《新能源概論》課件-8、第三章 太陽能及其利用-3.6儲能技術(shù)（一）

20五月2025第三章

太陽能及其利用6第六節(jié)

儲能技術(shù)一、儲能1、儲能：從廣義上講，儲能即能量儲存，是指通過一種介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應(yīng)用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。2、儲能的意義：由于太陽光變化無常，導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的功率輸出也變化無常，因此需要儲能系統(tǒng)對光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行儲存和調(diào)節(jié)。在實際光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能是主要的部件之一，它能夠顯著改善負(fù)荷的可用性，而且對電力系統(tǒng)的能量管理、安全穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量控制等均有重要意義。3、儲能的分類：二、鉛酸蓄電池1、蓄電池主流產(chǎn)品有4類：鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池。其工作原理都是將電能以化學(xué)能的形式儲存起來。2、鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)：正極板、負(fù)極板、接線端子、隔板、安全閥、電解溶液、跨橋、電池蓋、接頭密封材料、附件等。分類名稱特點物理儲能抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能采用水、空氣等作為儲能介質(zhì)；儲能介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)變化化學(xué)儲能鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、熔融鹽電池、鎳氫電池、電化學(xué)電容器利用化學(xué)元素做儲能介質(zhì)，充放電過程伴隨儲能介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或者變價其他儲能超導(dǎo)儲能、燃料電池、金屬-空氣電池（1）正、負(fù)極板：蓄電池的充電過程是依靠極板上的活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)的。正極板上的活性物質(zhì)是深棕色的二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀、青灰色的純鉛（Pb）。（2）隔板：為了減少蓄電池的內(nèi)阻和體積，正、負(fù)極板應(yīng)盡量靠近但彼此又不能接觸而短路，所以在相鄰正負(fù)極板間加有絕緣隔板。隔板應(yīng)具有多孔性，以便電解液滲透，而且應(yīng)具有良好的耐酸性和抗堿性。隔板材料有木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料等。近年來，還有將微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，防止活性物質(zhì)脫落。（3）電池槽和電池蓋：蓄電池的外殼是用來盛放電解液和極板組的，外殼應(yīng)耐酸、耐熱、耐震，以前多用硬橡膠制成。現(xiàn)在國內(nèi)已開始生產(chǎn)聚丙稀塑料外殼。這種殼體不但耐酸、耐熱、耐震，而且強度高，殼體壁較薄（一般為3.5mm，而硬橡膠殼體壁厚為10mm）、重量輕、外型美觀、透明。殼體底部的凸筋是用來支持極板組的，并可使脫落的活性物質(zhì)掉入凹槽中，以免正、負(fù)極板短路，若采用袋式隔板，則可取消凸筋以降低殼體高度。（4）電解液：電解液的作用是使極板上的活性物質(zhì)發(fā)生溶解和電離，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，傳導(dǎo)溶液正負(fù)離子。它由純凈的硫酸與蒸餾水按一定的比例配制而成，電解液的相對密度一般為1.24～1.30（15℃）。（5）正、負(fù)接線端子：蓄電池各單格電池串聯(lián)后，兩端單格的正負(fù)極樁穿出蓄電池蓋，形成蓄電池正負(fù)接線柱，實現(xiàn)電池與外界的連接，接線柱的材質(zhì)一般是鋼材鍍銀，正極標(biāo)“+”號或涂紅色，負(fù)極標(biāo)“-”號或涂藍(lán)色、綠色。（6）安全閥：一般由塑料材料制成，對電池起密封作用，阻止空氣進(jìn)入，防止極板氧化。同時可以將充電時電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出電池，避免電池產(chǎn)生危險。使用必須將排氣栓上的盲孔用鐵絲刺穿、以保證氣體溢出通暢。3、鉛酸蓄電池的基本工作原理蓄電池通過充電過程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使用時通過放電過程將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鉛酸蓄電池充放電反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)式為：（1）當(dāng)鉛酸蓄電池接通外電路負(fù)載放電時，正極板上的PbO2和負(fù)極板的Pb都變成了PbSO4，電解液的硫酸變成了水；（2）充電時，正負(fù)極板上的PbSO4分別恢復(fù)原來的PbO2和Pb，電解液中的水變成了硫酸。4、鉛酸蓄電池的相關(guān)術(shù)語（1）蓄電池充電蓄電池充電是指通過外電路給蓄電池供電，使電池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能而存儲起來的操作過程。（2）過充電過充電的意思是指對已經(jīng)充滿電的蓄電池或蓄電池組繼續(xù)充電。（3）放電放電是指在規(guī)定的條件下，蓄電池向外電路輸出電能的過程。（4）自放電蓄電池的能量未通過外電路放電而自行減少，這種能量損失的現(xiàn)象叫自放電。（5）活性物質(zhì)在蓄電池放電時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能的物質(zhì)，或者說是正極和負(fù)極存儲電能的物質(zhì)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)。（6）放電深度。放電深度是指蓄電池在某一放電速率下，電池放電到終止電壓時實際放出的有效容量與電池在該放電速率的額定容量的百分比。放電深度和電池循環(huán)使用次數(shù)關(guān)系很大，放電深度越大，循環(huán)使用次數(shù)越少，放電深度越小，循環(huán)使用次數(shù)越多。經(jīng)常使電池深度放電，會縮短電池的使用壽命。（7）極板硫化在使用鉛酸蓄電池時要特別注意的是：電池放電后要及時充電，如果蓄電池長時期處于虧電狀態(tài)，極板就會形成PbSO4晶體，這種大塊晶體很難溶解，無法恢復(fù)原來的狀態(tài)，將會導(dǎo)致極板硫化無法充電。（8）相對密度相對密度是指電解液與水的密度的比值。相對密度與溫度變化有關(guān)，25℃時，充滿電的電池電解液相對密度值為1.265g/cm3，完全放電后降至1.120g/cm3。每個電池的電解液密度都不相同，同一個電池在不同的季節(jié)，電解液密度也不一樣。大部分鉛酸蓄電池的密度在1.1～1.3g/cm3范圍內(nèi)，充滿電之后一般為1.24～1.3g/cm3。5、鉛酸蓄電池技術(shù)參數(shù)（1）蓄電池的容量處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時所能給出的電量稱為電池容量，以符號C表示。常用單位是安時(A·h)。例如：電池容量為12A·h。電池容量分為實際容量和額定容量。實際容量是指電池在一定放電條件下所能輸出的電量。額定容量（標(biāo)稱容量）是按照國家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，在電池設(shè)計時要求電池在一定的放電條件下（如在25℃環(huán)境下以10小時率電流放電到終止電壓），應(yīng)該放出的最低限度的電量值。（2）放電率①時率：以放電時間表示的放電速率。通常在C的下角處標(biāo)明放電時率，例如：某電池20小時率的容量為12A·h，則可表示為C20=12A·h，其代表電池以12/20=0.6A的電流放電，應(yīng)能夠連讀放電20h。②倍率：以放電電流相對額定容量大小的比率來表示的放電速率。例如：額定容量為100A·h的電池以10A放電時，其放電倍率為0.1C。思考題1、某電池C10時的放電電流為12A，則電池的容量為C10=（

）A·h。2、某電池C20時的放電電流為3A，若恒流工作24小時，電池放電深度正好到達(dá)80%，其放電電流為（

）A。3、容量為150A·h的電池，放電電流為30A，其放電倍率為（）。4、對于24A·h的電池來說，其2C的放電電流為（）A，其0.5C的放電電流為（）A。（3）終止電壓終止電壓是指在蓄電池放電過程中，電壓下降到不宜再放電時（非損傷放電）的最低工作電壓。為了防止電池不被過放電而損害極板，在各種標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了在不同放電倍率和溫度下放電時電池的終止電壓。單體電池，一般10小時率和3小時率放電的終止電壓為每單體1.8V，1小時率的終止電壓為每單體1.75V。由于鉛酸蓄電池本身的特性，即使放電的終止電壓繼續(xù)降低，電池也不會放出太多的容量，但終止電壓過低對電池的損傷極大，尤其當(dāng)放電達(dá)到0V而又不能及時充電時將大大縮短蓄電池的壽命。對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用的蓄電池，針對不同型號和用途，放電終止電壓設(shè)計也不一樣。終止電壓視放電速率和需要而規(guī)定。通常，小于l0h的小電流放電，終止電壓取值稍高一些；大于10h的大電流放電，終止電壓取值稍低一些。（4）電池電動勢蓄電池的電動勢在數(shù)值上等于蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時的開路電壓。電池的開路電壓是無電流狀態(tài)時的電池電壓。當(dāng)有電流通過電池時所測量的電池端電壓的大小將是變化的，其電壓值既與電池的電流有關(guān)，又與電池的內(nèi)阻有關(guān)。（5）浮充壽命蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時浮充運行的總時間。（6）循環(huán)壽命蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個循環(huán)（一個周期）。在一定的放電條件下，電池使用至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。影響蓄電池循環(huán)壽命的因素是綜合因素，不僅與產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有關(guān)，而且還與放電倍率和深度、使用環(huán)境和溫度及使用維護(hù)狀況等外在因素有關(guān)。（7）過充電壽命過充電壽命是指采用一定的充電電流對蓄電池進(jìn)行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時所能承受的過充電時間。其壽命終止條件一般設(shè)定在容量低于10小時率額定容量的80%。（8）自放電率蓄電池在開路狀態(tài)下的儲存期內(nèi)，由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗，每天或每月容量降低的百分?jǐn)?shù)稱為自放電率。自放電率指標(biāo)可衡量蓄電池的儲存性能。（9）電池內(nèi)阻電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，而是一個變化的量，它在充放電的過程中隨著時間不斷的變化，這是因為活性物質(zhì)的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻很小，在小電流放電時可以忽略，但在大電流放電時，將會有數(shù)百毫伏的電壓降損失，必須引起重視。。蓄電池的內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻兩部分。歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、隔膜、電解液、接線柱等構(gòu)成，也與電池尺寸、結(jié)構(gòu)及裝配因素有關(guān)。極化內(nèi)阻是由電化學(xué)極化和濃差極化引起的，是電池放電或充電過程中兩電極進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時極化產(chǎn)生的內(nèi)阻。極化電阻除與電池制造工藝、電極結(jié)構(gòu)及活性物質(zhì)的活性有關(guān)外，還與電池工作電流大小和溫度等因素有關(guān)。電池內(nèi)阻嚴(yán)重影響電池工作電壓、工作電流和輸出能量，因而內(nèi)阻越小的電池性能越好。（10）比能量比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。