《儲能材料與器件智能制造技術》

1.儲能的概念與意義電動汽車呼吸機智能鬧鐘自動感光

時間校準10:30當全球都在為“減碳”奮力前行；當化石能源儲量告急、極端氣候頻發(fā)，儲能早已不是“可有可無的配角”守護人類可持續(xù)未來支撐能源結構轉型核心

力量保障社會穩(wěn)定運轉能量儲存原理

裝置移動性

與電網(wǎng)連接方式·

化學儲能以電池為代表，借電化學反應儲存與釋放能量；·

物理儲能不生成新物質，通過改變體系狀態(tài)儲能，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能等。是否發(fā)生化學變化多維度·

并網(wǎng)系統(tǒng)

可與電網(wǎng)雙向交互，參與調度與能源交易；·

離網(wǎng)系統(tǒng)

獨立運行，適用于偏遠無電區(qū)域，依賴新能源供電?！?/p>

移動儲能服務于移動設備與運載工具；·

固定儲能用于改善新能源發(fā)電質量、保障關鍵場所供電。與電網(wǎng)連接方式裝置是否可移動多維度轉化效率高減少儲釋能損耗功率密度大支持大功率儲釋能比容量大單位體積或質量儲能量越高越好安全可靠避免能量失控釋放引發(fā)危險成本低廉涵蓋生產(chǎn)與使用成本響應速度快滿足即時用能需求操作便捷降低使用門檻核心要求45623打造新能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈1化石燃料大量使用導致溫室氣體排放，引發(fā)全球變暖、冰川消融、極端氣候等問題；且化石能源儲量有限，按現(xiàn)有開采與消耗速率，煤、天然氣、石油可使用年限分別為100-120年、30-50年、18-30年，能源安全與氣候問題成21世紀重大挑戰(zhàn)。當前人類面臨嚴峻能源挑戰(zhàn)據(jù)2025年1月26日《人民日報》報道，截至2024年底，我國累計發(fā)電裝機容量約33.5億千瓦，同比增14.6%,其中光伏裝機8.9億千瓦(增45.2%)、風電裝機5.2億千瓦(增18.0%),風電光伏總裝機首超14億千瓦；2024年全國新增裝機4.3億千瓦，風電光伏新增3.6億千瓦，占比超八成。風電能發(fā)電合計新增裝機3.6億千瓦，占新增

發(fā)電裝機總容量的比重超過八成。2025年，國家能源局將大力推進

風電光伏開發(fā)利用。積極推進第二批、

第三批“沙戈荒”大型風電光伏基地項

目建設。加快發(fā)展海上風電。積極發(fā)

展分布式光伏、分散式風電，推動光熱

發(fā)電規(guī)模化發(fā)展。抓好風電和光伏發(fā)

電資源普查試點，統(tǒng)籌新能源發(fā)展、合理利用率和系統(tǒng)調節(jié)能力，著力促進

新能源高質量消納。我國風電太陽能發(fā)電裝機首次超

過14億千瓦。這是繼2021年、2022年、

2023年分別超過6億千瓦、7億千瓦、

10億千瓦之后，躍上的又一新臺階。中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布數(shù)據(jù)顯

示：2024年，全國新增發(fā)電裝機容量4.3億

千瓦，再創(chuàng)歷史新高。其中，風電和太陽本報北京1月25日電(記者丁怡婷)

國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示：截至去年底，全國累計發(fā)電裝機容量約33.5億千

瓦，同比增長14.6%。其中，太陽能發(fā)

電裝機容量約8.9億千瓦，同比增長

45.2%;風電裝機容量約5.2億千瓦，同

比增長18.0%。我國風電太陽能發(fā)電裝機超14億千瓦為實現(xiàn)其平穩(wěn)并網(wǎng)，需配套儲能電站，如抽水蓄能電站可將新能源電力轉化為水力發(fā)電輸送電網(wǎng)，電

池儲能、壓縮空氣儲能及光熱發(fā)電中的熱儲能也較

常用。儲能技術能為電力系統(tǒng)削峰填谷、調頻調壓、

提升穩(wěn)定性與電能質量，還可提高新能源利用率、充當備用電源。風電、光伏的不穩(wěn)定性給電網(wǎng)平衡與安全運行帶來挑戰(zhàn)能源體系的變革離不開儲能技術的支撐，在綠色低碳發(fā)展的大背景下，發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)既是“節(jié)能減排、應對氣

候變化”的必然要求，也是“滿足能源增長、支撐經(jīng)濟

發(fā)展”的現(xiàn)實需要。從日常生活到工業(yè)生產(chǎn)，從能源安

全到全球氣候治理，儲能技術已滲透到社會運轉的方方

面面，成為現(xiàn)代文明不可或缺的“隱形基石”。隨身攜帶手機、充電寶，享受“隨時在線”的便捷生活；讓醫(yī)院手術室、數(shù)據(jù)中心在電網(wǎng)斷電時“無縫切換”,保障生命與數(shù)

據(jù)安全；駕駛電動汽車穿梭于城市，減少尾氣排放；風電、光伏等新能源突破“間歇性瓶頸”,源源不斷地為電網(wǎng)輸送清

潔電力。未來，隨著新能源的進一步規(guī)?；l(fā)展、移動用能需求的持續(xù)增長，儲能技術將迎來更大的發(fā)展空間——更高比容量、更高效率、更

低成本、更安全的儲能技術將不斷涌現(xiàn)，推動儲能從“輔助支撐”

向“核心樞紐”轉變，為全球能源轉型、應對氣候變化、保障能源安全提供更堅實的支撐，助力人類社會邁向更可持續(xù)的未來?！秲δ懿牧吓c器件智能制造技術》

2.儲能方式及其原理在全球能源結構向綠色低碳轉型的浪潮中，儲能技術是關鍵“能源調節(jié)器”。從手機續(xù)航、新能源汽車行駛，到風電光伏并網(wǎng)、醫(yī)院應急供電，都依賴其對能量的精準儲存與按需釋放。如今儲能已形成電化學、機械、電磁、熱、化學五大類體系，每類技術原理、優(yōu)勢與場景各異。儲能技術

通過介質或設備儲能量，按需釋放以解決能源供需錯配問題。電化學儲能錳鋅干電池鋰離子電池電磁儲能超導磁儲能超級電容器熱儲能熔鹽儲能相變儲能抽水蓄能壓縮空氣儲能化學儲能機械儲能氫甲烷隔膜正極電解液電化學儲能依托電極反應儲釋能量，核心是電池儲能。電池作為化學能直接轉電能的裝置，

基本結構含正極、負極、電解液、隔膜與外殼——正負極是電化學反應核心，電解液供離子導電，隔膜防正負極短路結構如圖所示負極按使用特性Do

一次

電池僅單次使用，電極活性物質不可充電復原(如錳鋅干電池);

二次電池(可充電)電極反應可逆，放電后充電能恢復活性物質(如鋰離子電池),應用最廣；

燃料電池持續(xù)注入外部燃料(如氫氣),實現(xiàn)化學能連續(xù)轉電能(如氫燃料電池)。優(yōu)勢：能量與功率密度高、響應快、操作簡，單體可微型化(適配手機),也可串并聯(lián)成大型模組(用于新能源電站),覆蓋

生活、工業(yè)、新能源領域。抽水蓄能如圖所示是最成熟的大規(guī)模儲能技術：電網(wǎng)低谷時，用富余電力將下水庫水抽

至上水庫儲重力勢能；高峰時放水推動水輪

機發(fā)電。綜合效率70%~85%,占全球大

規(guī)模電網(wǎng)儲能90%,可調峰填谷、調頻、作事故備用，但受地形(需高低水庫)與選機械儲能借機械裝置實現(xiàn)物理儲釋能，含五類抽水蓄能上水庫正常蓄水位死水位500kv

出線場尾

水

調

壓

至輸電線主變洞蓄能發(fā)電址(近新能源電站)限制。主廠房蓄能受正常

蓄水位引水調壓室發(fā)電下水庫死水位低谷期用富余電力壓縮空氣，儲于廢棄礦井、儲氣罐等；高峰時釋放高壓空氣推動汽輪機發(fā)電如圖所示。系統(tǒng)含傳統(tǒng)型、帶儲熱型等，容量大、工作久、成本低、效率高。2025年1月，湖北應城1500兆瓦時/300兆瓦鹽穴項目并網(wǎng)，轉換效率約70%。電力膨脹機離合器

離合器電動機/發(fā)電機廢氣壓縮空氣儲能機械儲能借機械裝置實現(xiàn)物理儲釋能，含五類燃燒室儲氣裝置燃料壓縮機空氣2靠電動/發(fā)電機系統(tǒng)：儲能時電動機帶飛輪高速轉儲動能，釋能時飛輪帶發(fā)電機發(fā)電。充放電效率超90%,壽命長、響應快、功率密度超5kW/Kg

且

無污染，但能量密度低、自放電高(數(shù)小時至數(shù)十小時耗盡),不適大規(guī)模

長時間儲能，綜合效率85%~90%,如圖所示飛輪儲能機械儲能借機械裝置實現(xiàn)物理儲釋能，含五類雙向變換器

直流電止推軸單發(fā)電機(旅電時)飛輪轉子一止推軸承一機

殼機殼徑向軸旅真空泵3借高度差儲釋能：低谷期提“重物”至高處儲能，高峰時放下驅動發(fā)電，如圖所示。成本低于抽水蓄能、壓縮空氣儲

能及多數(shù)電化學儲能，安全、選址靈、對環(huán)境破壞小，壽命30~35年，效率約85%,無自放電。發(fā)電機機械儲能借機械裝置實現(xiàn)物理儲釋能，含五類重力儲能上倉重物輸送系統(tǒng)重物下倉勢能→機械能重力輪機4靠彈簧形變儲能，結構簡但能量密度極低(低于1Wh/kg,僅為電池1/100以上),僅適玩具飛機(橡

皮筋)、機械手表(發(fā)條)等小型場景。機械儲能借機械裝置實現(xiàn)物理儲釋能，含五類彈性儲能超導磁儲能低溫下用零電阻超導線圈儲磁場能，環(huán)流可無損耗長期存能。功率大、體積小、質量輕、損耗低、響應快，綜合效率90%~95%,但低溫

維護難、成本高，難規(guī)?；?，如圖所示。電磁儲能

借電場或磁場儲能量，含兩類：傳感器電源變壓器

豐電流引線監(jiān)控系統(tǒng)低

溫

系

統(tǒng)超

導

磁

體電網(wǎng)或負荷旁路開關保護系統(tǒng)變流器電磁儲能

借電場或磁場儲能量，含兩類：超級電容器介于傳統(tǒng)電容器與充電電池間，靠電極-電解質界面雙電層儲能量：通電后正極吸負離子、負極吸正離子，形成穩(wěn)定電荷層，如圖所示。按電極材料分碳電極型、金屬氧化物電極型等，優(yōu)勢有：功率密度極高(102~10?

kW/kg,超蓄電池);循環(huán)壽命長(50萬~100萬次充放電后容量降10%~20%);工作溫限寬(-40℃~+80℃)、免維護、環(huán)保。但能量密度低(5~10Wh/kg)、

陰離子

陽離子自放電高(室溫每天1%~5%),適新能源汽車制動回收、軌道交通瞬時負荷平衡等場景，也可與其他技術組合。

放電充電多孔隔膜

正電極負電極

電解液中性電極如圖所示：定日反射鏡聚光至集熱塔加熱熔鹽儲存，發(fā)電時熔鹽產(chǎn)蒸汽驅發(fā)電機，冷卻后回流。我國敦煌100兆瓦電站(亞洲最大)年發(fā)電3.9億度，可24小時連續(xù)發(fā)電。定日鏡高溫熔鹽罐蒸汽發(fā)生器

發(fā)電機吸熱器吸熱塔低溫熔鹽罐1、太陽能光熱電站熱儲能塔式光熱電站槽式光熱電站如圖所示：槽式聚光鏡聚光至管狀集熱器，加熱工質產(chǎn)蒸汽發(fā)電。熱儲能可消除太陽能間歇性，容量大、配置靈、能熱電氣聯(lián)供、安全高。槽式集熱器汽輪機發(fā)電機熱交換器冷凝器1、太陽能光熱電站高溫儲熱罐低溫儲熱罐熱儲能借材料物態(tài)變化(如固-液)的焓變儲能。如水0℃結冰放334kJ/kg

熱量，約等于水從0℃加熱至80℃所需熱量——相變焓變遠大于溫度變化焓變，故密度高、體積小，適余熱回收、建筑供暖。2、相變儲能水箱(用戶)熱用戶熱儲能張造水換熱酸預熱器過熱器冷凝水箱冷鹽罐熱鹽罐電加熱器蒸汽發(fā)生器提純干燥將低能物質轉高能物質儲能量，典型方式是用新能源富余電能電解水制氫，或轉甲烷、甲醇等燃料，如圖所示。這些高能物質可通過燃料電池發(fā)電或作熱機燃料，儲時久、損耗小、可大規(guī)模長時間儲能。當前風電、光伏電解水制氫是研究熱