电储能技术
各项电化学储能技术对比
各项电化学储能技术对比
电化学储能技术是一种将电能存储在化学电池中的技术，它具有能量密度高、效率高、响应速度快等优点，因此在能源领域得到了广泛的应用。
目前，常见的电化学储能技术包括锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池、液流电池等。
以下是这些技术的对比：
1. 锂离子电池：锂离子电池是目前应用最广泛的电化学储能技术之一，它具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点。
锂离子电池的正极通常采用钴酸锂、三元材料等，负极采用石墨等材料。
锂离子电池的充放电效率较高，但成本也相对较高。
2. 钠离子电池：钠离子电池是一种新型的电化学储能技术，它与锂离子电池类似，但使用的是钠离子而不是锂离子。
钠离子电池具有成本低、资源丰富等优点，但目前的能量密度和循环寿命还不如锂离子电池。
3. 铅酸电池：铅酸电池是一种传统的电化学储能技术，它具有成本低、技术成熟等优点。
铅酸电池的正极采用二氧化铅，负极采用铅等材料。
铅酸电池的能量密度较低，但寿命较长，适用于一些对能量密度要求不高的应用场合。
4. 液流电池：液流电池是一种新型的电化学储能技术，它将电能存储在液态电解质中。
液流电池具有容量大、寿命长、可深度放电等优点，但目前的成本较高，能量密度也相对较低。
总的来说，各种电化学储能技术都有其优缺点，需要根据具体的应用场合和需求来选择合适的技术。
在未来，随着技术的不断进步和成本的不断降低，电化学储能技术将会得到更广泛的应用。
储能解决方案5种不同技术路线对比,附储能商业模式汇总
储能解决方案5种不同技术路线对比，附储能商业模式汇总现阶段存在几种主流的储能解决方案技术路线，不同的技术路线各有优缺点。
简单介绍如下：1、集中式：电池簇→直流电缆→直流汇流箱→直流电缆→集中式变流器→交流电缆→升压变压器多个电池簇直接在直流侧的母线并联，直流电汇流后通过储能变流器转换成交流，这种方式是目前应用较广的一种技术路线，优点是控制简单，缺点是电池簇之间电压不一致时会产生环流。
代表企业：YG，SN，KH等2、分散式：电池簇→直流电缆→变流器→交流电缆→交流汇流箱→交流电缆→升压变压器每个电池簇单独与一个储能变流器串联，多个储能变流器在交流母线侧进行并联，不在直流侧并联。
这种方式的优点是可以解决电池簇间的环流问题，每个簇可以单独管理或者故障隔离，缺点是因为变流器数量较多，对系统的稳定性和可靠性要求较高。
代表企业：JD3、集散式：电池簇→DC/DC→直流电缆→单个变流器→交流电缆→交流汇流箱→交流电缆→升压变压器每个电池簇经过直流变压器（DC/DC）变成一致的电压以后在直流侧进行并联，直流电汇流后通过储能变流器转换成交流。
不同于集中式的是集散式在每个电池簇使用了DC/DC。
优点是可以解决电池簇间因电压不一样会产生环流的问题。
缺点是增加了DC/DC元件，也有能量损耗。
代表企业：Tesla4、组串式: 电池簇→DC/DC→直流电缆→多个变流器→交流电缆→交流汇流箱→交流电缆→升压变压器和集散式相似，区别在于直流电汇流后通过多个容量较小的变流器转换成交流，而不是通过一个容量较大的变流器进行变流。
优点是单个变流器故障不会影响整个储能系统。
代表企业：HW5、高压级联直挂式：电池→H桥（DC/AC功率单元）→H桥级联→三相星型连接。
系统包含多个储能单元，每个储能单元由H桥和独立小电池堆组成，每相由多个储能单元串联至一定的电压直接接入交流电网。
优点是无需升压变压器，减小系统损耗，减少占地面积，无电池簇间并联，消除簇间环流问题。
电化学储能技术的优势和局限性
电化学储能技术的优势和局限性一、引言随着可再生能源的快速发展，为了解决其波动性和不可预测性问题，电化学储能技术越来越受到关注和研究。
本文将从技术本身出发，详细探讨电化学储能技术的优势和局限性。
二、电化学储能技术的优势1. 高效性电化学储能技术能够将电能快速转化为化学能储存，具有高转化效率和高储能密度。
这样的电能转化过程对于电网平衡和调峰具有显著的意义。
2. 环保相比于传统的化石能源储存方式，电化学储能技术不会产生废气、废水、废渣等有害气体或物质。
同时，电化学储能技术的衰减速度较慢，能够保持长期的使用寿命和稳定性。
3. 可靠性电化学储能技术具有较高的稳定性和可靠性。
其采用的是化学反应储存能量，在储存方式上较为稳定，在使用过程中不容易出现故障和损坏。
4. 多种适用场景电化学储能技术可以适用于不同场景下的能量储存，如太阳能、风能、电动汽车等。
面对各个应用场景，电化学储能技术可以根据需求进行优化设计，提高其储能效率和使用寿命。
三、电化学储能技术的局限性1. 价格昂贵相较于其他储能方式，电化学储能技术的成本较高，其中主要原因是电化学储能技术的材料和部件普遍较贵。
这也使得电化学储能技术的应用范围受到了一定的影响。
2. 能量密度低电化学储能技术只有有限的能量密度，这使得电化学储能技术在大规模应用时受到一定的限制，需要进行更多的技术创新和研究。
3. 安全隐患电化学储能技术具有一定的安全风险，例如锂离子电池长时间老化、过热等可能会导致短路、爆炸等危险。
目前，已经出现了一些电化学储能技术在运作中遇到的安全隐患，需要进一步加强技术研究和安全控制措施。
4. 储存寿命偏短电化学储能技术的储存寿命较短，实际使用寿命长短还需要受到不同环境因素的影响，如温度、湿度等。
因此，电化学储能技术需要持续改进来提高其使用寿命和可靠性。
四、结论电化学储能技术是未来储能的重要技术方向之一，具有高效、环保、可靠、适用场景多等优势。
然而，它仍存在着价格昂贵、能量密度低、安全隐患、储存寿命短等局限性。
电力储能原理
电力储能原理近年来，随着能源需求的不断增长和可再生能源的普及应用，电力储能技术逐渐成为解决能源供应不稳定性和电网负荷平衡问题的重要手段。
本文将介绍电力储能的原理以及几种常见的电力储能技术。
一、电力储能原理概述电力储能是指将电能在适当的时间存储起来，然后在需要时释放出来供电使用的技术过程。
其核心原理是将电能转化为另一种形式的能量进行储存，再根据需要将其再次转化为电能供应给用户。
通过电力储能技术，我们可以实现对能量的高效利用，提高电能的可持续性和供应的稳定性。
二、常见的电力储能技术1. 储能电池技术储能电池技术是当前应用最广泛的电力储能技术之一。
常见的储能电池技术包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池等。
其工作原理是通过电化学反应，在充电状态下将电能储存为化学能，然后在需要时通过放电反应将其转化为电能供电。
储能电池技术具有储能效率高、容量大、寿命长等优点，被广泛应用于家庭、商业和工业领域。
2. 储能飞轮技术储能飞轮技术是一种将电能转化为旋转动能进行储存的技术。
其原理是通过电机将电能转化为旋转动能，然后将旋转动能存储在高速旋转的飞轮中，待需要时再通过发电机将旋转动能转化为电能供电。
储能飞轮技术具有响应速度快、寿命长等特点，适用于对瞬时功率需求较大的场景。
3. 储能超级电容器技术储能超级电容器技术是一种利用电场储存电能的技术。
超级电容器具有高电容量、快充放电速度、长循环寿命等特点，可广泛应用于能量储存和瞬时功率补偿等方面。
其工作原理是通过将电荷存储在电介质中的电极上，然后根据需要在电极之间释放电荷，实现电能的储存与释放。
4. 储能压缩空气技术储能压缩空气技术是一种利用压缩空气进行能量储存的技术。
其原理是将电能利用压缩机将空气压缩储存，在需要释放能量时，通过膨胀机将储存的压缩空气释放，通过发电机将膨胀空气转化为电能供应。
储能压缩空气技术具有容量可调节、储能效率高等优点，适用于大规模储能需求。
三、电力储能的应用前景电力储能技术的应用前景广阔。
电化学储能技术的应用与发展
电化学储能技术的应用与发展一、概述电化学储能技术是指利用电化学反应，在电极和电解质之间储存化学能量，以电势能形式存储。
随着能源需求的增长，电化学储能技术在能源领域发挥了重要的作用。
它已经被应用于电动汽车、可再生能源领域、智能电网等诸多领域中。
二、电化学储能技术的分类1. 锂离子电池锂离子电池是目前广泛使用的一种电池技术，具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率等优点。
它已被广泛应用于电动汽车、智能手机、笔记本电脑等领域。
2. 钠离子电池钠离子电池是一种相对较新的技术，其具有缩小对锂资源的依赖性、低成本等优点。
可以经过一定的改进后，它将能够被应用于更广泛的领域。
3. 金属空气电池金属空气电池是将金属作为负极和空气作为正极进行的电化学储能技术，具有高能量密度、长时间使用等优点。
但是，它的循环寿命较短，难以重复利用。
三、电化学储能技术在电动汽车中的应用电化学储能技术是电动汽车中必不可少的一部分，目前广泛采用的是锂离子电池。
电动汽车对能源密度、耐久性、安全性和生命周期等方面的严格要求，都使得锂离子电池成为了最优选择。
锂离子电池具有优良的持续放电能力和高能量密度，从而使得电动汽车能够拥有较高的续航里程和较短的充电时间。
电化学储能技术对提高电动汽车的续航能力和安全性发挥了重要作用，也推动了电动汽车行业的发展。
四、电化学储能技术在可再生能源领域的应用可再生能源是未来能源的重要方向，而电化学储能技术在可再生能源领域也发挥着至关重要的作用。
可再生能源的产生往往不可预测，因此需要储能来解决这一问题。
电化学储能技术可以将可再生能源产生的电能存储在电池中，在需要的时候释放出来使用。
目前，电池已经广泛应用于风力和太阳能等领域中，以实现能量的储存和利用。
五、电化学储能技术在智能电网中的应用智能电网是将互联网技术与电力系统相结合，达到节能、环保、可靠性高等目的的电力系统。
而电化学储能技术在智能电网中起到了储存和负荷平衡的重要作用。
储能 技术路线
储能技术路线
储能技术是新能源领域的重要组成部分，主要涉及将电能、化学能、热能等能源形式进行储存，并在需要时释放出来。
目前，储能技术主要分为以下几种路线：
1.电储能技术：
•物理储能：利用大容量物理介质（如水、压缩空气等）进行能量储存。
其优点是技术成熟、运行安全，适用于大规模储能，缺点是需要专用场地。
•化学储能：通过电池进行能量储存。
电池储能具有高能量密度、充放电可控性较好等优点，适用于电动汽车、智能电网等应用场景。
2.热储能技术：利用高温热能进行能量储存，主要应用于工业余热回收
等领域。
3.氢储能技术：通过氢气进行能量储存，具有高能量密度、清洁环保等
优点，适用于大规模、长周期储能场景。
4.生物质能储能技术：利用生物质进行能量储存，具有可再生、环保等
优点，适用于农村能源供应等场景。
5.地热储能技术：利用地下热能进行能量储存，主要应用于地热供暖等
领域。
各种储能技术各有优缺点，适用场景也不同，需要根据具体需求选择合适的储能技术路线。
电储能的原理及优缺点
电储能的原理及优缺点电储能（Energy Storage）是指通过电学方式将电能转化成其他形式储存起来，便于随时取用的技术。
电储能技术起源于20世纪初，经过近百年的发展，如今已成为能源行业的重要组成部分。
电储能有多种原理和应用方式，其中最常见的包括化学电池、压缩空气储能和超级电容器等。
化学电池是电储能技术中最常见的形式，包括锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等。
化学电池的工作原理是通过离子在正负极之间的迁移来实现电子的流动。
在放电状态下，正极材料失去电子，负极材料得到电子，离子通过电解液在正负极之间移动以维持电中性。
而在充电状态下，则是相反的过程，通过外部电源输入电能，离子从负极移动到正极。
优点方面，化学电池容量大、可靠性高、循环寿命长，并且具备高能量密度和高功率密度的特点。
由于能够提供稳定的供电，化学电池广泛应用于各个领域，包括移动设备、电动车、电网储能等。
然而，化学电池也存在一些缺点。
首先，电池材料制备和回收过程中会产生环境污染和资源浪费。
其次，电池的性能受到温度、荷电状态等因素的严重影响，容易出现容量衰减和储能效率降低的问题。
此外，一些化学电池如锂离子电池还具备燃烧爆炸的潜在危险，需要特别注意安全性。
压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，CAES）利用电力将空气压缩储存在容器中，然后利用压缩空气发电机将储存的压缩空气释放出来，通过发电机产生电能。
这种技术在电网平衡调节、电力峰谷调峰等方面具有巨大潜力。
压缩空气储能的优点之一是环境友好，对环境影响较小。
此外，压缩空气储能技术具备高功率和高效率的特点，适用于电力系统频繁起伏的场景。
然而，压缩空气储能也存在一些挑战。
首先，压缩空气的压缩和放出过程会产生热量，导致能量损失；其次，储气罐的体积较大且有一定安全风险；此外，现有的压缩空气储能技术还面临成本高和储气效率低等问题。
超级电容器（Supercapacitor）是一种高容量、高功率的电储能设备，可提供高频率充放电。
电池储能原理与技术
电池储能原理与技术电池储能技术的原理主要基于电化学反应，通过将输入的电能转化为化学能存储在电池内部，并能在需要时将储存的化学能高效地转换回电能。
以下是电池储能技术的基本原理和关键技术：一、原理充放电过程：1.充电过程：电池连接到电源时，外部电场驱动电池内部的化学反应，使得电子从负极向正极移动（或通过外部电路），同时离子在电解液中迁移，这样就把电能以化学能的形式储存在电池的正负极材料中。
2.放电过程：当电池连接到负载时，这个过程逆向进行，储存在正负极的化学能被释放出来，离子返回原来的电极，电子通过外部电路流动形成电流，从而提供电力输出。
二、技术特点1.能量密度：指单位体积或重量内可以储存的能量量，是评价电池储能系统性能的关键指标之一。
2.效率：包括充电效率和放电效率，反映电能转换为化学能再转回电能过程中损失的程度。
3.循环寿命：即电池完成一次完整充放电循环后仍保持一定性能的能力，通常用作衡量电池长期使用价值的重要参数。
4.倍率性能：表示电池快速充放电的能力，高倍率性能意味着电池能在短时间内承受大电流充放电而不显著影响其性能。
5.安全与稳定性：包括热稳定性和过充、过放保护机制，以及电池管理系统(BMS)对电池状态的实时监控和均衡控制等。
三、关键技术1.电池类型选择：常见的电池储能技术有锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池等，每种电池都有其独特的化学体系和技术挑战。
2.电池管理系统(BMS)：负责监测每个电池单元的状态（如电压、电流、温度等），并确保所有电池单元的一致性，延长整个系统的使用寿命。
3.散热设计与热管理：由于电池在充放电过程中会产生热量，良好的散热设计和热管理系统对于维持电池工作温度范围、防止热失控至关重要。
4.先进封装和集成技术：提高电池组的整体可靠性和安全性，以及实现更高效的能量转换。
四、应用电池储能广泛应用于电力系统中的可再生能源整合、电网调峰填谷、频率调节、备用电源、微电网供电等多个领域，同时也在电动汽车、便携式电子产品等领域中发挥着核心作用。
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始在大范围内推广钒电池; 我国于1995年开始VRB的研究工作，研究单位主要有中国工程物理研究
院电子工程研究所、中科院大连化学物理所、中南大学以及清华大学。
优点：
(1) 理论比能量高达760Wh/kg，实际中>100Wh/kg (铅酸电池的3-5倍)。
(2) 高效率，实验室充放电效率高达89%，实际效率也高达80%；没有自放电现象；
容量和功率分别可调；
(3) 充放电循环次数高达4500次，寿命可达10-15年。
(4) 原材料丰富且易开采，维护成本低；
(5) 不含重金属，环境友好。
化学储能7.5万千瓦 ，2010年）； （2）厦门：基于液流电池储能的大型应急电源示范工程（国际会展中心）； （3）上海：上海世博园智能电网综合示范工程
······· 几个计划：
（1）2010年5月，国网公司《坚强智能电网关键设备（系统）研制规划》 发电：“大规模储能： 大型抽水蓄能电站、大容量电池储能系统” 用电：“智能用电中的“储能及管理”/ 电动汽车充放电设备”
11
1.3 电储能技术应用现状— 智能电网
美国电力公司(AEP) 2006年：查尔斯顿一变电站，第一组储能1MW/7.2MWh的钠硫电池（左图） 2008年：三个变电站中设置了2MW/14.4MWh钠硫电池储能系统（右图） 2009年：在俄亥俄州投入1MW/250kWh飞轮储能系统，验证分布式储能装 置对电网频率调整的可行性； 2009年：120V/240V上“社区储能装置”(community energy storage, CES)，推广分布式储能装置。
（2）2010年9月，能源局《新兴能源产业规划 》 规划不仅包含先进核电、风能、太阳能和生物质能等新能源资源的开发
利用，还包括对传统能源的升级变革。实施以后，到2020年将大大减缓对 煤炭的过度依赖，使当年的SO2排放减少约780万吨、CO2排放减少约12 亿吨。规划期累计直接增加投资5万亿元，每年增加产值1.5万亿元。 14
缺点：工作温度高，大电流充放电可能发生爆炸；技术难度高。
技术所有：日本NGK； 我国：大连化学物理研究所 、上海硅酸盐研究所等
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钠硫电池（NAS）及技术现状
国际： 1976年美国福特(Ford)公司发明公布 2002年日本东京电力公司(TEPCO)和日本NGK推出钠硫电池产品
目前只有东京电力和NGK下属企业生产钠硫电池 国内： 2006年8月上海硅酸盐研究所与市电力公司开始研发大容量钠硫单体电池 2007年1月650Ah单体电池试制成功，标志我国掌握单体电池核心技术 2007年8月上海硅酸盐研究所与市电力公司攻克制备关键技术，建成中试线
二钒5.62公斤); 不含重金属，环境友好。 缺点：能量密度为20Wh/kg，略高于铅酸电池。
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技术所有：日本住友电工， 我国：大连化学物理所、中南大学、清华大学
全钒液流电池（VRB）和技术现状
1984年澳大利亚新南威尔士大学的Maria Skyllas-Kazacos教授提出概念; 1993年日本住友电工(SEI)获得相关专利，并对关键材料和设计进行探索; 1998年澳大利亚Pinnacle VRB获得新专利许可，并在1999年将专利授予日
对比特性 化学蓄电池 飞轮储能装置 超导储能装置 燃料电池
储能方式 化学方式
使用寿命 3～10 年
对环境影响 需要回收
工作温度 有要求
相对尺寸 最大
价格
最低
储能密度
小
维护周期 半年以内
机械方式 电磁方式 化学方式
20 年以上 约 20 年 10 年以上
几乎无污染 几乎无污染 污染极少
要求低 严格控制温度 有要求
比亚迪纯电动
2010/6，财政部、科技部、工信部和发改委联
合发布了私人购买新能源汽车补贴标准，确定将
在上海等 5个城市启动私人购买新能源汽车补贴
试点工作。国家对满足支持条件的新能源汽车，
按3000元/千瓦时给予补贴。
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1.3 电储能技术应用现状— 国家的几个举 措
近期几个示范工程： （1）张北：风光储一体化示范工程（风电30万千瓦、太阳能光伏电10万千瓦、
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1.3 电储能技术应用现状— 风电场
日本住友电工 (SEI) 总装机容量：30.8MW（19个风机） 电池组额定容量：6MWh VRB 地点：Tomamae Wind Villa 目的：平滑风力发电输出功率
价格：不详
日本碍子公司(NGK) 总装机容量：51MW 电池组额定容量：34 MW NAS 地点：Rokkashomura Wind Farm 目的：平滑风力发电输出功率; 价格：0.42 Euro/kWh
1.2 目前主要的储能方式
按照储能介质形态分类，目前的电力储能可分为： 化学储能：铅酸电池、钠硫电池、全钒氧化还原液流电池 电磁储能：超导储能、双电层电容器 机械储能：如抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能 热/冰储能：如热泵储能、电锅炉储能
7
1.2 目前主要的储能方式
主要储能方式比较 (2003)
1981年美国贝尔实验室研制成功第一个可用的锂离子石墨电极； 1991年日本索尼公司发布首个商用锂离子电池； 1996年Goodenough和Akshaya Padhi等人对锂离子电池引入磷酸铁锂正极。
最新数据：美国Altairnano公司使用纳米钛酸锂代替普通的碳素作为锂离子 电池的负极，使得制造的锂离子电池拥有比较长的工作寿命（超过12000次 充放电）和比较宽的工作温度条件（-40℃到55℃）。但电池能量密度比较 低100Wh/kg，电池价格USD 2/Wh。
System Solutions for Hybrid and Electric Vehicles, Texas Instruments, 2010
国家电网:支持V2G的快速充电座
5
不同需求对充放电速度和容量的要求
6
Changing the Electricity Game, IEEE-PE Mag, 2009, July
解析模型 随机数学模型
25
电化学模型 电路模型 科特方程 扩散模型 KiBaM
主要储能方式的比较
效率 负载管理 技术成熟 经济性
3
4
3
5
3
4
3
5
1
4
1
3
4
2
3
5
4
1
3
1
4
4
3
3
3? 4
3
2
3? 4
2
2
环境友好 1 3 4 5 5 4 3 3
电能质量 1 1 4 3 3 4 4 4
Barin A. et al, Storage Energy Management With Power Quality Concerns The Analytic Hierarchy Process And The Fuzzy Logic, COPEP’ 2009
• 锂电池（基本是锂离子电池） • 液流电池（锌溴电池，钒电
池） • 钠硫电池（高温钠硫） • 双层电容器和飞轮 • 超导储能SMES
Fig. Approximate scale of energy storage systems installed by mid-2006, excluding PSH and CAES. (Jim McDowall, Status and Outlook of the Energy Storage Marke1t,6
清华大学5kW技术现状
锂离子电池目前以碳素材料为负极， 以含锂的化合物作正极，没有金属锂， 只有锂离子，因此称为锂离子电池。锂 离子电池的充放电过程，就是锂离子的 嵌入和脱嵌过程，同时伴随着与锂离子 等当量电子的嵌入和脱嵌。在充放电过 程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入 /脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇 椅电池”。
最小
较小
较大
高
较高（不定） 较低（不定）
大
大
大
10 年以上
？
？
王冉冉,刘玉庆等. 飞轮储能装置的性能特点及其应用展望.电源技术应用. 2003 8
1.2 目前主要的储能方式
主要储能方式的比较
效率
负载管理
技术成熟
5
经济性
4
环境友好
3
电能质量
2
1
环境友好
0
技术成熟
效率
钠钒超硫飞锂氢级蓄电轮压电气电水池储缩池储容储能空能能气 电池
电储能关键技术动态
清华大学 杨耕, 何志超，张伟，秦潇 燕山大学 万承宽，邬伟扬
1
内容
一、背景
1.1 储能技术的背景 1.2 目前主要的储能方式 1.3 电储能技术应用现状
二、若干关键问题以及清华的部分工作
2.1 电池技术、状态估计和管理 2.2 电力变换装置及其控制技术 2.3 功率预报技术
2
一、背景
Barin A. et al, Storage Energy Management With Power Quality Concerns The Analytic
Hierarchy Process And The Fuzzy Logic, COPEP’ 2009
9
1.2 目前主要的储能方式
压缩空气 蓄水储能 氢气储能 飞轮储能 超级电容 锂电池 钠硫电池 钒电池
二、 若干关键问题 以及清华的部分工作
2.1 电池技术、状态估计和管理
2.1.1 电池技术 2.1.2 电池应用：状态估计和管理