[TOC] # 概述 ## 定义：什么是 储能系统 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。它包括能量和物质的输入和输出、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。 ## 储能系统任务与作用 由于人们所需的能源都具有很强的时间性和空间性，为了合理利用能源并提高能量的利用率，需要使用一种装置，把一段时期内暂时不用的多余能量通过某种方式收集并储存起来，在使用高峰时再提取使用，或者运往能量紧缺的地方再使用，这种方法就是能量存储。 能量储存系统的基本任务是克服在能量供应和需求之间的时间性或者局部性的差异。产生这种差异有两种情况，一种是由于能量需求量的突然变化引起的，即存在高峰负荷问题，采用储能方法可以在负荷变化率增高时起到调节或者缓冲的作用。由于一个储能系统的投资费用相对要比建设一座高峰负荷厂低，尽管储能装置会有储存损失，但由于储存的能量是来自工厂的多余能量或新能源，所以它还是能够降低燃料费用的。另一种是由于一次能源和能源转换装置之类的原因引起的，则储能系统(装置)的任务则是使能源产量均衡，即不但要削减能源输出量的高峰，还要填补输出量的低谷(即填谷)。 例如，太阳能热利用系统中，需要设置储能器。太阳能热利用的工作原理如图1所示，热流离开集热器后入储能器，然后经过热能转换器供给热机。在没有太阳光期问，冷流体直接经过储能器，提取存储的热量并传给热机工作。 所以，能源储存系统可以储存多余的热能、动能、电能、位能、化学能等，改变能量的输出容量、输出地点、输出时间等。 ## 储能系统要求 对于不同应用目的有各自的储能要求，但归纳起来，一个良好的储能系统共有的特性如下。 ①单位容积所储存的能量(容积储热密度)高，即系统尽可能储存多的能量。如高能电池，由于其能量密度比普通电池要大，使用寿命也较长，深受消费者欢迎。 ②具有良好的负荷调节性能。能源储能系统在使用时，需要根据用能一方的要求调节其释放能量的大小，负荷调节性能的好坏决定着系统性能的优劣。 ③能源储存效率要高。能量储存时离不开能量传递和转换技术，所以储能系统应能不需过大的驱动力而以最大的速率接收和释放能量。同时尽可能降低能量存储过程中的泄漏、蒸发、摩擦等损耗，保持较高的能源储存效率。 ④系统成本低、长期运行可靠。如果能源储存装置在经济上不合理，就不可能得到推广应用。 ## 储能技术方法 储能主要包括热能、动能、电能、电磁能、化学能等能量的存储，储能技术方法见表1.5。储能技术的研究、开发与应用主要是以储存热能、电能为主，广泛应用于太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收以及工业与民用建筑和空调的节能等领域。 **(1)热能存储技术** 热能存储就是把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方法储存起来，等到需要时再提取使用。包括显热储能技术、潜热储能技术、化学反应热储能技术三种，三种热能存储的比较见表1.6。 显热储能技术是通过加热储能介质提高其温度，而将热能储存其中。常用的显热储能材料有水、土壤和岩石等。在温度变化相同的条件下，如果不考虑热损失，那么单位体积的储热量水最大，土壤其次，岩石最小。世界上已有不少国家都对这些储热材料进行了试验和应用。就目前来说，这是一种技术比较成熟、效率比较高、成本又比较低的储能方法。 潜热储能技术是利用储能介质液相与固相之间的相变时产生的熔解热将热能储存起来的。实际应用的潜热储能介质，有十水硫酸钠(化学式是Na2S04·10H20)、五水硫代硫酸钠(化学式是Na2S04·5H20)和六水氯化钙(化学式是CaCl2·6H20)等。该技术的特点是在低温下储能，具有较高的储能量密度，可在一定的相变温度下取出热量，但是储能媒介物价格昂贵，容易腐蚀，有的介质还可能产生分解反应，储存装置也较显热型复杂，技术难度 较大。 化学能存储技术利用能量将化学物质分解后分别储存能量，分解后的物质再化合时，即可放出储存的热能。可以利用可逆分解反应、有机可逆反应和氢化物化学反应三种技术实现，其中氢化物化学反应技术是最有发展潜力的，国内外都正在进行深入的研究，如果能够取得突破性的成功，就将为解决能源短缺的问题提供良好的途径。 **(2)电能存储技术** 工业上已应用的电能存储技术主要有三种，分别为水力储能技术、压缩空气储能技术、飞轮储能技术。水力储能技术是最古老的、技术最成熟的、设备容量最大的商业化技术，全世界已有约500座水力储能电站，其中容量超过1000MW的有35座。水力储能系统一般有两个大的储水库，一个处于较低位置，另外一个则位于较高的提升位置。在用电低峰期，将水从位置较低的水库送到位置高的储水库中去储存起来。当需要电能时，可以借助高位水库水流的势能推动水能机发电。 压缩空气储能是在用电低峰期将空气加压输送到地下盐矿、废弃的石矿、地下储水层等。当用电负荷较大时，压缩空气就可与燃料燃烧，产生高温、高压燃气，驱动燃气轮机做功产生电能。应用的机组设备容量已达到几百兆瓦。如装机容量为290MW的德国芬道尔夫电站1980年就已投入使用。 飞轮储能发电技术是一种新型技术，它与电力网连接实现电能的转换。飞轮储能发电系统如图1．12所示，该系统主要由电机、飞轮、电力电子变换器等设备组成。飞轮储能的基本原理就是在电力富裕条件下，将电力系统中的电能转换成飞轮运动的动能。而当电力系统电能不足时，再将飞轮运动的动能转换成电能，供电力用户使用。与其他储能技术相比，飞轮储能技术具有效率高(80%～90%)、成本低、无污染、储能迅速、技术可靠等优点，受到日本、美国、德国研究工作者的关注。如日本冲绳电力公司开发了210MJ的飞轮储能系统；德国1996年研制了储能5MW·h/100MW·h的超导磁悬浮储能飞轮储能电站，系统效率达96%。 # 案例实践 ## 南区体育服务中心绿色低碳、智能高效的能源系统 结合区域可再生能源条件，重点发展地源热泵、太阳能光伏发电并推进各类储能系统应用，构建低碳、高效、智能的能源系统。起步区采用**“地源热泵+水蓄冷蓄热+冷水机组+燃气锅炉”的多能融合系统**，具有供能效果稳定、节能效果显著、运行成本低廉、调控机制灵活等优点。能源系统设计采用多种能源相互耦合的供能方式，保障供应稳定可靠；采用冷热兼蓄的储能技术，利用低谷电 “削峰填谷”节省运行费用；采用智慧能源管控平台对系统能耗、地下温度场进行实时监控，确保系统平稳运转。项目全部投运后，每年可节约标煤约4400吨，减少二氧化碳（CO2）排放约10000吨（按碳计），可再生能源利用率可达到30%以上。 南区体育服务中心、东区文化服务中心及西区综合服务中心采用**“地源热泵+水蓄冷蓄热+光伏发电+储电”的智能低碳能源系统**，实现可再生能源利用率40%，助力“零碳公园”建设。其中，水蓄冷蓄热可实现充分利用低谷电和太阳能光伏电力，降低运行费，减少地埋管工程量，增强经济效益；屋顶光伏采用铜铟镓硒柔性光伏组件，可根据建筑屋顶材质、结构、形状进行设计，确保组件屋面贴合，实现与建筑风格的协调统一；同时建设储电设施并配套光储一体化控制系统，将光伏发电优先供应建筑用电、热泵用电，当光伏发电无法全部消纳时，多余电量利用储能系统存储。此外，储能系统还可作为建筑重要负荷的应急备电（EPS），保证重要设备持续稳定运行。城市绿心屋顶光伏总装机量388千瓦，全生命周期可节省电费约1200万元，减少碳排放约0.96万吨，节约标煤5480吨。 摘自：城市绿心基础设施综合规划系列之一｜践行生态文明理念，打造和谐共生典范，构建现代化市政基础设施体系 https://mp.weixin.qq.com/s/ndB2ZHAKAhU3ADdy3vtq2w