儲能有哪些種類又有哪些優(yōu)點與缺點？

電能的存儲方式主要可分為機(jī)械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能和相變儲能等。機(jī)械儲能主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等；電磁儲能包括超導(dǎo)磁儲能和超級電容器儲能等；電化學(xué)儲能主要有鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池儲能；相變儲能包括冰蓄冷儲能、熱電相變蓄熱儲能等。目前，大規(guī)模儲能技術(shù)應(yīng)用水平與電力系統(tǒng)的巨大需求之間還存在較大差距。適合新能源接入應(yīng)用的儲能技術(shù)主要是抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電化學(xué)儲能。抽水蓄能技術(shù)相對成熟，而其他儲能技術(shù)還處于試驗示范階段甚至初期研究階段，其中鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等新型電化學(xué)儲能技術(shù)水平進(jìn)步較快，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。

電類儲能有多少種類型？電氣類儲能的應(yīng)用形式只有超級電容器儲能和超導(dǎo)儲能。

1、超級電容器儲能

根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱雙電層電容器，兩電荷層的距離非常小(一般0.5mm以下)，采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。

超級電容器儲能開發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來技術(shù)進(jìn)步很快，使它的電容量與傳統(tǒng)電容相比大大增加，達(dá)到幾千法拉的量級，而且比功率密度可達(dá)到傳統(tǒng)電容的十倍。

超級電容器儲能將電能直接儲存在電場中，無能量形式轉(zhuǎn)換，充放電時間快，適合用于改善電能質(zhì)量。由于能量密度較低，適合與其他儲能手段聯(lián)合使用。

2、超導(dǎo)儲能

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是由一個用超導(dǎo)材料制成的、放在一個低溫容器(cryogenicvessel)(杜瓦Dewar)中的線圈、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PCS)和低溫制冷系統(tǒng)等組成。

能量以超導(dǎo)線圈中循環(huán)流動的直流電流方式儲存在磁場中。

超導(dǎo)儲能適合用于提高電能質(zhì)量，增加系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，特別是用于抑制低頻功率振蕩。

但是由于其格昂貴和維護(hù)復(fù)雜，雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導(dǎo)儲能產(chǎn)品可用，在電網(wǎng)中應(yīng)用很少，大多是試驗性的。SMES在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取決于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展(特別是材料、低成本、制冷、電力電子等方面技術(shù)的發(fā)展)。

3、鉛酸電池

鉛酸電池是世界上應(yīng)用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電勢，這就是鉛酸電池的原理。

鉛酸電池常常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以往大多數(shù)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)配備此類電池。目前有逐漸被其他電池(如鋰離子電池)替代的趨勢。

4、鋰離子電池

鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)。

充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài);放電時則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。

由于鋰離子電池在電動汽車、計算機(jī)、手機(jī)等便攜式和移動設(shè)備上的應(yīng)用，所以它目前幾乎已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的電池。

鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應(yīng)用和關(guān)注的主要原因。

它的技術(shù)發(fā)展很快，近年來，大規(guī)模生產(chǎn)和多場合應(yīng)用使其價格急速下降，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越多。

鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷地開發(fā)中，目前的研究集中在進(jìn)一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負(fù)極材料的開發(fā)上。

5、鈉硫電池

鈉硫電池的陽極由液態(tài)的硫組成，陰極由液態(tài)的鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔鋁管。電池的運行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態(tài)。

日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的鈉硫電池的廠家。目前采用50kW的模塊，可由多個50kW的模塊組成MW級的大容量的電池組件。

在日本、德國、法國、美國等地已建有約200多處此類儲能電站，主要用于負(fù)荷調(diào)平、移峰、改善電能質(zhì)量和可再生能源發(fā)電，電池價格仍然較高。

6、全釩液流電池

在液流電池中，能量儲存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中，而液態(tài)電解質(zhì)儲存在電池外部的罐中，用泵將儲存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過電極和薄膜，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，或?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

液流電池有多個體系，其中全釩氧化還原液流電池(vanadiumredoxflowbattery,VRFB)最受關(guān)注。

這種電池技術(shù)最早為澳大利亞新南威爾士大學(xué)發(fā)明，后技術(shù)轉(zhuǎn)讓給加拿大的VRB公司。

在2010年以后被中國的普能公司收購，中國的普能公司的產(chǎn)品在國內(nèi)外一些試點工程項目中獲得了應(yīng)用。

電池的功率和能量是不相關(guān)的，儲存的能量取決于儲存罐的大小，因而可以儲存長達(dá)數(shù)小時至數(shù)天的能量，容量也可達(dá)MW級，適合于應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。

儲能優(yōu)點與缺點：

優(yōu)缺點對比

各種類型的儲能系統(tǒng)中，鋰離子電池儲能是目前技術(shù)相對成熟的一種儲能方式。以橄欖石型磷酸鐵鋰為活性物質(zhì)的鋰離子二次電池，具有較高的能量密度、較低的生產(chǎn)制造成本以及使用壽命長等諸多優(yōu)點。在電動汽車產(chǎn)業(yè)的推動下，與磷酸鐵鋰電池有關(guān)的荷電狀態(tài)估算、電池集成技術(shù)、管理系統(tǒng)等方面更是進(jìn)行了廣泛、深入的研究工作。然而，這些研究多數(shù)是在電動汽車使用環(huán)境、運行工況和使用條件下進(jìn)行的，其研究成果和結(jié)論并不完全適用于以大規(guī)模能量輸入/輸出為特征的電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。

儲能定義：

從廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過一種介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應(yīng)用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。

從狹義上講，針對電能的存儲，儲能是指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲起來并在需要時釋放的一系列技術(shù)和措施。

九種儲能電池技術(shù)優(yōu)劣對比：

一、鉛酸電池

主要優(yōu)點：

1、原料易得，價格相對低廉;

2、高倍率放電性能良好;

3、溫度性能良好，可在-40~+60℃的環(huán)境下工作;

4、適合于浮充電使用，使用壽命長，無記憶效應(yīng);

5、廢舊電池容易回收，有利于保護(hù)環(huán)境。

主要缺點：

1、比能量低，一般30~40Wh/kg;

2、使用壽命不及Cd/Ni電池;

3、制造過程容易污染環(huán)境，必須配備三廢處理設(shè)備。

二、鎳氫電池

主要優(yōu)點：

1、與鉛酸電池比，能量密度有大幅度提高，重量能量密度65Wh/kg，體積能量密度都有所提高200Wh/L;

2、功率密度高，可大電流充放電;

3、低溫放電特性好;

4、循環(huán)壽命(提高到1000次);

5、環(huán)保無污染;

6、技術(shù)比較鋰離子電池成熟。

主要缺點：

1、正常工作溫度范圍-15~40℃，高溫性能較差;

2、工作電壓低，工作電壓范圍1.0~1.4V;

3、價格比鉛酸電池、鎳氫電池貴，但是性能比鋰離子電池差。

三、鋰離子電池

主要優(yōu)點：

1、比能量高;

2、電壓平臺高;

3、循環(huán)性能好;

4、無記憶效應(yīng);

5、環(huán)保，無污染;目前是最好潛力的電動汽車動力電池之一。

四、超級電容

主要優(yōu)點：

1、功率密度高;

2、充電時間短。

主要缺點：能量密度低，僅1-10Wh/kg，超級電容續(xù)航里程太短，不能作為電動汽車主流電源。

五、燃料電池

主要優(yōu)點：

1、比能量高，汽車行駛里程長;

2、功率密度高，可大電流充放電;

3、環(huán)保，無污染。

主要缺點：

1、系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)成熟度差;

2、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)滯后;

3、對空氣中二氧化硫等有很高要求。由于國內(nèi)空氣污染嚴(yán)重，在國內(nèi)的燃料電池車壽命較短。

六、鈉硫電池

優(yōu)勢：

1、高比能量(理論760wh/kg;實際390wh/kg);

2、高功率(放電電流密度可達(dá)200~300mA/cm2);

3、充電速度快(充滿30min);

4、長壽命(15年;或2500~4500次);

5、無污染，可回收(Na，S回收率近100%);6、無自放電現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)化率高;

不足：

1、工作溫度高，其工作溫度在300~350度，電池工作時需要一定的加熱保溫，啟動慢;

2、價格昂貴，萬元/每度;

3、安全性差。

七、液流電池(釩電池)

優(yōu)點：

1、安全、可深度放電;

2、規(guī)模大，儲罐尺寸不限;

3、有很大的充放電速率;

4、壽命長，高可靠性;

5、無排放，噪音小;

6、充放電切換快，只需0.02秒;

7、選址不受地域限制。

缺點：

1、正極、負(fù)極電解液交叉污染;

2、有的要用價貴的離子交換膜;

3、兩份溶液體積大，比能量低;

4、能量轉(zhuǎn)換效率不高。

八、鋰空氣電池

致命缺陷：固體反應(yīng)生成物氧化鋰(Li2O)會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止?？茖W(xué)家認(rèn)為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實驗室都在研究這種技術(shù)，但如果沒有重大突破，要想實現(xiàn)商用可能還需要10年。

九、鋰硫電池(鋰硫電池是一類極具發(fā)展前景的高容量儲能體系)

優(yōu)點：

1、能量密度高，理論能量密度可達(dá)2600Wh/kg;

2、原材料成本低;

3、能源消耗少;

4、低毒。

雖然鋰硫電池研究已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年，并且在近10年時間取得了許多成果，但離實際應(yīng)用還有不小距離。