太陽能轉(zhuǎn)化、利用與存儲(chǔ)技術(shù) 課件 第3、4章 光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)

第三章

光伏發(fā)電單元

CONTENTS光伏電池目錄PART

01光伏組件PART

02光伏陣列運(yùn)行方式選擇PART

03PART

04光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)PART

02PART

05PART

06光伏陣列設(shè)計(jì)光伏組件發(fā)電量計(jì)算光伏電池Part.01光伏電池01光伏電池是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的一種能將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器件,它是光伏單元的工作核心。光伏電池——晶硅光伏電池工作原理01硅原子外層為4電子,硅與周圍硅原子形成共價(jià)鍵，形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；磷原子被注入硅中,5個(gè)電子的磷原子和4個(gè)電子的硅原子結(jié)合,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多余的自由電子,這種摻雜就形成了電池片的N型區(qū),N型區(qū)的自由電子往往更容易移動(dòng)。與N型摻雜類似,如果在硅片中注入3個(gè)電子的硼原子,3個(gè)電子的硼原子與4個(gè)電子的硅原子結(jié)合,就會(huì)形成缺少一個(gè)電子的空穴區(qū),稱為P型區(qū),與N型區(qū)相反,空穴區(qū)傾向于吸附一個(gè)自由電子。PN區(qū)域形成PN結(jié)構(gòu)，當(dāng)光線照射的時(shí)候,光子激發(fā)電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)在內(nèi)建電場及濃度梯度的作用下分離。光伏電池——晶硅光伏電池工作原理01光伏電池——晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝流程01單晶硅片

多晶硅片光伏電池——晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝流程01晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池；多晶硅太陽能電池；薄膜太陽能電池非晶硅太陽能電池；碲化鎘太陽能電池;銅銦鎵硒太陽能電池等。太陽能電池分類光伏電池——晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝流程01絨面制備：利用化學(xué)溶液對(duì)晶體硅表面進(jìn)行腐蝕，在化學(xué)溶液中處理，形成絨面結(jié)構(gòu)，增加了對(duì)入射光線的吸收。P-N結(jié)制備：在P型硅上，通過液相、固相或氣相等技術(shù)，擴(kuò)散形成N型半導(dǎo)體。絲網(wǎng)印刷：沉積鋁作為鋁背場，再通過絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)形成金屬電極。傳統(tǒng)的晶硅光伏電池制作工藝流程：晶硅光伏電池主要制備工藝步驟光伏電池——晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝流程01大尺寸硅片：166mm*166mm、182mm*182mm和210mm*210mm黑硅技術(shù)：增加了一道表面制絨工藝，降低了硅表面反射率新增激光摻雜（SE）技術(shù)：在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進(jìn)行高濃度摻雜雙面印刷（雙面PERC）：提升組件整體的發(fā)電量N型PERT技術(shù)：幾乎無光衰減交指式背接觸（IBC）技術(shù)：把正負(fù)電極都置于電池背面，減少置于正面的電極反射一部分入射光帶來的陰影損失隧穿氧化鈍化（TOPCon）技術(shù)：在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，兩者形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)（HIT）技術(shù)：在晶體硅上沉積非晶硅薄膜柵線改變：減小細(xì)柵寬度和提高主柵數(shù)光伏電池技術(shù)更新光伏電池——晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝流程01分類2020年2021年2023年2025年2027年2030年P(guān)型多晶BSFP型多晶黑硅電池19.4%19.5%19.5%------PERCP型多晶黑硅電池20.8%21.1%21.4%21.7%22.0%22.5%PERCP型鑄錠單晶電池22.3%22.6%23.0%23.3%23.5%23.7%P型單晶PERCP型單晶電池22.8%23.1%23.4%23.7%23.9%24.1%N型單晶TOPCon單晶電池23.5%24.0%24.5%25.0%25.3%25.7%異質(zhì)結(jié)電池23.8%24.2%24.8%25.2%25.5%25.9%背接觸電池23.6%24.0%24.5%25.0%25.4%25.8%2020~2030年各種電池技術(shù)平均轉(zhuǎn)換效率變化趨勢光伏組件Part.02光伏組件0201組成材料和部件對(duì)光伏組件的質(zhì)量、性能和使用壽命影響都很大。02光伏組件成本占到光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)總成本的50％以上。03光伏組件質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量、發(fā)電效率、發(fā)電量、使用壽命、收益率等光伏組件光伏組件——晶硅光伏組件制備工藝流程02在焊接前需要對(duì)電池進(jìn)行分選，分選出有色差、崩邊、缺陷、缺角等外觀不良的電池片技術(shù)和價(jià)值最高的環(huán)節(jié)為焊接和層壓晶硅光伏組件制備工藝流程光伏組件——晶硅光伏組件制備工藝流程02半片技術(shù)疊瓦技術(shù)光伏組件工藝更新光伏組件——晶硅光伏組件制備工藝流程02單塊組件發(fā)電功率高技術(shù)發(fā)展較為成熟據(jù)光伏組件市場主導(dǎo)地位單玻組件雙玻組件：生命周期更長、耐候性和耐腐蝕性更強(qiáng)、衰減更低、發(fā)電效率更高等晶硅光伏組件硅基薄膜組件銅銦鎵硒薄膜組件（CIGS）碲化鎘（CdTe）薄膜組件薄膜光伏組件光伏組件分類光伏材料的用量少發(fā)電成本相對(duì)較低維護(hù)成本也相對(duì)較低聚光光伏組件光伏組件——光伏組件分類及其性能參數(shù)02光伏組件性能參數(shù)短路電流Isc：當(dāng)將光伏組件的正負(fù)極短路，使U=0時(shí)的電流

隨著光強(qiáng)的變化而變化，與電池片的面積成正比開路電壓

Uoc：當(dāng)光伏組件的正負(fù)極不接負(fù)載時(shí)，組件正負(fù)極間的電壓

隨電池片串聯(lián)數(shù)量的增減而變化，不受電池片的面積的影響峰值電流

Im：光伏組件或光伏電池片輸出最大功率時(shí)的工作電流光伏電池片與光伏組件性能參數(shù)類似

光伏組件——光伏組件分類及其性能參數(shù)02光伏組件性能參數(shù)峰值電壓Um：光伏組件或光伏電池片輸出最大功率時(shí)的工作電壓

隨電池片串聯(lián)數(shù)量的增減而變化。峰值功率Pm：光伏組件在正常工作或測試條件下的最大輸出功率

Pm=ImUm

受太陽輻照度、太陽光譜分布和組件的工作溫度影響光伏電池片與光伏組件性能參數(shù)類似

測量標(biāo)準(zhǔn)條件是：輻照度為1000

W/m2、光譜AM（大氣質(zhì)量）1.5、測試溫度25

℃。光伏組件——光伏組件分類及其性能參數(shù)02光伏組件性能參數(shù)填充因子：光伏組件的最大功率與開路電壓和短路電流乘積的比值

0.5~0.8

式中，A表示光伏組件有效面積；Pm表示單位面積的入射光功率；Pin=1000W/m2=100mW/cm2轉(zhuǎn)換效率：光伏組件受光照時(shí)的最大輸出功率與照射到組件上的太陽能量功率的比值光伏組件——光伏組件分類及其性能參數(shù)02光伏組件溫度較高時(shí)，工作效率下降在20~100℃范圍，大約溫度每升高1℃，光伏組件的電壓減小2mV溫度每升高1℃，功率大約減少0.35%溫度系數(shù)是光伏組件性能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一溫度光照強(qiáng)度與光伏組件的光電流成正比光照強(qiáng)度對(duì)電壓的影響很小光伏電池的功率與光照強(qiáng)度成正比光照強(qiáng)度影響光伏組件輸出特性的因素飛鳥、塵土、落葉等遮擋物熱斑效應(yīng)是指在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的光伏組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的光伏組件所產(chǎn)生的能量。熱斑效應(yīng)可以使光伏組件的實(shí)際使用壽命至少減少10%。陰影光伏組件——光伏組件分類及其性能參數(shù)02典型組件參數(shù)型號(hào)性能參數(shù)內(nèi)容性能參數(shù)內(nèi)容電池片類型TOPCon最大功率Pmax/W430電池片排列108片（6×18）開路電壓Uoc/V38.49組件尺寸/mm1722±2×1134±2×30短路電流：Isc/A14.25正面玻璃3.2mm高透，減反射鍍膜鋼化玻璃最大功率點(diǎn)電壓Ump/V31.84背板內(nèi)黑外白最大功率點(diǎn)電流Imp/A13.51組件邊框陽極氧化膜鋁合金黑色邊框組件效率η/%22.0接線盒IP68，3個(gè)二極管工作溫度范圍/℃-40~+85導(dǎo)線橫截面積4.0mm2最大系統(tǒng)電壓/VDC1500導(dǎo)線長度正極線1200mm，負(fù)極線長1200mm最大熔絲額定值/A25溫度系數(shù)（Pmax）-0.30%/℃溫度系數(shù)（Voc）-0.25%/℃溫度系數(shù)（Isc）+0.046%/℃標(biāo)稱工作溫度（NMOT）/℃45±2N型半片全黑組件（54版型）性能參數(shù)光伏陣列運(yùn)行方式選擇Part.03光伏陣列運(yùn)行方式選擇0301固定式和跟蹤式。02安裝容量、安裝場地面積和特點(diǎn)、負(fù)荷的類別和運(yùn)行管理方式，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。光伏陣列運(yùn)行方式選擇光伏陣列運(yùn)行方式選擇——固定式0301最佳傾角固定式02傾角可調(diào)固定式03斜屋頂固定式固定式光伏陣列運(yùn)行方式選擇——固定式03最佳傾角固定式以太陽輻射量最大傾角固定不變，全年累計(jì)輻射量最大。平屋面和地面電站?；炷粱A(chǔ)支架

混凝土壓載支架光伏陣列運(yùn)行方式選擇——固定式03傾角可調(diào)固定式根據(jù)太陽輻射角度變化，定期調(diào)整固定式支架傾角，以提高各季節(jié)輻射量，從而提高組件整體發(fā)電量。平屋面和地面電站。推拉式可調(diào)支架圓弧式可調(diào)支架千斤頂式可調(diào)支架液壓式可調(diào)支架光伏陣列運(yùn)行方式選擇——固定式03斜屋頂固定式以斜屋面傾角固定不變。瓦屋面和彩鋼瓦屋面電站。光伏陣列運(yùn)行方式選擇——跟蹤式0301單軸跟蹤系統(tǒng)02雙軸跟蹤系統(tǒng)跟蹤式光伏陣列運(yùn)行方式選擇——跟蹤式03單軸跟蹤系統(tǒng)繞一維軸旋轉(zhuǎn)，使得光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統(tǒng)。低緯度地區(qū)。斜單軸跟蹤系統(tǒng)：較高緯度地區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)平單軸跟蹤式帶傾角平單軸跟蹤式斜單軸跟蹤系統(tǒng)光伏陣列運(yùn)行方式選擇——跟蹤式03雙軸跟蹤系統(tǒng)繞二維軸旋轉(zhuǎn)，使得光伏組件受光面始終垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統(tǒng)。對(duì)太陽光線實(shí)時(shí)跟蹤。各個(gè)緯度地區(qū)使用。雙軸跟蹤系統(tǒng)光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)Part.04光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)04光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)光伏支架主要起到固定和支撐光伏組件的作用。光伏支架基礎(chǔ)是將安裝光伏組件的支架結(jié)構(gòu)所承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分。支架基礎(chǔ)的選型與設(shè)計(jì)要綜合考慮工程地質(zhì)條件、水文條件、上部支架結(jié)構(gòu)類型、荷載條件、施工工藝，并應(yīng)結(jié)合工期要求和地方經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04光伏陣列支架荷重的計(jì)算光伏陣列支架結(jié)構(gòu)主要承受光伏組件和自身重量產(chǎn)生的恒荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度荷載、地震荷載以及施工檢修荷載等作用。支架是安裝從下端到上端高度為

4m以下的光伏組件陣列時(shí)使用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)把允許應(yīng)力設(shè)計(jì)作為基本，設(shè)計(jì)用的荷重是以等價(jià)靜態(tài)荷重為前提。持久作用的固定荷重和自然界外力的風(fēng)壓荷重、積雪荷重及地震荷重等。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04固定荷重（G）是組件質(zhì)量（GM）和支撐物等質(zhì)量（Gk）的總和。風(fēng)壓荷重（W）是加在組件上的風(fēng)壓力（WM）和加在支撐物上的風(fēng)壓力（WK）的總和（矢量和）。積雪荷重（S）是指與組件面垂直的積雪荷重。地震荷重（K）是指加在支撐物上的水平地震力（在鋼結(jié)構(gòu)支架中，地震荷重一般比風(fēng)壓荷重要?。┒嘌┑貐^(qū)的荷重組合，把積雪荷重設(shè)為平時(shí)的70%，暴風(fēng)時(shí)及地震時(shí)設(shè)為35%。假想荷重荷重條件和荷重組合光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04風(fēng)壓荷重假想荷重中最大的荷重光伏陣列中因風(fēng)引起的破壞多數(shù)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)發(fā)生作用于光伏陣列的風(fēng)壓荷重由下式計(jì)算:

W——風(fēng)壓荷重(N);

CW——風(fēng)荷載體型系數(shù);

Q——設(shè)計(jì)用風(fēng)壓(N/m2);

AW——受風(fēng)面積(m2)(投影面積或者有效面積,與安裝角度有關(guān))。Q0———基準(zhǔn)風(fēng)壓(N/m2);H———高度修正系數(shù);I———環(huán)境系數(shù)。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04積雪荷重設(shè)計(jì)支架時(shí)的積雪荷重由下式計(jì)算出：

CS——坡度系數(shù);P——雪的平均單位質(zhì)量(N/m2)(一般的地方為19.6N以上,多雪的區(qū)域?yàn)?9.4N以上);ZS——地上垂直最深積雪量(cm);AS——積雪面積(陣列面的水平投影面積,m2)。坡度系數(shù)光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04地震荷重設(shè)計(jì)支架時(shí)的地震荷重的計(jì)算：

多雪的區(qū)域：K———地震荷重(N);

C1———地震層抗剪系數(shù);G———固定荷重(N);

S———積雪荷重(N)。一般的地方：光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架設(shè)計(jì)04光伏陣列支架材料及選型鋁合金支架一般應(yīng)用在民用建筑屋頂光伏上；耐腐蝕、質(zhì)量?。怀休d力低鍍鋅鋼支架廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)光伏電站中；性能穩(wěn)定、承載力高、安裝簡便；連接件工藝復(fù)雜，價(jià)格高混凝土支架主要用于大型光伏電站光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)04支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本原則（1）支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前應(yīng)獲得場地的巖土工程勘察文件、陣列總平面布置圖、支架結(jié)構(gòu)類型、使用條件及對(duì)基礎(chǔ)承載力和變形的要求、施工條件、施工周期等資料。（2）支架基礎(chǔ)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級(jí)不應(yīng)小于上部支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對(duì)于光伏發(fā)電站支架基礎(chǔ)不應(yīng)小于0.95。（4）支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)小于電站設(shè)計(jì)使用年限，且不應(yīng)小于25年。（5）支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工應(yīng)考慮電站全壽命周期對(duì)環(huán)境的影響，符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)和水土保持要求，應(yīng)減少土石方挖填，減少對(duì)地表植被和表層土的破壞。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)04支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本原則（6）支架基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工在滿足安全性和可靠性的同時(shí)，宜采用新技術(shù)、新工藝新材料。當(dāng)場地地形起伏大、不宜大規(guī)模挖填、對(duì)生態(tài)恢復(fù)要求高或當(dāng)冬季施工、施工工期緊時(shí)宜采用螺旋樁、型鋼樁等基礎(chǔ)。（7）對(duì)于樁基礎(chǔ)、錨桿基礎(chǔ)宜選擇有代表性的區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，確定施工工藝的可行性和設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠性。（8）支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25；結(jié)構(gòu)鋼筋宜選用HRB400鋼筋，也可選用HPB300鋼筋；結(jié)構(gòu)鋼材宜選用Q235鋼、Q345鋼。（9）支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所用的原材料及成品構(gòu)件進(jìn)場時(shí)應(yīng)對(duì)品種、規(guī)格、外觀和尺寸進(jìn)行驗(yàn)收。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)04支架基礎(chǔ)的分類與選型樁基礎(chǔ)：預(yù)制樁基礎(chǔ)和灌注樁基礎(chǔ)預(yù)制樁：鋼樁（螺旋樁和錘擊（靜壓）型鋼樁）、混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力混凝土樁擴(kuò)展式基礎(chǔ)：混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)；當(dāng)采用條形基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)采用配筋擴(kuò)展式基礎(chǔ)。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)04支架基礎(chǔ)的分類與選型支架基礎(chǔ)選型可根據(jù)下列因素綜合確定：（1）支架結(jié)構(gòu)形式和所承受荷載的特征。（2）土的性狀及地下水條件。（3）施工工藝的可行性。（4）施工場地條件及施工季節(jié)。（5）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能和施工工期。

光伏陣列設(shè)計(jì)Part.05光伏陣列設(shè)計(jì)——光伏陣列方位角設(shè)計(jì)05光伏陣列方位角設(shè)計(jì)方位角：陣列的垂直面與正南方向的夾角

向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度只要在正南±15°之內(nèi)，都不會(huì)對(duì)發(fā)電量有太大影響在偏離正南（北半球）30°時(shí)，陣列的發(fā)電量將減少10%~15%；在偏離正南（北半球）60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少20%~30%。支架基礎(chǔ)的選型與設(shè)計(jì)如果受光伏組件設(shè)置場所如屋頂、土坡、山地、建筑物結(jié)構(gòu)及陰影等的限制時(shí)，則應(yīng)考慮與它們的方位角一致，以求充分利用現(xiàn)有地形和有效面積，并盡量避開周圍建、構(gòu)筑物或樹木等產(chǎn)生的陰影。光伏陣列設(shè)計(jì)——光伏陣列傾角設(shè)計(jì)05光伏陣列傾角設(shè)計(jì)傾角是光伏陣列平面與水平面的夾角最理想的傾角是陣列全年發(fā)電量盡可能大，而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小的傾角。光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度和對(duì)一年四季發(fā)電量分配的要求光伏陣列傾角光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05光伏陣列間距設(shè)計(jì)水平面上固定式光伏陣列間距可根據(jù)下列公式計(jì)算:L′———陣列傾斜面長度D———兩排陣列之間距離β———陣列傾角φ———當(dāng)?shù)鼐暥纫话阋蠖寥找ＷC上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)之間前排組件陰影不對(duì)后排組件造成遮擋光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05光伏陣列間距設(shè)計(jì)具體地形固定式光伏方陣間距計(jì)算：具體地形固定式光伏方陣間距計(jì)算示意圖影子倍率：東西方向間距:南北方向間距:L——陣列長度;W———陣列寬度;β———陣列傾角;

ɑ———太陽高度角;γ———太陽方位角;θ1———東西坡度(均取正值);θ2———南北坡度(南向取正值,北向取負(fù)值);D1———東西方向凈間距;

D2———南北方向凈間距。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05光伏組件串并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏組件串聯(lián)數(shù)量是由光伏組件允許的最大系統(tǒng)電壓、并網(wǎng)逆變器的最高輸入電壓、MPPT電壓所確定(1)光伏組件串的耐受電壓光伏組件串聯(lián)設(shè)計(jì)N——光伏組件的串聯(lián)數(shù)(N為整數(shù));

Uoc——光伏組件的開路電壓(V);Kv——光伏組件的開路電壓溫度系數(shù);

t——光伏組件工作條件下的極限低溫(℃)。(2)逆變器最大直流輸入電壓N———光伏組件的串聯(lián)數(shù)(N為整數(shù));

Uoc———光伏組件的開路電壓(V);Kv———光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)

;Udcmax———逆變器允許的最大直流輸入電壓(V)。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05光伏組件串并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏組件串聯(lián)設(shè)計(jì)(3)光伏組件串電壓的MPPT匹配低溫時(shí):高溫時(shí):N——光伏組件的串聯(lián)數(shù)(N為整數(shù));

K′v——光伏組件的工作電壓溫度系數(shù);Umpptmax——逆變器MPPT電壓最大值(V);

Umpptmin——逆變器MPPT電壓最小值(V);Upm——光伏組件的工作電壓(V)。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05光伏組件串并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏組件并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏組件并聯(lián)數(shù)量主要由逆變器的額定功率以及最大直流輸入電流確定。(1)逆變器的額定功率N——光伏組件的串聯(lián)數(shù)(N為整數(shù));

Pmax——光伏組件最大功率;Ps——光伏組件串支路功率;

Pe——逆變器額定功率。(2)最大直流輸入電流Iin———逆變器最大直流輸入電流;

Isc———光伏組件串支路短路電流。光伏陣列支架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05組件排布設(shè)計(jì)地面光伏發(fā)電站固定式布置的光伏方陣、光伏組件安裝方位角宜采用正南方向。光伏方陣各排、列的布置間距應(yīng)保證每天9：00~15：00（當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)）時(shí)段內(nèi)前、后、左、右互不遮擋。光伏方陣內(nèi)光伏組件串的最低點(diǎn)距地面的距離不宜低于300mm，并應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐淖畲蠓e雪深度、當(dāng)?shù)氐暮樗缓椭脖桓叨取９夥嚵兄Ъ芎突A(chǔ)的設(shè)計(jì)——光伏陣列間距及串并聯(lián)設(shè)計(jì)05組件排布設(shè)計(jì)與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電站的光伏方陣應(yīng)結(jié)合太陽輻照度、風(fēng)速、雨水、積雪等氣候條件及建筑朝向、屋頂結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定方位角、傾角和陣列行距。與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電站固定式布置的光伏方陣、光伏組件安裝方位角宜采用正南方向。光伏方陣各排、列的布置間距應(yīng)保證每天9：00~15：00（當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)）時(shí)段內(nèi)前、后、左、右互不遮擋。光伏方陣內(nèi)光伏組件串的最低點(diǎn)距地面的距離不宜低于300mm，并應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐淖畲蠓e雪深度、當(dāng)?shù)氐暮樗缓椭脖桓叨?。地面光伏發(fā)電站光伏組件發(fā)電量計(jì)算Part.06光伏組件發(fā)電量計(jì)算06利用光伏方陣面積計(jì)算年發(fā)電量年發(fā)電量（kW·h）=當(dāng)?shù)厮矫婺昕傒椛淠埽╧W·h/m2）×光伏方陣面積（m2）×光伏組件轉(zhuǎn)換效率×修正系數(shù)式中,光伏方陣面積A不僅僅是指占地面積,也包括光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)占用的屋頂、外墻立面等;光伏組件轉(zhuǎn)換效率η,根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的電池組件參數(shù)選取。光伏組件發(fā)電量計(jì)算06利用光伏方陣安裝容量計(jì)算年發(fā)電量年發(fā)電量（kW·h）=當(dāng)?shù)厮矫婺昕傒椛淠埽╧W·h/m2）×光伏方陣安裝容量（kW）×修正系數(shù)光伏組件發(fā)電量計(jì)算06利用峰值日照時(shí)數(shù)計(jì)算年發(fā)電量年發(fā)電量(kW·h)=當(dāng)?shù)啬攴逯等照諘r(shí)數(shù)(h)×光伏方陣安裝容量(kW)×修正系數(shù)一般情況下:K=K1×K2×K3×K4×K5。其中,K1為組件長期運(yùn)行的衰減系數(shù),取0.8;K2為灰塵遮擋組件及溫度升高造成組件功率下降修正,取0.82;K3為線路修正,取0.95;K4為逆變器效率,取0.85或根據(jù)廠家數(shù)據(jù);K5為光伏方陣朝向及傾角修正系數(shù),取0.9左右。匯報(bào)人：XXX懇請(qǐng)批評(píng)指正！第4章儲(chǔ)能系統(tǒng)CONTENTS目錄儲(chǔ)能的目的與基本原理PART

01光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)PART

02儲(chǔ)能的目的與基本原理Part.01儲(chǔ)能的目的1.1隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來越大，能源問題也越來越突出，主要表現(xiàn)為以下兩方面：能源危機(jī)：目前的煤炭、石油、天然氣等主流能源都是不可再生能源。環(huán)境問題：化石燃料的開發(fā)利用過程帶來了嚴(yán)重的大氣污染、水污染、溫室效應(yīng)、酸雨等環(huán)境問題。能源問題儲(chǔ)能的目的能源問題的應(yīng)對(duì)方案許多國家都在加速發(fā)展新能源技術(shù)，以此來應(yīng)對(duì)能源問題。我國更是順應(yīng)潮流，提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。1.1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀在努力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，光伏、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生新能源的建設(shè)規(guī)模和速度逐漸加快，其發(fā)電接入電網(wǎng)的比例也日益增加。截至2022年底，可再生能源裝機(jī)突破12億千瓦，達(dá)12.13億千瓦，占全國發(fā)電總裝機(jī)47.3%。預(yù)計(jì)到2050年，新能源發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量將達(dá)20億kW以上，屆時(shí)將成中國第二大主力電源。1.1我國新增累計(jì)光伏裝機(jī)容量（萬千瓦）

全國光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量預(yù)測儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及用電量狀況又與一次能源的分布呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用電量高的地區(qū)一次能源少，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、用電量低的地區(qū)一次能源多。資源與需求的不平衡性決定了我國新能源發(fā)電的接入電網(wǎng)的方式，多為集中式大規(guī)模接入電網(wǎng)。1.1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展中的問題大規(guī)模的新能源發(fā)電接入電網(wǎng)固然可以提升能源的整體清潔程度，但是同時(shí)存在兩個(gè)不可忽略的重要問題：

第一：新能源存在的波動(dòng)性和間歇性。如果不經(jīng)處理直接將新能源發(fā)電接入電網(wǎng)，會(huì)給電網(wǎng)帶來巨大的不穩(wěn)定性。

以光伏發(fā)電為例，夏季秋季發(fā)電多、春季冬季發(fā)電少；白天發(fā)電多、傍晚和晚上不發(fā)電。1.1典型光伏發(fā)電曲線與用電負(fù)荷曲線對(duì)比光伏（左）、風(fēng)電（右）日平均出力曲線圖儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展中的問題大規(guī)模的新能源發(fā)電接入電網(wǎng)固然可以提升能源的整體清潔程度，但是同時(shí)存在兩個(gè)不可忽略的重要問題：

第二：可再生能源的消納問題。1.1可再生能源消納問題嚴(yán)重省份棄電率

資源與需求的不平衡性決定了我國新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的方式多為集中式大規(guī)模接入電網(wǎng)，即大規(guī)模集中開發(fā)的風(fēng)能、光伏發(fā)電需要輸送到其他地區(qū)的區(qū)域電網(wǎng)或跨省電網(wǎng)進(jìn)行消納。但目前集中開發(fā)光伏和風(fēng)電地區(qū)的電網(wǎng)調(diào)峰能力不足，可再生能源消納就成了一大問題，以至于為此不得不在特定時(shí)間段使許多風(fēng)電、光伏發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行，以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。這使得部分地區(qū)的棄風(fēng)率、棄光率驚人，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能的概念為了解決上述問題，儲(chǔ)能的概念即被引入新能源的開發(fā)之中。由于獲得的能量和需求的能量往往不一致，為了保證能量的利用過程能夠連續(xù)進(jìn)行，就需要對(duì)某種形式的能量進(jìn)行儲(chǔ)存，即儲(chǔ)能或蓄能。儲(chǔ)能的目的：克服能量供應(yīng)和需求在時(shí)間、空間上的差別。1.1儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能在新能源利用中的作用其一，儲(chǔ)能可以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定。光伏電站系統(tǒng)中，光伏發(fā)電的輸出功率曲線與負(fù)荷曲線之間存在較大差異，并且兩者均存在某些不可預(yù)料的波動(dòng)。通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)，可以起到很好的緩沖作用，從而使得電力系統(tǒng)即使在輸入及負(fù)荷發(fā)生不可預(yù)料波動(dòng)的情況下，仍然能夠相對(duì)平穩(wěn)的運(yùn)行。1.1儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑風(fēng)力出力的基本流程電源側(cè)，儲(chǔ)能吸收過剩電力，減少棄電，增加并網(wǎng)儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能在新能源利用中的作用其二，儲(chǔ)能可將能量儲(chǔ)存起來以備他用。在光伏發(fā)電無法正常運(yùn)行的情況下（夜間、陰雨天）調(diào)用儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)存的電能以滿足負(fù)荷的需求，起到備用和過渡的作用。其三，儲(chǔ)能還有助于提高電力的品質(zhì)和可靠性。儲(chǔ)能系統(tǒng)的存在可有效降低負(fù)載中電壓低谷、電壓尖峰、突發(fā)干擾等引起的電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，從而保證電力輸出的品質(zhì)與可靠性。1.1儲(chǔ)能的基本原理1.2能量能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、變化、相互作用的度量。能量的存在形式：機(jī)械能（風(fēng)能、潮汐能等）內(nèi)能（地?zé)崮艿龋╇娔芑瘜W(xué)能光能原子能（又稱核能）儲(chǔ)能的基本原理1.2能量的基本性質(zhì)狀態(tài)性：能量總是處于一定的形式。可加性：同種能量可相互疊加。傳遞性：能量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體。轉(zhuǎn)換性：能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。能量利用的過程實(shí)質(zhì)上就是能量的轉(zhuǎn)換與傳遞。儲(chǔ)能的基本原理1.2儲(chǔ)能的基本原理能量的傳遞性與轉(zhuǎn)換性是儲(chǔ)能之所以能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。利用不同形式能量之間的相互轉(zhuǎn)化，即可將某種形式的能量轉(zhuǎn)化成另一種可儲(chǔ)存的形式，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。更具體地：通過一定的介質(zhì)或裝置，將某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種在自然條件下比較穩(wěn)定的存在形式，并可根據(jù)應(yīng)用的需求以特定的形式釋放能量，這就是儲(chǔ)能的基本原理。光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，其原理就是將光伏發(fā)電獲得的電能通過特定的裝置或介質(zhì)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或化學(xué)能等穩(wěn)定存在的形式，并在需要的時(shí)間釋放能量、重新轉(zhuǎn)換獲得電能。光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)Part.02光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)概述2.1光伏發(fā)電儲(chǔ)能類型按照儲(chǔ)能時(shí)電能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存的能量形式的不同，儲(chǔ)能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式，分別對(duì)應(yīng)著不同的場景，如右圖所示。光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)概述2.1各類儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模全球電力儲(chǔ)能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模（MW%，2000~2022）中國電力儲(chǔ)能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模（MW%，2000~2022）光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)概述2.1各類儲(chǔ)能技術(shù)性能特征儲(chǔ)能類型儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能時(shí)長響應(yīng)時(shí)間釋能時(shí)長綜合效率壽命技術(shù)成熟度機(jī)械儲(chǔ)能抽水蓄能長時(shí)s~min級(jí)1~24h75~85%60~70年成熟壓縮空氣儲(chǔ)能長時(shí)min級(jí)1~24h70~80%30~40年成熟飛輪儲(chǔ)能短時(shí)ms~min級(jí)ms~min級(jí)93~95%20年以上商業(yè)化早期電化學(xué)儲(chǔ)能鋰離子電池長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)90~95%5~15年商業(yè)化鈉離子電池長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)90~95%5~15年商業(yè)化早期鉛蓄電池中長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)75~90%5~10年商業(yè)化液流電池長時(shí)ms級(jí)h級(jí)60~85%10~15年商業(yè)化早期鈉硫電池中長時(shí)ms級(jí)h級(jí)80~90%10~15年商業(yè)化早期熱儲(chǔ)能顯熱儲(chǔ)能相變儲(chǔ)能熱化學(xué)儲(chǔ)能短時(shí)長時(shí)超長時(shí)min級(jí)s~min級(jí)min級(jí)h級(jí)h級(jí)h級(jí)20~30%30~50%20~40%20年以上10~15年10~20年成熟商業(yè)化早期開發(fā)階段電磁儲(chǔ)能超級(jí)電容器短時(shí)ms級(jí)ms~min級(jí)90~95%20年以上開發(fā)階段超導(dǎo)儲(chǔ)能長時(shí)ms級(jí)s級(jí)95~98%20年以上開發(fā)階段化學(xué)儲(chǔ)能電解水制氫超長時(shí)ms~min級(jí)h級(jí)30~40%10~20年開發(fā)階段合成天然氣超長時(shí)ms~min級(jí)h級(jí)25~30%10~20年開發(fā)階段光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)概述2.1光伏發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前，除了抽水蓄能較成熟之外，其它的儲(chǔ)能方式均處于新興階段，屬于新型儲(chǔ)能技術(shù)，仍有進(jìn)步空間。抽水蓄能與其它新型儲(chǔ)能方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在當(dāng)前形勢下，兩者可互補(bǔ)發(fā)展。從長遠(yuǎn)可持續(xù)性來看，抽水蓄能電站容量大，壽命期長，運(yùn)行成本低，安全可靠性高，仍應(yīng)作為電力系統(tǒng)最主要的儲(chǔ)能手段和調(diào)節(jié)電源；抽水蓄能以外的新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有精準(zhǔn)控制、快速響應(yīng)、靈活配置和四象限靈活調(diào)節(jié)功率等特點(diǎn)，能為電力系統(tǒng)提供多時(shí)間尺度、全過程的平衡能力、支撐能力和調(diào)控能力，是構(gòu)建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的重要支撐。抽水蓄能2.2抽水蓄能概述1909年，瑞士建成世界第一座抽水蓄能電站Schaffhausen電站。當(dāng)時(shí)，抽水蓄能電站的主要目的為蓄水，用以調(diào)節(jié)電站水量的季節(jié)性不均勻。上世紀(jì)60年代后，抽水蓄能電站開始迅速發(fā)展。抽水蓄能電站的主要功能變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻。我國六十年代后期才開始研究抽水蓄能電站的開發(fā)，1968年和1973年先后在華北地區(qū)建成崗南和密云兩座小型混合式抽水蓄能電站。我國抽水蓄能電站建設(shè)雖然起步比較晚，但由于后發(fā)效應(yīng)，起點(diǎn)卻較高，已經(jīng)建設(shè)的大型抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。2.22021年12月30日，服務(wù)北京綠色冬奧的國家電網(wǎng)豐寧抽水蓄能電站投產(chǎn)發(fā)電，是目前世界規(guī)模最大的抽水蓄能電站。豐寧電站建設(shè)創(chuàng)造了抽水蓄能電站四項(xiàng)“世界第一”：裝機(jī)容量世界第一，儲(chǔ)能能力世界第一，地下廠房規(guī)模世界第一，地下洞室群規(guī)模世界第一。抽水蓄能抽水蓄能概述2.2抽水蓄能的工作原理抽水蓄能蓄能：在電力負(fù)荷低谷期，利用電站提供的剩余電量驅(qū)動(dòng)水泵，將低水位庫中的水抽至高水位庫，電能轉(zhuǎn)為水的重力勢能。2.2抽水蓄能釋能：在電力負(fù)荷高峰期，釋放高位水庫的水，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將水的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能。抽水蓄能的工作原理抽水蓄能電站的構(gòu)造2.2抽水蓄能電站的構(gòu)造抽水蓄能2.2抽水蓄能電站的分類抽水蓄能按調(diào)節(jié)性能分：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)。按水頭高低分：100m以下的低水頭、100-700m的中水頭、700m以上的高水頭。按布置特點(diǎn)分：地面式、地下式。按機(jī)組類型分：四機(jī)式、三機(jī)式、兩機(jī)式。按天然徑流條件分：純抽水蓄能、混合式抽水蓄能。2.2抽水蓄能電站的分類抽水蓄能（1）純抽水蓄能電站上水庫無水源或水源很小，上下庫庫容相當(dāng)，同體積的水體在上下庫中循環(huán)，靠下庫入流來補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失。廠房內(nèi)機(jī)組全部是可逆式的抽水蓄能機(jī)組，主要功能是調(diào)峰填谷、系統(tǒng)事故備用等任務(wù)，而不承擔(dān)常規(guī)發(fā)電任務(wù)。（2）混合式抽水蓄能電站上水庫有水源，一般建在河川上，或利用天然湖泊。廠房內(nèi)裝有水輪機(jī)常規(guī)機(jī)組和可逆式蓄能機(jī)組，前者利用天然徑流發(fā)電，后者則按需使用。既用于調(diào)峰填谷、系統(tǒng)事故備用等任務(wù)，又承擔(dān)常規(guī)發(fā)電任務(wù)。2.2抽水蓄能的技術(shù)特點(diǎn)抽水蓄能優(yōu)點(diǎn)：抽水蓄能技術(shù)是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，具有容量大，壽命長（經(jīng)濟(jì)壽命80年以上）、效率高（65%-80%）、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)?？蔀殡娋W(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用等服務(wù)，其良好的調(diào)節(jié)性能和快速負(fù)荷變化響應(yīng)能力，對(duì)于有效減少新能源發(fā)電輸入電網(wǎng)時(shí)引起的不穩(wěn)定性具有重要意義。不足：電站選擇上需要有水平間距小，上下水庫高度差大的地形條件，巖石強(qiáng)度高、防滲水性能好的地質(zhì)條件，以及充足的水源保證發(fā)電用水的需求。另外還需要考慮上下水庫的庫區(qū)淹沒問題，水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤堿化等一系列環(huán)保問題。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能:利用介質(zhì)將電能儲(chǔ)存起來并在需要時(shí)釋放的儲(chǔ)能技術(shù)及措施，這個(gè)儲(chǔ)能的介質(zhì)就是電池。電池又可分為一次電池和二次電池。一次電池就是我們?nèi)粘Ｉ钪械母呻姵兀荒軐⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，放電后不能再充電使其復(fù)原，不可重復(fù)使用。二次電池又稱為充電電池或者蓄電池，可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的多次轉(zhuǎn)化，可以重復(fù)使用。用于電化學(xué)儲(chǔ)能的介質(zhì)便是可以重復(fù)使用的二次電池。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能電站主要由電池組、電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，簡稱BMS）、能量管理系統(tǒng)（EnergyManagementSystem，簡稱EMS）、儲(chǔ)能變流器（PowerConversionSystem，簡稱PCS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能電站的電池組一般采用電池艙的方式構(gòu)建，電池艙采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱進(jìn)行安裝，其中包含若干電池簇。電池簇由多個(gè)電池模組組成，電池模組又由若干單體電池采用串并聯(lián)的方式組織而成。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3電化學(xué)儲(chǔ)能概述依據(jù)所用單體電池的不同，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)可分為鋰離子電池、鈉離子電池、鉛蓄電池（鉛酸電池及鉛炭電池的總稱）、液流電池、鈉硫電池等。雖然各類二次電池的工作方式不同，但是其儲(chǔ)能原理都類似，都是基于某種可逆的化學(xué)反應(yīng)，在充電時(shí)，通過電壓驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換；用電時(shí)，逆反應(yīng)的發(fā)生則可驅(qū)動(dòng)電子在外界電路中流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換。不同的電池類型都有各自特點(diǎn)，為大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的不同需求提供了多樣化的選擇。其中，鋰離子電池是目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)路線，其他電池系統(tǒng)也在逐漸發(fā)展成熟。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池鋰離子電池以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物（如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等）為正極，以鋰鹽的有機(jī)溶液為電解液。鋰離子電池的充放電過程主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間往返嵌入和脫嵌。充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，使負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子嵌入和脫嵌過程中，會(huì)同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌，由此即可實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池

電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池負(fù)極材料Anode（如：石墨）正極材料Cathode（如：LiCoO2）負(fù)極集流體（如：銅）Currentcollector正極集流體（如：鋁）Currentcollector隔膜電解液-+電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池鋰離子電池主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①高的能量密度。高水平的商品化鋰離子電池重量比能量能達(dá)到200瓦小時(shí)/千克，是鉛酸電池的五倍。②高的工作電壓。單體電池工作電壓可以達(dá)到3.6伏，是鉛酸電池的兩倍；③寬的工作溫度范圍。-20～60℃。④高的能量轉(zhuǎn)化效率。鋰離子電池在每一周的能量效率能達(dá)到96%以上。⑤高的充放電速率。通常1庫充電容量能達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上，放電倍率能到達(dá)3庫或更高。⑥長的循環(huán)壽命。經(jīng)過2000次以上循環(huán)后容量仍然能達(dá)到初始容量的80%以上。⑦低的自放電速率。每月5%以下。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池鋰離子電池的缺點(diǎn)在于：①耐過充/放電性能差，組合及保護(hù)電路復(fù)雜。②成本相對(duì)于鉛酸電池等傳統(tǒng)蓄電池偏高。③大多數(shù)金屬氧化物正極材料存在熱不穩(wěn)定性，在高溫下會(huì)分解，釋放出氧氣，可能導(dǎo)致熱擊穿。為了盡量降低這種風(fēng)險(xiǎn)，鋰離子電池配備了一個(gè)監(jiān)控部件，以避免過度充電和過度放電。通常還會(huì)安裝一個(gè)電壓平衡電路，以監(jiān)控每個(gè)電池的電壓值，防止各電池間出現(xiàn)電壓偏差。鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷發(fā)展，未來還有很大的提升空間。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池鋰離子電池技術(shù)術(shù)語：(1)電池容量:電池的容量由電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定,通常用毫安時(shí)(mA·h)或者(A·h)表示。例如1000mA·h就是能以1A的電流放電1h,換算為所含電荷量大約為3600C。(2)標(biāo)稱電壓:電池正負(fù)極之間的電勢差稱為電池的標(biāo)稱電壓。標(biāo)稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。一般情況下,單元鋰離子電池標(biāo)稱電壓為3.6V、磷酸鐵鋰電池為3.2V。(3)充電終止電壓:可充電電池充足電時(shí),極板上的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài),再繼續(xù)充電,蓄電池的電壓也不會(huì)上升,此時(shí)電壓稱為充電終止電壓。鋰離子電池為4.2V、磷酸鐵鋰電池為3.55~3.60V。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鋰離子電池鋰離子電池技術(shù)術(shù)語(4)放電終止電壓:放電終止電壓是指蓄電池放電時(shí)允許的最低電壓。放電終止電壓和放電率有關(guān),一般來講,單元鋰離子電池放電終止電壓為2.7V、磷酸鐵鋰電池放電終止電壓為2.0~2.5V。(5)電池內(nèi)阻:電池內(nèi)阻由極板電阻和離子流阻抗決定,在充放電過程中,極板電阻不變,離子流阻抗隨電解液濃度和帶電離子的增減而變化。一般來講,單元鋰離子電池內(nèi)阻為80~100mΩ、磷酸鐵鋰電池的內(nèi)阻<20mΩ。(6)自放電率:自放電率是指在一段時(shí)間內(nèi),電池在沒有使用的情況下,自動(dòng)損失的電量占總?cè)萘康陌俜直?。一般在常溫?鋰離子電池自放電率為每月只有5%~8%。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鈉離子電池元素原子量g/mol密度g/cm離子半徑pm比容量mAh/g標(biāo)準(zhǔn)電勢V地殼豐度價(jià)格元/kgLi6.940.534683862-3.040.006%~40Na22.990.968971166-2.72.64%~2鈉和鋰屬同一主族元素，在電池工作中均表現(xiàn)出相似的電化學(xué)充放電行為，據(jù)此，采用同體系材料的鈉離子電池被開發(fā)出來。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鈉離子電池鈉離子電池是一種依靠鈉離子在正、負(fù)極間移動(dòng)來完成充放電工作的二次電池。鈉離子電池在充電過程中，鈉離子從正極脫出并嵌入負(fù)極活性物質(zhì)中；放電時(shí)，則發(fā)生相反過程，鈉離子從負(fù)極脫出重新回到正極活性物質(zhì)中，同時(shí)為了保持電中性，等摩爾量的電子通過外部電路，起到驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的作用。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鈉離子電池鈉離子電池特點(diǎn)：擴(kuò)散速率：鈉離子比鋰離子的相對(duì)原子質(zhì)量及離子半徑更大，因而其擴(kuò)散速率更低。電池性能：鈉離子電池的理論容量及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征較鋰離子電池更為遜色。電池成本：鈉儲(chǔ)量比鋰豐富得多，不存在獲取壁壘，鈉離子電池成本比鋰離子電池低得多。安全性：鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，在短路時(shí)發(fā)熱量更少，溫升較低；熱失控過程中容易鈍化失活，熱穩(wěn)定性較高，在安全性方面具備先天優(yōu)勢。快充性能：鈉離子電池在快充方面具備優(yōu)勢，能夠適應(yīng)快速響應(yīng)型的儲(chǔ)能和規(guī)模供電。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池鉛蓄電池是鉛酸電池與鉛炭電池的總稱，是最早被開發(fā)并廣泛應(yīng)用的二次電池。鉛酸電池是指正負(fù)極活性物質(zhì)分別是二氧化鉛和鉛、由硫酸水溶液做電解液的二次電池。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池鉛酸電池放電時(shí)，正極的二氧化鉛與硫酸發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鉛和水；負(fù)極的金屬鉛，與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，生成硫酸鉛和氫離子。電池放電后兩極物質(zhì)都轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，稱為“雙極硫酸鹽化”。充電時(shí)，正、負(fù)極的硫酸鉛則又反應(yīng)分別生成二氧化鉛與鉛，回到原始狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)反復(fù)充放電，由此實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與釋能。鉛酸電池的反應(yīng)方程式為：

鉛酸電池主要由正極板、隔板、負(fù)極板、電池槽（盛裝有電解液）、電池蓋、安全閥、正接線柱、負(fù)接線柱等部分組成。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池為了提高鉛酸電池的循環(huán)使用壽命并改善其充電特性，人們?cè)阢U酸電池的基礎(chǔ)上發(fā)展出了新型鉛蓄電池—鉛炭電池。通過在普通鉛酸電池的負(fù)極中加入一定量高比表面積碳材料（如活性碳、活性碳纖維、碳?xì)饽z或碳納米管等），形成了碳電極和海綿鉛負(fù)極的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池鉛負(fù)極仍發(fā)揮鉛酸電池的作用，碳電極則與正極構(gòu)成一個(gè)電容器。這樣，將鉛酸電池和超級(jí)電容器合二為一成為鉛炭電池。鉛炭電池既繼承了鉛酸電池的比能量以及優(yōu)良充放電性能的優(yōu)勢，又繼承了超級(jí)電容器高比功率的優(yōu)點(diǎn)。而且高比表面積碳材料的高導(dǎo)電性和對(duì)鉛基活性物質(zhì)的分散性，提高了鉛活性物質(zhì)的利用率，有效阻止了負(fù)極的硫酸鹽化現(xiàn)象，可以有效地保護(hù)負(fù)極板，大大提高了電池使用壽命。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池由于使用了鉛炭技術(shù)，鉛炭電池的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸電池，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中有著更強(qiáng)的競爭力。在各應(yīng)用領(lǐng)域中，鉛炭電池目前已取代了鉛酸電池的地位。因其成本低、安全性高等突出優(yōu)勢，大容量鉛炭儲(chǔ)能電池可廣泛用于太陽能、風(fēng)能、風(fēng)光互補(bǔ)等各種新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)，智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、無市電、惡劣電網(wǎng)地區(qū)的供電儲(chǔ)能系統(tǒng)，電力調(diào)頻及負(fù)荷跟蹤系統(tǒng)、電力削峰填谷系統(tǒng)以及生活小區(qū)儲(chǔ)能充電系統(tǒng)等，是主流儲(chǔ)能電池之一。尤其在對(duì)安全性要求較高的領(lǐng)域，鉛炭電池的優(yōu)勢比鋰離子電池更明顯。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池鉛酸蓄電池的相關(guān)概念(1)蓄電池充電：指通過外電路給鉛酸電池供電。(2)過充電：對(duì)已經(jīng)充滿電的鉛酸電池或鉛酸電池組繼續(xù)充電。(3)放電：指在規(guī)定的條件下,鉛酸電池向外電路輸出電能。(4)自放電：鉛酸電池的能量未通過外電路放電而自行減少。(5)活性物質(zhì)：放電時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的物質(zhì),或說是正極和負(fù)極存儲(chǔ)電能的物質(zhì)。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池鉛酸蓄電池的相關(guān)概念(6)放電深度:鉛酸電池在某一放電速率下,電池放電到終止電壓時(shí)實(shí)際放出的有效容量與電池在該放電速率額定容量的百分比。放電深度越大、循環(huán)使用次數(shù)越少；經(jīng)常深度放電會(huì)縮短電池壽命。(7)極板硫化：電池放電后要及時(shí)充電，鉛酸電池長期處于虧電狀態(tài),極板就會(huì)形成PbSO4晶體,這種大塊晶體很難溶解,無法恢復(fù)原來的狀態(tài),將會(huì)導(dǎo)致極板硫化無法充電。(8)相對(duì)密度：指電解液與水密度的比值。相對(duì)密度與溫度變化有關(guān),25℃時(shí),充滿電的電池電解液相對(duì)密度值為1.265g/cm3,完全放電后降至1.120g/cm3。每個(gè)電池的電解液密度都不相同,同一個(gè)電池在不同的季節(jié),電解液密度也不一樣。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池5.鉛酸蓄電池常用技術(shù)術(shù)語(1)電池的容量：處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸電池在一定的放電條件下,放電到規(guī)定的終止電壓時(shí)所能給出的電量稱為電池容量，以符號(hào)C表，常用單位是安時(shí)(Ah)，通常在C的下角處標(biāo)明放電時(shí)率,如C10表明是10小時(shí)率的放電容量,C60表明是60小時(shí)率的放電容量。(2)放電率：指電池放電時(shí)電流的大小,常用時(shí)率和倍率兩種方法表征。時(shí)率是指以一定放電電流放完額定容量所需要的小時(shí)數(shù)，即放電時(shí)率=額定容量/放電電流，放電倍率=放電電流/額定容量。根據(jù)蓄電池放電電流的大小，放電率分為時(shí)間率和電流率。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，放電的時(shí)間率有20小時(shí)率，10小時(shí)率，5小時(shí)率，3小時(shí)率，1小時(shí)率，0.5小時(shí)率，分別標(biāo)示為20h、10h、5h、3h、1h、0.5h等。電池的放電倍率越高，放電電流越大，放電時(shí)間就越短，放出的相應(yīng)容量越少。(3)終止電壓：終止電壓是指蓄電池放電過程中，電壓下降到不宜再放電時(shí)（非損傷放電）的最低工作電壓。(4)電池電動(dòng)勢：蓄電池的電動(dòng)勢在數(shù)值上等于蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的開路電壓。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池5.鉛酸蓄電池常用技術(shù)術(shù)語(5)浮充壽命：蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時(shí)浮充運(yùn)行的總時(shí)間。(6)循環(huán)壽命：蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個(gè)循環(huán)（一個(gè)周期）。(7)過充電壽命：指采用一定的充電電流對(duì)蓄電池進(jìn)行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時(shí)所能承受的過充電時(shí)間。(8)自放電率：由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗。(9)電池內(nèi)阻：內(nèi)阻不是常數(shù),而是一個(gè)變化的(10)比能量：比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池6.鉛酸蓄電池型號(hào)識(shí)別JB/T2599—2012規(guī)定了鉛酸電池名稱、型號(hào)編制與命名辦法:(1)蓄電池型號(hào)字母及數(shù)字:型號(hào)采用漢語拼音或英語字母的大寫字母及阿拉伯?dāng)?shù)字表示;型號(hào)優(yōu)先采用漢語拼音,當(dāng)漢語拼音無法表述時(shí)方可用英語字頭,英語字頭為國際電工委員會(huì)(IEC)所提及的英文鉛酸蓄電池詞組。(2)型號(hào)組成:蓄電池型號(hào)由三部分組成,第一部分為串聯(lián)的單體蓄電池?cái)?shù);第二部分為蓄電池用途、結(jié)構(gòu)特征代號(hào);第三部分為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定容量。以6-QA-100蓄電池為例,該蓄電池為6個(gè)單體串聯(lián)的額定容量為100A·h的干式荷電起動(dòng)型蓄電池,6表示6個(gè)單體、-表示連接線(可省略)、Q表示起動(dòng)型、A表示干式荷電、100表示額定容量。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池6.鉛酸蓄電池型號(hào)識(shí)別JB/T2599—2012規(guī)定了鉛酸電池名稱、型號(hào)編制與命名辦法:蓄電池按其用途劃分電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鉛蓄電池6.鉛酸蓄電池型號(hào)識(shí)別JB/T2599—2012規(guī)定了鉛酸電池名稱、型號(hào)編制與命名辦法:蓄電池按其結(jié)構(gòu)特征劃分電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池液流電池:全稱氧化還原液流電池，是一種新的蓄電池。液流電池的正負(fù)極活性物質(zhì)都為液態(tài)流體氧化還原電對(duì)。液流電池通過存在于溶液中正、負(fù)極電解質(zhì)活性物質(zhì)各自發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化。充電時(shí)，正極電解液中的活性物質(zhì)價(jià)態(tài)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極電解液中的活性物質(zhì)則價(jià)態(tài)降低、發(fā)生還原反應(yīng)，從而將電能轉(zhuǎn)化為正、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)能儲(chǔ)存起來；放電過程則與之相反。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池與一般電池不同，液流電池的正負(fù)極的活性物質(zhì)為含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液（儲(chǔ)能介質(zhì)）存儲(chǔ)在電池外部的電解液儲(chǔ)罐中，電池內(nèi)部則由具有選擇透過性的離子交換膜分隔成彼此相對(duì)獨(dú)立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時(shí)正、負(fù)極電解液在各自專用的循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，以通過各自的反應(yīng)室參與各自的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池實(shí)際使用時(shí)，液流電池多采取多體疊加的方式組成電池堆，實(shí)現(xiàn)電解液的高效輸送。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池優(yōu)點(diǎn)：（1）輸出功率—體積，儲(chǔ)能容量—儲(chǔ)量和濃度：設(shè)計(jì)靈活；（2）活性物質(zhì)—液體，無固相變化、形貌改變，理論壽命長；（3）材料來源豐富，加工技術(shù)成熟，易于回收。（4）可超深度放電（100％）而不對(duì)電池造成傷害；（5）自放電低，關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)罐中的電解液無自放電；（6）能量效率高，可達(dá)75～80％，操作成本低，性價(jià)比高；（7）啟動(dòng)快，充放電切換—0.02秒。（8）系統(tǒng)封閉運(yùn)行無污染。缺點(diǎn)：氧化還原液流電池功率密度較低，電解液管理困難。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池液流電池的分類：根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，液流電池有全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池、鋅鎳液流電池、全鐵液流電池、多硫化鈉-溴液流電池、釩-多鹵化物液流電池、有機(jī)液流電池等20多種類型。全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池是最常見的液流電池類型，又以全釩液流電池的技術(shù)成熟最為成熟、綜合性能最好。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3液流電池全釩液流電池以釩不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。正極為V5+/V4+電對(duì)負(fù)極為V3+/V2+電對(duì)V4+放電充電V5+

+e-V2+放電充電V3++e-正極負(fù)極

電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鈉硫電池鈉硫電池：采用硫作為正極，金屬鈉作為負(fù)極，以鈉和硫的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的一類電池體系。反應(yīng)方程式為：鈉硫電池工作時(shí)，正負(fù)極材料都處于熔融狀態(tài)。

放電時(shí)的反應(yīng)過程：（1）Na離解成Na+和電子；（2）Na+穿過β-Al2O3向正極移動(dòng)；（3）Na+與S及電子反應(yīng)生成多硫化鈉；（4）電解質(zhì)β-Al2O3只有在高溫下才能讓鈉離子通過。電化學(xué)儲(chǔ)能2.3鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：（1）能量密度大：大功率鈉硫電池先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其理論比能量高達(dá)760Wh/kg，實(shí)際大于100Wh/kg，功率密度大。（2）使用壽命長：大功率鈉硫電池連續(xù)充放電近2萬次，使用壽命可達(dá)10到15年。（3）原材料鈉、硫易得。（4）無自放電、記憶效應(yīng)。（5）體積小、重量輕、便于模塊化制造安裝，建設(shè)周期短。不足：（1）工作溫度在300-350℃，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。（2）容量衰減：多硫化合物。（3）安全問題：S易燃。壓縮空氣儲(chǔ)能2.4壓縮空氣儲(chǔ)能原理：利用多余的電能驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)壓縮空氣，將電能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能與內(nèi)能儲(chǔ)存起來。在需要時(shí)，釋放空氣的勢能與內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣儲(chǔ)能工作原理壓縮空氣儲(chǔ)能2.4壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)造：由壓縮機(jī)、冷卻器、壓力容器、回?zé)崞鳌u輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)組成。（1）壓縮機(jī)：將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能及內(nèi)能。壓縮后，空氣壓力可達(dá)7-10MPa，溫度可達(dá)1000°C。（2）冷卻器：熱交換設(shè)備，用于存入壓力容器前的冷卻，防止空氣在壓力容器或洞穴中壓力減少。（3）壓力容器：存儲(chǔ)冷卻后的空氣，若采用洞穴存儲(chǔ)，則需滿足耐壓程度高、密封性好的地質(zhì)條件。壓縮空氣儲(chǔ)能2.4壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)造：由壓縮機(jī)、冷卻器、壓力容器、回?zé)崞?、渦輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)組成。（4）回?zé)崞鳎簾峤粨Q設(shè)備或燃燒室，將空氣溫度提高至1000℃左右，使渦輪機(jī)持續(xù)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，以便于提高渦輪機(jī)效率。（5）渦輪機(jī)：空氣通過渦輪機(jī)降壓，內(nèi)能及勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。（6）發(fā)電機(jī)：在渦輪機(jī)帶動(dòng)下，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣儲(chǔ)能2.4壓縮空氣儲(chǔ)能的類型氣體壓縮時(shí)產(chǎn)生熱量，因此壓縮后的空氣溫度較高。相反地，氣體膨脹會(huì)吸收熱。根據(jù)儲(chǔ)能過程中控制熱量的方式不同，壓縮空氣儲(chǔ)能可分為非絕熱式、絕熱式兩種。（1）非絕熱式：不干預(yù)空氣壓縮過程的產(chǎn)熱及膨脹過程的吸熱。壓縮空氣時(shí)很大一部分能量，在壓縮空氣過程中轉(zhuǎn)化為熱能，非絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)這部分熱能沒能有效利用，導(dǎo)致這種方式儲(chǔ)能效率低下。

壓縮機(jī)→儲(chǔ)氣裝置→渦輪機(jī)①無熱源型：無任何控制。②

燃料燃燒式：儲(chǔ)氣過程無控制，但利用過程中，額外加入燃料作為熱源，輔助動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。

壓縮機(jī)→儲(chǔ)氣裝置→渦輪機(jī)（2）絕熱式：將壓縮過程中產(chǎn)生的熱量通過儲(chǔ)熱器存儲(chǔ)起來，待發(fā)電過程中用這部分熱量預(yù)熱壓縮空氣，達(dá)到回收熱量的目的。即絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能?？商岣邏嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率。燃料→壓縮空氣儲(chǔ)能2.4壓縮空氣儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)與不足優(yōu)點(diǎn)：啟動(dòng)快、能量密度和功率密度較高、運(yùn)營成本低、自放電率低、設(shè)備的使用壽命長、損耗低絕熱式效率較高、不需要借助傳統(tǒng)化石能源加熱壓縮空氣。不足：建設(shè)周期長、初次投資大、需要大的巖洞以存儲(chǔ)壓縮空氣、受地理?xiàng)l件限制、適合的地點(diǎn)非常有限，對(duì)于絕熱系統(tǒng)，蓄熱器自放電率高，對(duì)于非絕熱系統(tǒng)效率又比較低。壓縮空氣儲(chǔ)能2.42022年5月15日，世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國家試驗(yàn)示范項(xiàng)目整套設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)4天滿負(fù)荷、滿時(shí)長“儲(chǔ)能—發(fā)電”試運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，標(biāo)志著大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)全流程驗(yàn)證成功，該項(xiàng)目已具備投入商業(yè)運(yùn)行的條件。熱儲(chǔ)能2.5熱能(或冷能)儲(chǔ)存的主要方式：顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能。顯熱儲(chǔ)能：每一種物質(zhì)均具有一定的熱容，在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下隨著溫度的變化，它會(huì)吸收或放出熱量，顯熱儲(chǔ)能技術(shù)就是利用物質(zhì)的這一特性。其儲(chǔ)熱效果和材料的比熱容、密度等因素關(guān)系密切。熱儲(chǔ)能的類型最常見的顯熱儲(chǔ)能：利用價(jià)格低廉、來源方便、比熱容大的水作為儲(chǔ)能介質(zhì)來儲(chǔ)存熱量。顯熱儲(chǔ)能的特點(diǎn)：原理簡單、材料來源豐富、成本低廉、運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；儲(chǔ)能密度小、儲(chǔ)能裝置體積大、難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。熱儲(chǔ)能2.5熱能(或冷能)儲(chǔ)存的主要方式：顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能。潛熱儲(chǔ)能：利用材料在發(fā)生物相變化時(shí)吸收或釋放大量的潛熱來進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存。故而，又稱為相變儲(chǔ)能。相變潛熱：物質(zhì)從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種相態(tài)（即相變）的過程中，伴有能量的吸收或釋放，這部分能量稱為相變潛熱。相變潛熱的大小取決于材料的種類及其相變的狀態(tài)。熱儲(chǔ)能的類型熱儲(chǔ)能2.5潛熱儲(chǔ)能（1）潛熱儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能密度極高、所用裝置簡單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便且易于管理；在相變儲(chǔ)能過程中，材料近似恒溫，便于控制體系的溫度。（2）潛熱儲(chǔ)能的應(yīng)用：熱機(jī)、廢熱回收、太陽能儲(chǔ)存以及供暖和空調(diào)系統(tǒng)等。熱儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比（1）儲(chǔ)能密度：潛熱儲(chǔ)能>顯熱儲(chǔ)能；如標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的液化潛熱為355kJ/kg；而比熱為4.2kJ/(kg℃)，若將水從25℃加熱至50℃，其顯熱為105kJ/kg.（2）使用便利度：潛熱儲(chǔ)能>顯熱儲(chǔ)能；相變過程溫度不變，顯熱過程溫度不斷變化；相較于顯熱儲(chǔ)能，相變儲(chǔ)能優(yōu)勢明顯，是更好的熱量儲(chǔ)存方式。熱儲(chǔ)能2.5相變材料相變儲(chǔ)能材料，簡稱相變材料（phasechangematerial,PCM）：廣義上：指能被利用其在物態(tài)變化時(shí)所吸收或釋放的大量熱能用于能量儲(chǔ)存的材料。狹義上：指在固—液相變時(shí)，儲(chǔ)能密度高、性能穩(wěn)定、相變溫度合適，能夠應(yīng)用于相變儲(chǔ)能技術(shù)的材料。只有能夠經(jīng)受足夠長次數(shù)的熔化-凝固循環(huán)，而保持其物理化學(xué)性質(zhì)不變的材料，才能成為相變材料。儲(chǔ)能密度高儲(chǔ)放能恒溫可循環(huán)使用

按照相變溫度的范圍來分類：高溫相變材料（250℃以上）、中溫相變材料（100~250℃）、低溫相變材料（100℃以下）熱儲(chǔ)能2.5相變材料儲(chǔ)能密度高儲(chǔ)放能恒溫可循環(huán)使用按照材料的組成成分分類：熱儲(chǔ)能2.5相變材料的類型有機(jī)、無機(jī)相變材料對(duì)比：有機(jī)相變材料無機(jī)相變材料優(yōu)點(diǎn)相變溫度分布范圍廣，選擇面廣無過冷和相分離現(xiàn)象化學(xué)性能、熱性能穩(wěn)定與傳統(tǒng)材料兼容性好單位體積的相變潛熱高熱傳導(dǎo)性好相變時(shí)體積變化小不易燃燒缺點(diǎn)單位體積的相變潛熱低固態(tài)時(shí)的熱傳導(dǎo)性差密度小、易燃燒過冷、相分離問題嚴(yán)重?zé)嵝阅懿环€(wěn)定，具有一定的腐蝕性熱儲(chǔ)能2.5潛熱儲(chǔ)能的類型(1)固氣升華凝華(2)液氣汽化液化(3)固液熔化固化(4)固固再結(jié)晶相變過程體積變化太大，很少實(shí)際利用相變過程體積變化小，可用于實(shí)際應(yīng)用相變潛熱太小，應(yīng)用不廣泛相變潛熱較大，最具實(shí)用價(jià)值SolidLiquidGas熱儲(chǔ)能2.5熔融鹽熔融鹽的分類：鹵化鹽：熱導(dǎo)率高、比熱容大；腐蝕性較強(qiáng)。

碳酸鹽：密度大；穩(wěn)定性稍弱。

硝酸鹽：價(jià)格低；熱導(dǎo)率較低、安全性不高。熔融鹽實(shí)際應(yīng)用：：單一組分的熔鹽劣勢明顯，實(shí)際應(yīng)用中通常將不同種類的熔鹽混合形成多元混合熔鹽，以提高優(yōu)勢、彌補(bǔ)劣勢。熔融鹽是最常用的相變材料，熔鹽屬于中高溫相變材料，溫度為幾百至上千攝氏度。常用熔鹽：堿金屬及堿土金屬的鹵化鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等。儲(chǔ)能機(jī)理：固液相變的潛熱。熔鹽相變材料的普遍特點(diǎn)：溫度范圍廣、價(jià)格低廉、單位體積儲(chǔ)熱密度大、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、蒸汽壓低、安全性好。熱儲(chǔ)能2.5相變儲(chǔ)能的應(yīng)用