技術(shù)。為提高整體經(jīng)濟(jì)性，抽水蓄能電站的機(jī)組正在向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展，立足于對(duì)振動(dòng)、空蝕、變形、止水和磁特性的研究和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率控制等。限制抽水蓄能電站更為廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要制約因素是建設(shè)工期長(zhǎng)，工程投資巨大，受地形條件的限制。目前，世界范圍內(nèi)抽水蓄能電站總裝機(jī)容量9000萬(wàn)千瓦，約占全球發(fā)電裝機(jī)容量的3。美國(guó)和西歐經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能機(jī)組容量占世界抽水蓄能電站總裝機(jī)容量55以上，表1-3中顯示了近十年來(lái)投入運(yùn)行的8個(gè)大型抽水蓄能電站的情況。資料來(lái)源：中國(guó)電力科學(xué)院2、壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能的建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站，利用渠式超導(dǎo)熱管技術(shù)可使系統(tǒng)

31、換能效率達(dá)到90，大規(guī)模化和復(fù)合發(fā)電技術(shù)將進(jìn)一步降低成本。但因其能量密度低，受巖層等地形條件的限制，影響了應(yīng)用的發(fā)展。近年隨著分布式電力系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)于8-12MW 微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（micro-CAES ）開(kāi)始關(guān)注，如利用壓力罐存放壓縮空氣，但其成本比較高。世界上第一個(gè)商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站（CAES ）為1978年建于德國(guó)Hundorf ，機(jī)組為290MW ，換能效率77，運(yùn)行至今累計(jì)啟動(dòng)超過(guò)7000次，主要用于熱備用和平滑負(fù)荷。1991年建于美國(guó)亞拉巴馬州的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)秀的成功案例，它把壓縮空氣儲(chǔ)存在地下450米的廢鹽礦中，用110兆瓦的汽輪機(jī)連續(xù)提供26小時(shí)的壓縮空

32、氣，能在14分鐘內(nèi)并網(wǎng)。日本于1998年在北海道三井砂川礦，利用礦坑做儲(chǔ)氣庫(kù)，2001年開(kāi)始運(yùn)行，輸出功率為2MW 。ABB 公司在瑞士建的大規(guī)模聯(lián)合循環(huán)CAES 電站，輸出功率442MW ，運(yùn)行時(shí)間為8小時(shí)。2005年美國(guó)Ridge 和EI Paso能源公司在Texas 開(kāi)始建造的Markham 電站，容量為540MW 。此外，俄羅斯、法國(guó)、意大利、盧森堡、以色列等國(guó)也長(zhǎng)期致力于CAES 的開(kāi)發(fā)。3、飛輪儲(chǔ)能隨著高強(qiáng)度碳素纖維和玻璃纖維材料、大功率電力電子交流技術(shù)、電磁和超導(dǎo)磁懸浮軸承技術(shù)的發(fā)展，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，目前高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承摩擦系數(shù)達(dá)到10-7級(jí)量。在此基礎(chǔ)上，1MW

33、h 超導(dǎo)飛輪已經(jīng)于1997年研制成功，并應(yīng)用在航空及UPS 領(lǐng)域。國(guó)際上大多數(shù)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)用于短時(shí)間供電支撐，如：1999年歐洲Urenc Power 公司利用高強(qiáng)度碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料制作飛輪，轉(zhuǎn)速為42000r/min，2001年1月系統(tǒng)投入運(yùn)行，充當(dāng)UPS ，儲(chǔ)能量達(dá)到5kWh ；日本建成的世界上最大的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)為340MW/30s；美國(guó)紐約地鐵安裝的1MW/6s飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，是由10個(gè)100kW/1.6kWh飛輪組成飛輪陣列，用于列車(chē)啟動(dòng)電壓支撐和制動(dòng)能量回收；美國(guó)能源部和California Energy Commission支持建設(shè)的100kW 的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)用于電網(wǎng)電壓和頻率控制，2005-2006年進(jìn)行了18個(gè)月的運(yùn)行測(cè)試，該項(xiàng)目最終目標(biāo)是建設(shè)1MW/250kWh的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。還有一些飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)用于長(zhǎng)時(shí)間放電支撐，如輸出2kW/3小時(shí)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。美國(guó)波音公