储能技术总结

储能技术
能源是人类赖以生存的基础，随着人类生活以及生产活动的高速发展，能源的需求量越来越大，由此，能源因开采或利用而引起的环境问题日益凸显。

（1）如何提高能源的利用效率？
（2）如何最大限度地利用低品位能源？
随着太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源的发展，储能技术在工业节能和新能源利用领域日益受到关注。

一、储能技术概述
储能技术是能源科学技术中的重要分支，可解决在能量供求在时间与空间不匹配的问题，可以作为提高能源利用效率的有效手段。

如：
（1）电力负荷的峰谷差；
（2）太阳能、风能和海洋能的间歇性；
（3）工业窑炉的间断运行等。

●储能技术分类（依据：储能技术能量存储原理的不同）
（1）物理储能，如：飞轮储能、水储能和压缩空气储能方式；
（2）电磁储能，如：超导储能方式；
（3）电化学储能，如：蓄电池储能、超级电容器储能方式；
（4）相变储能：相变储能技术是以相变材料为基础的高薪技术，具有熔化、潜热高，相变过程可逆性好等特点。

●材料
（1）储能材料：储能材料主要是储热材料为主，储热材料主要包括有机相变储热材料、熔融盐类相变储热材料、合金相变储热材料及复合类储热材料。

（2）微胶囊相变储能材料：是应用微胶囊技术在固液相变材料表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的复合材料。

二、储技能术的实际应用
储能技术在建筑环境与能源应用方面在主要是水储能方式、冰储能方式、相变储能方式。

（1）水储能技术
●需解决的问题
随着近年来高校的不断扩招，各大高校学生寝室相对紧缺,宿舍人员拥挤,寝室环境质量下降。

部分高校为满足学生宿舍空调和生活热水的需要，采用设置分体式空调和锅炉房承担热水的两套独立系统。

但学生宿舍楼单位面积冷、热负荷比普通建筑都大，属高能耗建筑。

这不仅给能源、环保事业带来了巨大挑战，而且给学生带来相应费用的压力。

●解决方案
西南科技大学城市学院针对学生宿舍楼因设置空调和热水两套独立的系统所引起学生宿舍楼能耗高这一问题，开发了具有自主知识产权的空气源、水源双源热泵机组与水储能技术、太阳能真空管集热技术相结合的学生寝室水箱储能空调，可同时实现空气调节与制备生活热水的目的，实现学生寝室空气调节与生活热水供应集中在一个系统。

机组的系统原理图如图1、2所示：
图1 空气源水源热泵机组原理图
图2 学生宿舍水箱储能空调系统原理图
●学生宿舍储能空调系统达到的效果
①可以实现机组冷热兼制，采用水箱储能，相比采用冷水机组可减少锅炉房制备热水投资成本，满足学生寝室用热和用冷时间差，夏季可利用空调制冷时产生的废热。

②同时机组可以利用夜间的低电价制备冷、热量储存起来，供白天学生寝室使用，合理的避开了用电高峰。

③双源热泵机组在冬季运行时，太阳能集热管技术与热泵技术配合使用，可有效避免热泵冬季供热时，换热器结霜，同时，在冬季达到对太阳能的最大利用限度。

④双源热泵机组采用双电子膨胀阀调节，双换热器换热，配合自动控制系统，可对不同环境工况进行自动调节，机组调节范围广、适应性，系统自动化程度高。

●水箱储能空调系统的优点及其发展前景
水箱储能空调属集中空调系统，在制备空调冷冻水的同时利用冷凝余热制备洗浴热水，能源利用率高。

对于夏热冬冷地区学生寝室空调冬季和夏季人均日用电量约0.7kw.h,该系统若在全国20%的高校内使用，日节约用电量约8.4×104kw.h，相当于30吨标煤，同时能减少锅炉房及设备的投资。

其节能效果明显，经济价值高，可为学生节约一笔电费，同时实现节能、环保的目的。

水箱储能空调特别适合学生宿舍使用，同时可拓展应用于酒店、宾馆、食堂、医院等有冷热需求的场所。

具有很好的推广价值和良好的市场前景。

（2）冰蓄能技术
●需解决的问题
随着社会生产力和人们生活水平的提高，电力供应高峰电能不足而低谷过剩的矛盾相当突出，电网负荷率下降。

电力部门实行了峰谷不同电价政策，鼓励低谷用电，这就为冰蓄冷技术的推广提供了可能。

冰蓄冷是利用夜间低谷电制冰并储存起来，在白天用电高峰时段用储存的冰作为冷源为建筑供冷的技术。

冰蓄冷空调技术与常规空调技术相比不节电，但能达到移峰填谷和减少变电设备的作用，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效途径之一。

●冰蓄冷的系统介绍
我国从20世纪90年代开始引进国外冰蓄冷技术，已拥有核心自主知识产权冰蓄冷技术的公司，其自主研发的ICEBANK蓄冰技术系统打破了国外技术垄断，成为唯一达到国际先进水平的冰蓄冷民族品牌。

最早实施的再运营项目使用冰蓄冷技术后，每年能为用户节省空调运行费用117.7万元，节约费用比率为36.6%，为国家电网转移高峰电力338万kwh，为国家减少1129吨电力燃煤，为环境减少1238万m³的废气排放的案例是比较突出的。

●冰蓄冷的优势及缺点
冰蓄能技术的主要优点为：在阶梯式电价收费制度下，使用电力波谷电，节省电费；节省电力设备费用与用电困扰；蓄冷空调效率高；节省冷水设备费用；
节省空调箱倒设备费用；除湿效果良好；断电时利用一般功率发电机仍可保持室内空调运行；可快速达到冷却效果；节省空调及电力设备的保养成本；降低噪乱冷水流量与循环风上减少，即水泵与空调机组运转振动及噪音降低；使用寿命长。

冰蓄能技术的主要缺点为：对于水蓄冷系统而言，其运行效率较低；增加了蓄冷设备费用及其占用的空间；增加水管和风管的保温费用；冰蓄冷空调系统的制冷主机相比常规空调冷水机组性能系数要下降。

（3）相变储能技术
●作用
解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾；将不稳定的能源输入储存并转化成为稳定的能源输出。

●应用领域
相变储能技术广泛应用于民用电热器等产品中、工业余热利用设备中、电力调峰、新能源（主要是风能和太阳能）利用、建筑节能设备中、建筑蓄冷空调。

①建筑节能领域
随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，空调能耗随之大幅度增高，造成能源消耗过快、环境污染增加、电网负荷峰谷过大、峰负荷时电力供应严重不足等建筑能耗增加的问题，目前欧美发达国家的建筑能耗已达到全社会总能耗的40％，在我国建筑能耗约占全国总能耗的27.8％，随着经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，建筑能耗的比重将进一步增加。

建筑耗能比例最终还将上升至35%左右，如果任由这种状况继续发展，到2020年，我国建筑耗能将达到1089亿T标准煤，空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力，如此庞大的建筑耗能已成为我国经济发展的沉重负担因此，建筑节能技术的开发与应用已成为当前建筑和建筑材料领域的热点问题之一。

相变储能建筑材料是将PCM加入到传统的建筑材料中，相变储能建筑材料能够做建筑结构材料，承受载荷；同时有具有较大的蓄热能力。

相变储能材料作为一种热能储存材料在建筑领域得到了广泛应用，如相变混凝土、相变墙板等。

它通过相变材料的相变过程储存能量，从而实现对建筑的温度调节、节省空调用电等。

相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。

20世纪90年代以PCM处理建筑材料(如石膏板、墙板与混凝土构件等)的技术发展起来的。

随后，PCM在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直方兴未艾。

1999年，国外又研制成功一种新型建筑材料－固液共晶相变材料，在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可以保持室内温度适宜。

另欧美有多家公司利用PCM生产销售室外通讯接线设备和电力变压设备的专用小屋，可在冬夏天均保持在适宜的工作温度。

此外，含有PCM的沥青地面或水泥路面，可以防止道路、桥梁、飞机跑道等在冬季深夜结冰。

图3 建筑相变储能材料
②电子信息领域
近年来，电子技术的迅速发展，使电子设备越来越趋向于微型化、高集成化和大功率化，抗热冲击和使用寿命等问题成为制约电子技术发展的瓶颈。

相变过程具有吸、放热量大的特点，利用这一特点制造的热管换热器，具有体积小，导热系数大，换热量大的优势。

相变技术被应用到电子信息领域，已逐渐成为研究的热点。

图4 热管换热原理
③军事领域
由于相变材料具有高的储能密度，并且在吸热(放热)过程中具有温度不变的特性，因而在热红外伪装和热红外假目标方面也有广阔的应用前景. 采用微胶囊技术，对正十四烷、正十八烷、石蜡3种相变材料进行封装，将其制成红外隐身涂料并应用于军事目标中，以控制目标表面热惯量及表面温度，消除或降低目标与背景的红外辐射差别，从而实现了对背景红外特征的模拟。

将制备的涂料涂覆在卡车模型上，结果表明在荒漠丘陵热图背景下明显提高了目标的红外隐身性能。

随着人们对节能问题的日益重视以及环境保护意识的逐步增强，相变储能材料必将在将来发挥更大的作用，其应用前景也会越来越广阔。

但是，目前在相变
材料研发的过程中仍有许多需要解决的问题，如相变材料稳定性差、寿命短等，因此相变材料未来的研究重点是根据环境条件要求，研制出具有合适的相变温度与相变焓，并且能够长期使用，物理化学性能稳定、经济环保的相变材料。

三、储能技术的展望
储能技术作为智能电网、电动汽车和可再生能源发展的关键环节，储能产业的发展引起投资者的高度关注。

目前，我国储能技术“门派众多”，正处于产业化的初始阶段。

然而我国储能处于初级发展阶段，相关技术及性能不成熟；无法大规模的投入应用。

从短期发展来看，储能材料资料库不够完善。

因此，需要在储能发展路线、材料、技术方面有所突破，需要在效率、成本和安全问题上有所突破。