储能原理与技术ppt

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1、,储能原理与技术,西安交通大学多相流国家重点实验室 2013.9 西安,主要章节,1、绪论2、储能技术原理3、储能材料的基本特性4、冰蓄冷空调技术及应用5、电能储存技术及应用6、热能储存技术及应用7、气体水合物储能技术及应用8、化学储能技术及应用9、其他储能技术及应用,第一章 绪论 1 气候变化与能源效率 2 储能技术及其应用 3 储能技术发展状况与展望了解储能基本概念和储能技术的应用场合。掌握能量储存主要方法和储能系统的评价指标。了解储能技术发展的历史及前景。,第二章 储能技术原理 1 能量转换原理 2 热机的原理 3 热能储存技术 4 化学能储存技术 5 电能储存技术 6 气体水合物储能技

2、术掌握能量转换的基本原理和热机工作原理。了解热能、化学能、电能储存技术的基本原理和技术特点。了解气体水合物储能技术特性。,第三章 储能材料的基本特性 1 相变焓差与相平衡、相变过程特性 2 气体水合物的特性 3 水、冰及水合盐的特性 4 高分子储能材料的特性 5 储能材料的热物性及测定方法 6 储能材料的遴选原则及常用材料介绍要求掌握相变焓差的基本计算原理，了解相图意义及相率概念。掌握相变过程特性。了解气体水合物、水、冰及水合盐的特性。掌握高分子储能材料的特性。了解储能材料的热物性及测定方法，掌握储能材料的遴选原则及常用材料特性。,第四章 冰蓄冷空调技术及应用 1 发展蓄冷空调的效益分析 2

3、空调蓄冷方式及其技术 3 空调蓄冷系统运行方式 4 蓄冷空调系统设计方法 5 蓄冷空调发展要求掌握蓄冷空调系统设计方法，了解蓄冷系统发展方向。掌握蓄冷空调原理及运行方式。,第五章 电能储存技术及应用 1 抽水蓄能的应用 2 超导储电能技术的应用 3 电容器储能技术的应用 4 压缩空气储电技术的应用要求掌握抽水蓄能技术、超导储电技术、电容器储能技术、压缩空气储电技术的工作原理、技术特点、发展现状和应用场合。,第六章 热能储存技术及应用 1 热的传递方式 2 热能储存方式 3 蓄热技术的应用 4 几种蓄热系统的实现方法 5 蓄热系统用于北方供暖要求了解热能传递的基本方式和相应特点。了解显热储能、潜

4、热储能、化学反应储能的特点。了解蓄热技术的一些应用实例。掌握几种蓄热系统的实现方法。了解蓄热系统在北方供暖中的应用并掌握设计计算方法。,第七章 气体水合物储能技术及应用 1 气体水合物性质 2 气体水合物蓄冷现状 3 气体水合物蓄冷工质选择 4 气体水合物相平衡气体水合物反应动力学气体水合物蓄冷系统应用水合物蓄冷中试要求了解气体水合物性质及蓄冷现状。掌握气体水合物蓄冷工质选择、相平衡、反应动力学原理。了解气体水合物蓄冷系统布置方式。,第八章 化学储能、氢能制备储存技术及应用 1 化学能 2 化学能与热能的转换 3 化学能与电能的转换 3 燃料电池 4 化学能储太阳能 5 高分子换能材料 6 氢

5、能制备与储存了解化学能特点及计算方法。掌握化学能与热能转换、化学能与电能转换的基本原理和特点。了解燃料电池工作原理及其种类。掌握化学能储太阳能的基本原理和技术特点。了解高分子换能材料的特点。了解氢能制备与储存的技术发展。,第九章 其他储能技术及应用 1 气体水合物储能技术及其应用 2 储能技术在日常生活中的应用 3 储能技术在交通运输中的应用 4 储能技术在新能源生产中的应用 5 储能技术在建筑节能中的应用了解气体水合物储能技术原理及其应用特点。了解储能技术在日常生活、交通运输、新能源生产和建筑节能中的应用及发展趋势。,能源定义 (1)具有作功能力的资源 (2)可直接或间接转化为人类所需的有用

6、能 能源分类 (1)一次能源的定义 1)现存于自然界中的原(初)始能源2)未经任何加工或转换 (2)二次能源1)一次能源经过加工或转换后的能源2)主要包括：电能、热能、汽油、二甲醚、氢能等其中，电能是最重要的二次能源 (3)终端能源扣除初始能源在加工、转换、输送、存储过程中损失或自用能量之后，直接提供给用户使用的有用能。,一 次 能 源,核裂变能,常规能源,新能源,化石燃料,固体燃料,液体燃料,气体燃料,生物质能,可再生能源,水 能,太 阳 能,风 能,地 热 能,海 洋 能,核 能,核聚变能,电 能,汽、热水,二甲醚(CH3OCH3)、乙醇,氢 能,热 能,. . . . . .,二 次 能

7、 源,最重要 应用最广,中国能源发展战略 基本框架节能效率优先，环境发展协调，内外开发并举；以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展；以能源可持续发展和有效利用支持经济社会的可持续发展,1 绪论,1.1 气候变化与能源效率,人类每年释放到地球的二氧化碳有350亿吨，它们直接影响到全球气候的变化。全球排放的二氧化碳中95%以上来自于化石能源的燃烧。煤、石油、天然气等化石燃料是当前人类使用的主要能源。因此，节能、改变能源结构、开发新能源就成了人们的重要选择。 我国能耗高：单位GDP能耗、高耗能产业结构、以及技术落后。,开发利用新能源如太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪能、温差能、海流能、盐差

8、能等，是人类应对气候变化的又一重要措施。但由于目前它们的利用成本太高，使用规模和范围受到很大限制，广泛使用还需时日。其中一个重要原因是这些不稳定能源需要先进的储存技术，才能稳定输出。,1.1 气候变化与能源效率,1.1 气候变化与能源效率,虽然利用天然气、水电等清洁能源可以减少排放，但应对气候变化的出路是新能源技术上的突破。 只有当太阳能等新能源的生产成本大大降低，价格可以和煤、石油、天然气等石化能源有竞争优势时，温室气体排放引起的气候变化问题才能得到根本解决。,1.2 储能技术及其应用,1.2.1 什么是储能? 储能(energy storage)，又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件下比较

9、稳定的存在形态的过程。它包括自然的和人为的两类：自然的储能，如植物通过光合作用，把太阳辐射能转化为化学能储存起来；人为的储能，如旋紧机械钟表的发条，把机械功转化为势能储存起来。按照储存状态下能量的形态，可分为机械储能、化学储能、电磁储能（或蓄电），风能储存、水能储存等。和热有关能量储存，称为蓄热。 无论在工业生产和日常生活中，能量储存常常是非常重要的：电网峰谷差：夏季40% ，需要调节峰谷差；工业余热：,在能源的开发、转换、运输和利用过程中，能量的供应和需求之间，往往存在着数量上、形态上和时间上的差异。为了弥补这些差异，有效地利用能源，常采取储存和释放能量的人为过程或技术手段，称为储能技术。

10、储能技术有如下广泛的用途： 防止能量品质的自动恶化。（水、风流动与方向） 改善能源转换过程的性能。（自然界一些能源具有良好储存性，但在化石燃料转化为电能时，电网峰谷差、部分负荷运行）：需要大容量、高效率的电能储存技术调峰。 为了方便经济地使用能量，也要用到储能技术。（蓄电池充电、放电）,1.2.2 什么是储能技术？,为了降低污染、保护环境也需要储能技术。（氢能） 新能源利用中，也需要发展储能技术。太阳能、风能、海洋能等发电装置，在能量输入、输出之间必须布置蓄能装置，稳定输出。加惯性轮的机械储能、太阳能储热箱等。,1.2.2 什么是储能技术？,1.2.2 什么是储能技术？,储能就是在能量富余的时

11、候，利用特殊装置把能量储存起来，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配。可以设置可储蓄能量的中间环节，类似稳压器。表11储能系统本身并不节约能源，他们的引入主要在于能够提高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能和风能的发展，以及对废热的利用。,能源是含高品位能量的物质的总称，如煤、石油及石油类燃料、水力、风力等：一次、二次 能量有各种不同的形式，做功的能力也不一样。按形态可将能的种类分为：机械（力学）能、热能、化学能、辐射（光）能、电（磁）能、核能等六种主要类型，除辐射能外，均可以储存在一些普通种类的能量形式中。例如机械能能储存在动能或势能中，电能能储存在感应场能或静电

12、场能中，热能储存在潜热或显热中，而化学能和核能实际上就是纯粹的储能形式。,1.2.3 能量储存方法,特点：化学能的优点是便于储存和输送；电能的优点是可适用于各种用途，但储存困难：热能约占最终能源消耗的60%，但它是一种质量最差的能的形态，在储存和输送方面也不太适宜。 储存技术选择，性能判断考虑因素：能的输入、输出形态；储能密度；储能时的能量损失程度；储能期限；能的输出和输入的难易程度；安全性；达到一定的输入、输出值所需的时间即响应性；耐久性；经济性。,1.2.3 能量储存方法,按照储存能量的形态储能方法可分为如下4类： 机械储能：以动能形式储存能量，如冲压机床所用的飞轮；以势能形式储能，如机械

13、钟表的发条、压缩空气、水电站的蓄水库、汽锤等。 蓄热：以物质内能方式储存能量的属于蓄热，以任何方式储存热量的也属于蓄热。一般把物质内能随温度升高而增大的部分称为显热，把相变的热效应称为潜热，把化学反应的热效应称为化学反应热，把溶液浓度变化的热效应称为溶解热或稀释热。 化学储能：在正向化学反应中吸收能量，把能量储存在化学反应的产品中；在逆向反应中则释放出能量；蓄电池。 电磁储能：把能量保存在电场、磁场或交变等电磁场内。,1.2.3 能量储存方法,表12 能量的形态类别及其存储和输送方法,1.2.3 能量储存方法,在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围，称为储能系统。

14、包括能量和物质的输入和输出设备、能量的转换和储存设备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、多个过程，是随时间变化的复杂能量系统，需要多项指标来描述它的性能。 常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储能价格、对环境的影响等。按储能周期，分为短期（1周）,1.2.4 储能系统的评价指标,1.2.4 储能系统的评价指标,蓄可用能效率：,根据能量转换的强弱，能量分为三类型：,具有无限转换的能量，如电能、机械能、理论上可以无限制地转化为可资利用的功或者任何其它形式的能量,有限转换的能量，如温度高于环境温度的热能；与环境介质的状态不相平衡的热力系统所具有的能量,不可转换的能量，如环境介

15、质的内能或以热量形式输入环境的能量,储能技术的应用非常广泛，包括压缩空气、电池、冷冻水或热水、冰甚至飞轮储能等广泛应用于上述一种或多种场合。,在应用形式上又分为：日间调峰、季节调峰、广义储能等。日间调峰：电力、天然气、太阳能；季节调峰：针对季节差异对能量供给和利用造成的不平衡，例如冬夏对供热和供冷的需求不同，储存电力、天然气和太阳能等；广义储能：指在能量富余的时候通过发展高能耗产业，得到产品，然后将产品运输到需要的地方，实现能量的供给平衡。例如在天然气丰富的国家或地区发展天然气化工，制造甲醇、乙烯、液体燃料等产品出口，进行冶金、水泥、陶瓷等高耗能产品加工并出口。 按应用对象：工业+日常生活：储

16、能式饭盒、蓄冷冰箱、蓄热电热水器新能源：蓄热式太阳能中央热水机组、电锅炉,1.2.5 储能技术的应用,按储能方式分，储能技术的主要应用如下： 抽水蓄能。抽水蓄能已经实际用于电力系统调峰的大容量蓄能技术。 压气蓄能。压气蓄能可用于发电，是正在蓬勃发展的大容量蓄能技术。 超导电感蓄能。一种新型高效的蓄能技术。主要由电感很大的超导蓄能线圈，使线圈保持在临界温度以下的氦制冷器和交直流变流装置构成超导蓄能系统。 蓄电池蓄能。是使用便利、应用广泛的蓄能技术。铅蓄电池、钠硫电池 氢蓄能。氢是一种蓄能密度很高的蓄能物质，具有多种优良性质，可以作为未来的优质二次能源。制法；气态、液态、化学储存；金属储氢 工业余能的储存。工业余能具有分散、多样，往征需要收集、储存起来再加以利用。工业余能以余热为主，余能储存系统也可以蓄热为主。,