儲能技術(shù)
關注創(chuàng)建者：射線伽馬 創(chuàng)建時間：2019-02-14
儲能技術(shù)的視頻教程
新能源汽車電池/儲能熱管理結(jié)構(gòu)設計進階到高階-十大專題50個技術(shù)點掌握熱結(jié)構(gòu)建模核心能力
所以課程的最后一章，我們一起了解一下儲能的熱管理分析和工作內(nèi)容。
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儲能技術(shù)的實例教程
其次為抽水蓄能，之后為以鋰電為代表的新型儲能。
據(jù)郭劍波院士《中國高比例新能源帶來的平衡挑戰(zhàn)》分析，我國“十四五”期間 將完成存量煤電機組靈活性改造 2 億干瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力 3000~4000 萬千 瓦，新增煤電機組中具備靈活調(diào)節(jié)能力的達 1.5 億干瓦；到 2025 年，新型儲能 裝機容量達到 3000 萬干瓦以上；抽水蓄能規(guī)模 2025 年達到 6200 萬千瓦以上， 2030 年達到 1.2 億干瓦左右。新型儲能將會在 2025 年以后，逐漸成為靈活性 調(diào)節(jié)的主力。
2、長時儲能：百花齊放，百舸爭流
儲能技術(shù)特點及降本情況各不相同，根據(jù)應用場景的不同，長時儲能技術(shù)將呈現(xiàn) 多線并舉的格局。概括而言，長時儲能技術(shù)可分為機械儲能、儲熱和化學儲能三 大主線。其中，機械儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能；儲熱主要為熔鹽儲熱；化學儲能包括鋰離子電池儲能、鈉離子電池儲能以及液流電池儲能。
2.1、抽水蓄能：當前最成熟、度電成本最低的儲能技術(shù)
2.1.1、原理：依靠水的重力勢能作為介質(zhì)儲能
抽水蓄能仍然是當前最成熟、裝機最多的主流儲能技術(shù)。抽水蓄能是機械儲能的 一種：在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫時將電能轉(zhuǎn)化成重力勢能 儲存起來，在負荷高峰時利用反向水流發(fā)電，綜合效率在 70%到 85%之間。
2.1.2、優(yōu)劣勢：儲能技術(shù)成熟，但選址受限、開發(fā)周期較長
優(yōu)勢：當前最成熟的儲能技術(shù)，度電成本最低。根據(jù)《儲能技術(shù)全生命周期度電 成本分析》（文軍等，2021 年）中測算，在不考慮充電成本且折現(xiàn)率為 0 的情 況下，抽水蓄能僅有 0.207 元/kWh 的度電成本，在各種儲能技術(shù)中度電成本最 低。劣勢 1：地理資源約束明顯，遠期來看無法足量的滿足儲能需求。
展開 儲能技術(shù)在電力行業(yè)應用范圍
從技術(shù)原理上講，儲能技術(shù)主要分為物理儲能、電化學儲能和電氣儲能、熱儲能和化學儲能這幾大類。
儲能技術(shù)路徑分析
各類儲能技術(shù)中，抽水蓄能是應用最為成熟；儲熱技術(shù)也已處于規(guī)模化應用階段，目前我國火電靈活性改造大部分采取儲熱技術(shù)；鋰離子電池儲能開始近兩年得到了飛速應用；壓縮空氣以及液流電池也迎來了商業(yè)化應用。
各種儲能技術(shù)優(yōu)缺點對比
六類儲能技術(shù)分析
01 抽水蓄能
抽水蓄能具有技術(shù)優(yōu)、成本低、壽命長、容量大、效率高等優(yōu)點。由于抽水蓄能電站運行模式是將能量在電能和水的勢能之間轉(zhuǎn)換，其儲能容量主要取決于上下水庫的高度差和水庫容量，由于水的蒸發(fā)滲漏現(xiàn)象導致的損失幾乎可以忽略不計，抽水蓄能的儲能周期得以無限延長，可適應各種儲能周期需求，系統(tǒng)循環(huán)效率可達70%-80%。與此同時，建設完成后的抽蓄電站壩體可使用100年左右，電機設備等預計使用年限在40-60年左右。
2021 年我國各儲能技術(shù)裝機占比
成本測算：當前最為經(jīng)濟的儲能方式為探究抽水蓄能電站經(jīng)濟性，我們對抽水蓄能電站儲能度電成本進行了測算。
抽水蓄能 LCOS 測算核心假設
考慮抽水蓄能電站初始投資成本與項目選址密切相關，后期新建項目選址經(jīng)濟性下降，初始投資成本可能將會上升，另外電站實際循環(huán)次數(shù)假定在300-500次之間。我們預計不考慮充電成本的前提下，常規(guī)抽水蓄能電站LOCE范圍為0.23- 0.34元/kWh。
抽水蓄能 LCOS 敏感性分析
“十四五”以來，我國加快部署抽水蓄能項目開發(fā)建設。
展開 新能源+氫儲能，可以利用可再生資源特別是“棄風棄光”進行電解水制氫，再用氫氣發(fā)電，包括燃料電池發(fā)電上網(wǎng)和氫燃料電池汽車等在交通領域的應用。
相比電化學儲能，氫儲能更加高效。氫儲能適用于長時間、跨區(qū)域、靈活應對可再生能源季節(jié)性波動的儲能場景，是少有的能夠儲存上百千瓦時以上的儲能形式。
氫儲能技術(shù)可以在多個儲能領域發(fā)揮重要作用，使得它具有更豐富的商業(yè)化路徑和應用場景。這也讓氫儲能產(chǎn)業(yè)更具想象空間。
01
氫儲能技術(shù)路線圖
氫儲能的發(fā)展，需要從制氫、儲氫、運氫、發(fā)電等方面整體規(guī)劃， 在關鍵技術(shù)上進一步突破。
電解水制氫是一種清潔的制氫方式。目前主要是堿性水電解（AE）、質(zhì)子交換膜水電解（PEM）、陰離子交換膜水電解（AEM）以及固體氧化物水電解（SOE）四種技術(shù)路線。堿性水電解與PEM的產(chǎn)業(yè)化程度相對較高，前者技術(shù)成熟、成本低，但快速啟動與變載能力相對較差；后者效率高，運行靈活，與風電、光伏的適配性更佳，但當前成本仍較高。
△水電解制氫儲能原理
圖源：葉明哲工作室
電解水制氫系統(tǒng)由電解槽、輔助系統(tǒng)組成。電解槽是電解反應發(fā)生的主要場所，輔助系統(tǒng)則包括電力轉(zhuǎn)換、水循環(huán)、氣體分離、氣體提純等模塊。從成本構(gòu)成來看，電解槽在制氫系統(tǒng)總成本中的占比約為40%-50%，此外電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)以及氫氣收集系統(tǒng)也在總成本中占據(jù)較高的比例。
圖源：IRENNA、東北證券
氫儲能技術(shù)路線圖如下：
02
氫儲能產(chǎn)業(yè)圖譜
氫儲能技術(shù)可以在多個儲能領域發(fā)揮重要作用，使得它具有更豐富的商業(yè)化路徑和應用場景。
氫儲能產(chǎn)業(yè)鏈，可大致分為制氫、儲運以及應用三個環(huán)節(jié)。
展開 國家電投從2017年開始進軍鐵-鉻液流電池技術(shù)研發(fā)領域，是這一技術(shù)的堅定支持者。
2022年1月20日，國家電投擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“容和一號”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn)，每條產(chǎn)線每年可生產(chǎn)5000臺30kW“容和一號”電池堆。此前，國家電投集團科學技術(shù)研究院有限公司儲能技術(shù)研究所所長王含在電力行業(yè)儲能技術(shù)與應用研討2021年會中介紹，為推動技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國家電投鐵-鉻液流電池儲能產(chǎn)業(yè)園已于2020年簽約落地山東濰坊高新區(qū)，遠期建設目標是3GW。
同時，還在內(nèi)蒙古霍林河啟動全球首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能示范項目建設，預計2022年年底投產(chǎn)。
壓縮空氣儲能：對標抽蓄
壓縮空氣儲能技術(shù)在用電低谷時段利用電能，將空氣壓縮至高壓狀態(tài)并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來，在用電高峰時段將高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動渦輪機發(fā)電。
壓縮空氣屬于大規(guī)模機械儲能技術(shù)，單機規(guī)模可到100MW級，儲能時間可達4-10小時，壽命在30-50年。
壓縮空氣儲能與抽水蓄能一樣，易受地理條件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理條件來作為大型儲氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。此外，示范項目系統(tǒng)效率最高約61%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。
近一年來，電力央企在壓縮空氣儲能領域進展頗多。
2021年9月30日，中國華能集團有限公司建設、調(diào)試和運維的世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目并網(wǎng)試驗成功。該項目于2017年獲國家能源局立項，由中鹽集團、中國華能和清華大學共同開發(fā)，一期工程發(fā)電裝機60兆瓦，儲能容量300兆瓦時，遠期建設規(guī)模1000兆瓦。
展開 圖12 一種SC-CAES系統(tǒng)原理圖
綜上，各類壓縮空氣儲能技術(shù)均具有其自身優(yōu)勢和一定的局限性，但整體來看，蓄熱式壓縮空儲能系統(tǒng)效率較高，具備較為成熟的技術(shù)，加之我國有大量的鹽洞、廢棄礦洞，利用已有洞穴建設低成本的壓縮空氣儲能系統(tǒng)非常有發(fā)展前景，因此TS-CAES系統(tǒng)有望在未來幾年得到廣泛關注和應用。
LAES系統(tǒng)和SC-CAES系統(tǒng)由于具有較高的能量密度，占地面積小，將在無天然洞穴地區(qū)受到越來越多的青睞，特別是SC-CAES系統(tǒng)還具有較高效率的優(yōu)點，其吸引力將更大，但目前仍需進行進一步的技術(shù)突破，提高系統(tǒng)效率。UW-CAES系統(tǒng)由于其工作環(huán)境，有望在海洋中得到一定應用，未來水下儲氣裝置技術(shù)成熟后，可在海洋環(huán)境如海上風電儲存方面得到一定應用。
I-CAES系統(tǒng)由于無蓄熱裝置，待等溫技術(shù)成熟后，系統(tǒng)可兼具流程簡單和效率高的優(yōu)點，但系統(tǒng)能量密度較低，使其在大規(guī)模儲能領域受限。同時未來，考慮到產(chǎn)能方式及用能方式的多樣性，壓縮空氣儲能可與其他熱力系統(tǒng)耦合，充分發(fā)揮其在促進耦合系統(tǒng)變工況運行上的優(yōu)勢。
除了技術(shù)方面的改進，經(jīng)過多年的應用研究，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應用場景也得到了極大的拓寬。大規(guī)模時，其可用于電力系統(tǒng)削峰填谷、可再生能源平滑波動、可再生能源/工業(yè)余熱耦合利用、火電廠/核電廠變工況輔助運行等，中小規(guī)模時，可用于分布式能源系統(tǒng)、分布式微電網(wǎng)、壓縮空氣儲能汽車、無人機彈射技術(shù)等方面。
在產(chǎn)業(yè)化方面，相對于歐美國家，我國的壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)整體起步較晚，但發(fā)展很快。
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儲能技術(shù)的最新內(nèi)容
其核心在于?脈沖寬度調(diào)制（PWM）? 和?儲能濾波技術(shù)?，實現(xiàn)高效率（通常85%~95%）、小體積和輕重量。
工作要點：
開關動作?：開關器件在?全開（飽和區(qū)）? 和?全關（截止區(qū)）? 之間高速切換，功耗極低，僅在瞬態(tài)轉(zhuǎn)換時有損耗。
能量存儲與釋放?：利用?電感?和?電容?儲存能量并在開關關斷時釋放，平滑輸出電壓。
隨著非化石能源開發(fā)與儲能技術(shù)的跨越式發(fā)展，新能源汽車及高密度數(shù)據(jù)中心對儲能設備的能量密度提出了極高的要求。在充放電循環(huán)中，動力電池內(nèi)部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產(chǎn)生。若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發(fā)熱失控（Thermal Runaway），導致電池起火乃至爆炸的災難性后果。因此，構(gòu)建高效、安全的熱管理系統(tǒng)是突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的核心任務。
；Water energy 水能；Wind Energy 風能 ；Geothermal Energy 地熱能 ；Wave and Tidal Energy 波浪和潮汐能源 ；Nuclear Energy 核能；Ocean Energy 海洋能 ；Hydrogen Energy Technology 氫能技術(shù) ；Bioenergy 生物能源 ；Energy Storage Technologies 儲能技術(shù)
，集成果產(chǎn)品展示、交易、高層論壇、項目招商、合作交流于一體，重點展示儲能技術(shù)與動力電池、電力設備、新能源技術(shù)產(chǎn)品及其關鍵組件和材料等先進技術(shù)和產(chǎn)品。
隨著無線充電與儲能技術(shù)的融合，未來的工業(yè)機器人將不再受限于固定充電設施，真正實現(xiàn)“移動即充電”的終極目標。
從AGV小車到無人叉車，從室內(nèi)倉儲到戶外巡檢，大功率無線快充技術(shù)正在各個角落靜默地發(fā)揮著自己的力量，讓工業(yè)機器人擺脫“充電焦慮”。
沒有電線的束縛，只有源源不斷的動力——這就是智能制造時代應有的模樣。
展示范圍：
能源轉(zhuǎn)換：
1.化石能源低碳提效：石油提效、煤炭提效、天然氣提效
2.清潔能源替代轉(zhuǎn)型：生物質(zhì)能、氫能、核能、水電、風電、光伏
3.新型電力系統(tǒng)建設：儲能技術(shù)、特高壓傳輸、智能電網(wǎng)
節(jié)能降碳
1.節(jié)能管理：節(jié)能儀器設備、智能控制系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)
2.工藝改造及技術(shù)升級：再生原料應用技術(shù)、新材料技術(shù)、鋼鐵、化工、有色等重點領域低碳工藝、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、綠色制造、綠色供應鏈
仿真技術(shù)為產(chǎn)業(yè)升級帶來的
電池安全設計保駕護航
隨著新能源技術(shù)和儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動力電池和儲能電池系統(tǒng)在高能量密度、高倍率充放電等方面持續(xù)升級，與之俱來的電池熱失控熱蔓延風險日益凸顯，工程仿真在電池安全設計中的作用也愈發(fā)重要。如何精準預測并有效抑制熱失控，成為整個產(chǎn)業(yè)鏈亟需解決的核心難題。
eVTOL憑借電動推進系統(tǒng)和垂直起降能力，結(jié)合近年來快速發(fā)展的電儲能技術(shù)、電機技術(shù)及分布式電推進系統(tǒng)（DEP），展現(xiàn)出綠色低碳、安全高效的優(yōu)勢，正成為未來城市空中交通（UAM）和區(qū)域運輸?shù)睦硐胼d體。摩根士丹利預測，全球UAM市場規(guī)模將在2040年突破1萬億美元，到2050年更將增長至9萬億美元。
（組委會）陸亮（組委會）138（組委會）1821（組委會）9172（組委會）
展品范圍：
能源轉(zhuǎn)換：
1.化石能源低碳提效：石油提效、煤炭提效、天然氣提效
2.清潔能源替代轉(zhuǎn)型：生物質(zhì)能、氫能、核能、水電、風電、光伏
3.新型電力系統(tǒng)建設：儲能技術(shù)、特高壓傳輸、智能電網(wǎng)
節(jié)能降碳
1.節(jié)能管理：節(jié)能儀器設備、智能控制系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)
2.工藝改造及技術(shù)升級：再生原料應用技術(shù)
PCS儲能逆變器、溫控系統(tǒng)、儲能集裝箱、消防系統(tǒng)；
動力電池與儲能：儲能電池、動力電池及電池管理系統(tǒng)、各類型鋰離子電池、聚合物鋰電池、動力電池、氫能與燃料電池、蓄電池、超級電容器、清潔能源、石墨烯產(chǎn)業(yè)、儲能技術(shù)、物理儲能、發(fā)電/電力儲能、熱儲能、分布式能源、電解液、鋰電儲能、太陽能（光伏、光熱）發(fā)電、儲能技術(shù)等。
