儲(chǔ)能材料及系統(tǒng)電源管理電站調(diào)峰供電穩(wěn)定清潔能源存儲(chǔ)儲(chǔ)能技術(shù)化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)械儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能氧化還原液流電池Introduction1儲(chǔ)能技術(shù)的用途和分類IntroductionEnergy

Storage相變儲(chǔ)能2相變相變名稱相變點(diǎn)實(shí)例固→

液固→

氣液→

固液→

氣氣→

液氣→

固熔化升華凝固蒸發(fā)

冷凝、液化冷凝、沉積熔點(diǎn)升華點(diǎn)凝固點(diǎn)沸點(diǎn)液化點(diǎn)冷凝點(diǎn)冰的熔化干冰(固態(tài)CO2)的氣化水的凝固水的蒸發(fā)二氧化碳的液化雪的形成PhaseChange

Materials相與相變相變(phase

change)是指物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)變成另一相的過程。a(

t1

t

2

)

AZ

Qa Q

(t1

t2)

AZ

PhaseChange

Materials材料的熱工性質(zhì)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱系數(shù)λ<

0.23W/(m.K)

為絕熱材料.如泡沫塑料λ=0.035,大理石λ=3.48,鋼λ=55比熱3m(

t1

t

2

)C

Q Q

m

c(t1

t

2

)熱容量PhaseChange

Materialsproperty十八烷六水氯化鈣磷酸氫二鈉月桂酸水T

melt(℃)28.127.036.040-440.0DensitySolid(Kg/m^3)7791710152010071000Liquid(Kg/m^3)1530Heatof

fusionHf(KJ/Kg)244192200167-178334Specific

HeatSolid(J/kg.K)1920140017002150Liquid(J/kg.K)23062200195041824PhaseChange

Materials月桂酸相變溫度變化圖PhaseChange

Materials調(diào)節(jié)溫度

!儲(chǔ)、放熱能!PhaseChange

Materials5在一個(gè)直徑較大的圓管中，穿過一條直徑較小的管。小管（內(nèi)管）是通過熱水的水管。在小管的外壁與大管的內(nèi)壁之間填充了可蓄熱的相變材料。管的兩端各裝有一個(gè)支撐物使內(nèi)管固定在中央位置，同時(shí)還起到密封的作用，防止相變材料漏出。PhaseChange

MaterialsPhaseChange

Materials6PhaseChange

MaterialsEnergy

Storage化學(xué)電源7）Battery化學(xué)電源一次電池二次電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池鋰離子電池充放電過程（Charge-Dischargeprocess環(huán)境污染（Environmentalpollution）有毒（Toxic）鎳氫電池普通鋅錳干電池銀鋅鈕扣電池Battery原電池－－一次電池負(fù)極：Zn

Zn2+

+

2e-正極：Cu2+

+2e-

Cu總反應(yīng)：Zn+Cu2+

Zn2++

Cu表示為：Zn

ZnSO4

CuSO4

Cu8Battery鋅錳干電池酸性電池：(-)Zn|

ZnCl2,NH4Cl(糊狀)

|MnO2

|

C(+)堿性電池：(-)Zn

KOH,K2[Zn(OH)4]

MnO2(C)

(+)負(fù)極：

Zn

+

2OH-

ZnO

+H2O

+2e-正極：

Ag2O

+H2O+2e-

2Ag

+

2OH-總反應(yīng)：

Ag2O

+

Zn

ZnO+

2Ag特點(diǎn)電子手表、液晶顯示的計(jì)算器、助聽器。有優(yōu)越的大電流放電性能，放電電壓平穩(wěn)等。但價(jià)格昂貴。Zn

KOH

AgO9Battery銀鋅扣式電池內(nèi)部構(gòu)造Battery鉛酸電池又稱蓄電池，兩極均以鉛板為骨架，正極鉛板上是二氧化鉛，負(fù)極鉛板上是海綿狀鉛。(-)Pb|H2SO4(1.25~1.30g·cm-3)|PbO2

(+)鎳氫電池（高壓鎳氫電池）正極：Ni電極 NiO（OH）+H2O+e-

Ni(OH)2+OH-負(fù)極：氫電極 1/2H2+OH-

H2O+

e-總反應(yīng)： 1/2H2+NiO(OH)

Ni(OH)2電解質(zhì)：KOH 電池內(nèi)氫氣的壓力：0.3-4MPaBattery10(-)C|H2|KOH|NiOOH

(+)(-)Na|β—Al2O3|S+Na2Sx|C

(+)Battery?β-鋁氧之耐用性不理想。?正極之腐蝕。?包裝設(shè)計(jì)上之困難。?安全因素。鈉硫電池正極：負(fù)極：LiCoO2

Li1-xCoO2+xLi++xe-+

H2OC+xLi++xe-

CLix總反應(yīng)：

LiCoO2

+

C

Li1-xCoO2

+

CLixBattery鋰電池鋰電池分為一次電池和二次電池兩類。充電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)11結(jié)構(gòu)特征就是主體材料要有一定程度的結(jié)構(gòu)開放性，能允許外來的原子或離子易于擴(kuò)散進(jìn)或逸出晶體。嵌入、脫出量以及主體的可逆嵌脫循環(huán)性能Battery-Li

ionBattery-Li

ion負(fù)極碳石墨材料石墨、焦炭、炭纖維、MCMB金屬氧化物氧化錫、氧化亞錫納米金屬及金屬間化合物Si,SnAl,In,Zn,

Ge正極12電解液制備過程對環(huán)境要求極高,需在高純氮?dú)饣蚋呒儦鍤獾臍夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行。溶劑為劇毒的HF等。LiPF6 1噸純LiPF6稀釋成8噸危險(xiǎn)的液體，它是強(qiáng)堿性的，遇水分解。Battery-Li

ionBattery13BatteryEnergy

Storage超級電容14電池Lowpowerdensityandadd

weightIncreasethecostofthe

carLose20%oftheenergyputinto

them電容器電容器是以物理方法存儲(chǔ)電能的一種裝置。電容器以干凈的方式存儲(chǔ)電能，避免了蓄電池從生產(chǎn)、使用到廢棄過程中的環(huán)境污染問題。電容器的壽命至少是蓄電池的10倍。電容器的能量消耗特別的低。CapacitorCapacitor15Energyflows

incapacitorEnergyflows

outof

capacitorCapacitorSuper-capacitor超級電容的特性體積小，容量大，比同體積電容大30~40倍充電速度快，10秒內(nèi)達(dá)到額定容量的95%充放電能力強(qiáng)，過電壓不擊穿，安全可靠超長壽命，可長達(dá)40萬小時(shí)以上充放電線路簡單，真正免維護(hù)電壓類型：2.7v---12.0v容量范圍：0.1F--1000F缺點(diǎn)

：如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路與電池相比，它的儲(chǔ)電量/體積要小。按目前的技術(shù)，它仍然不能作為電動(dòng)力的主要儲(chǔ)電器，因?yàn)樗碾娏恐荒茯?qū)動(dòng)車輛行駛幾公里。16EnergyStorage

DevicesSuper-capacitor17Super-capacitorSuper-capacitor18Super-capacitor在上海磁懸浮列車的終點(diǎn)站服務(wù)請注意，每個(gè)車站上方有充電設(shè)施，車輛進(jìn)站后，可以在30秒內(nèi)給車輛充足電能。Super-capacitor超級電容車19以夏是以電容器為驅(qū)動(dòng)和空調(diào)能源的公交車，在運(yùn)營中得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：正常工作電壓，V360～600每次充電后可以用22公里的時(shí)速，連續(xù)行駛7.9公里，輸出的功率為5KW站間充電時(shí)間：

30秒總站充電時(shí)間：

90秒0→40km/h加速時(shí)間,

16.5

秒最高車速

:44.8km/h。爬坡能力:可在

7.8%

坡度上起動(dòng)可以回收剎車能量

能量消耗:

每公里

0.88

KWH，比傳統(tǒng)的有軌電車節(jié)省

60%

的能量。最高充電電壓,

V610靜態(tài)電容，F(xiàn)200存儲(chǔ)能量

（wh）6400最高電流（A）200內(nèi)阻(mΩ)0.22電容器重量

（kg）980Super-capacitor電機(jī)功率

:

2.2kW充電器:

70A/60V電容器

:組建:

UCT-50000，80

件(2

件為以單元，共40個(gè)單元)工稱電壓:60V工作電壓:60V-35V尺寸：82×65×265mm基本工作條件：100%

充電時(shí)間:≤10分鐘100%

充放次數(shù):≥

50000

次連續(xù)行駛距離：10

km(

@100%

充電后以20km/h

的速度,電流為

20A)20此車在上海崇明生態(tài)島上使用Super-capacitor電機(jī)功率

:5.0

kW充電器:

150A/90V電容器

:組件：UCT-50000,

180

件.

每60

件為以單元

,共有3個(gè)單元公稱電壓:90V工作電壓:90V-55V尺寸：82×65×260mm基本工作條件:100%

充電時(shí)間:

≤10

分鐘,之后在恒充5分鐘100%

充放次數(shù)≥

50000次連續(xù)行駛里程:

20

km

(@100%

充電后，以30km/h的速度,電流為

30A)此車在上海張江高科技園區(qū)使用。Super-capacitorEnergy

Storage氫能存儲(chǔ)21氫能的利用途徑多氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多－燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電－氣體、液體、固體或化合物Hydrogen

Energy氫能開發(fā)，大勢所趨氫是自然界中最普遍的元素，資源無窮無盡－不存在枯竭問題氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無污染

，可循環(huán)利用H2（氣）十1/2

O2（氣）→H2O（液）＋285.5kJHydrogen

Energy22氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)廉價(jià)而又高效的制氫技術(shù)安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)－開發(fā)新型高效的儲(chǔ)氫材料和安全的儲(chǔ)氫技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急尚未解決問題：氫氣的廉價(jià)制取、氫氣的貯存和運(yùn)輸、氫氣燃機(jī)的熱換效率、氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率Hydrogen

Producing氫的制備利用重組反應(yīng)自甲烷中產(chǎn)生水電解法煤炭氣化結(jié)合水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(WGS)利用太陽能來製造氫與氧生物質(zhì)製造氫Hydrogen

Producing甲烷重整制氫:CH4+H2O=3H2+

CO這個(gè)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，需要外部輸入熱量，反應(yīng)溫度大約700～850℃，反應(yīng)壓力為3×105

Pa～2.5

×105Pa。反應(yīng)產(chǎn)物合成氣被輸入到下一級水氣置換反應(yīng)器

，經(jīng)過水氣置換反應(yīng)，將CO轉(zhuǎn)化為H2，提高了氫的產(chǎn)量。CO+H2O=H2+

CO2重整制氫的能量轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到75%～80

%，經(jīng)濟(jì)有效，如果將余熱回收利用，效率可達(dá)85%以上23目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫工程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定的能量，則可使水分解成氫氣和氧氣。提供電能使水分解制得的氫氣的效率一般在75％－85優(yōu)點(diǎn)：其中工藝過程簡單，無污染，轉(zhuǎn)化率高缺點(diǎn)：消耗電量大。目前電解水的工藝、設(shè)備均在不斷的改進(jìn)，但電解水制氫能耗仍然很高。Hydrogen

Producing電解水制氫2H2O→2H2↑+02↑Hydrogen

Producing熱化學(xué)工藝制氫將碳水化合物(煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等)輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器

，生成由H2、CO

、CO2

和

CH4

等組成的合成氣體

，然后進(jìn)行重整和水氣置換反應(yīng)來提高氫的產(chǎn)量

，最后將氫氣分離提純得到可以用做交通燃料的氫氣。CnH2n+2+nH2O→nCO↑+(2n+2)H2↑缺點(diǎn)：強(qiáng)吸熱反應(yīng)，熱效率較低，反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)過程中水大量過量，能耗較高。24Hydrogen

Producing生物質(zhì)制氫耗能低、效率高；清潔、節(jié)能和可再生；原料成本低，制氫過程不污染環(huán)境；一些生物制氫過程具有較好的環(huán)境效益現(xiàn)況無奈：目前光合微生物制氫離實(shí)用化還有相當(dāng)距離，光能轉(zhuǎn)化率低，要大量制氫，就需要很大的受光面積，還沒有滿意的產(chǎn)氫藻。Hydrogen

Producing25Hydrogen

Producing太陽光催化制氫光合作用的核心是由太陽光驅(qū)動(dòng)將水分子裂解為氧氣、氫離子和電子。植物通過還原碳元素的形式將太陽能固定下來，能否不要將太陽能固定在碳元素中得到利用呢？植物進(jìn)行光合作用離不開葉綠素，而葉綠素的催化核心由4個(gè)錳離子、1個(gè)鈣離子、4個(gè)氧原子和至少2個(gè)水分子組成的，MEMDepartment

NSYSUGermany36%Japan12%North-America16%RegionalOrganizationforEurope17%Other19%Hydrogen

ProducingHydrogenFue