1.1.1.1工作原理：飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由高速飛輪、軸承支撐系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、功率變換器、電子控制系統(tǒng)和真空泵、緊急備用軸承等附加設(shè)備組成。谷值負(fù)荷時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由工頻電網(wǎng)提供電能，帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量，完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；出現(xiàn)峰值負(fù)荷時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出電流和電壓，完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。

　　1.2.1電磁儲(chǔ)能原理：SMES(SuperConductor Magnetics Energy System)利用超導(dǎo)線制成的線圈將電網(wǎng)供電勵(lì)磁所產(chǎn)生的磁場能量儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)再將此儲(chǔ)存量送回至電網(wǎng)或其他作用。即利用超導(dǎo)物質(zhì)在一定溫度下達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)即電阻為0歐姆的特性。在超導(dǎo)線圈充電之后，超導(dǎo)線圈中形成短路狀態(tài)，由于這一閉合回路中的電流不會(huì)減少而形成永久磁通，所以電流的能量就以永久磁通的形成儲(chǔ)存起來了。

　　鎳氫電池（NIMH）是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中使用最為廣泛的綠色環(huán)保電池之一。具有單體容量大、放電特性平穩(wěn)、通用性強(qiáng)、發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是體積大、自身重量大。鎳氫電池具有接近2倍于鎳鎘電池的能量密度，與普通AA類堿性電池電壓相近，基本上可以通用，鎳氫電池的放電特性非常好，放電曲線也非常平滑，到電力快要消耗完時(shí)，電壓突然跌落，這一點(diǎn)接近于鎳鉻電池，但是瞬間放電電流不如鎳鉻電池。另外，鎳氫電池采用無汞設(shè)計(jì)，這對于環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

　　超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。

　　1.哈爾濱巨容公司開發(fā)研制的電動(dòng)車用超級(jí)電容器已應(yīng)用在哈爾濱電車公司的電車供電系統(tǒng)中，該電容器組充電時(shí)間為10一15分鐘，充電方式為停止時(shí)車載充電和行使時(shí)車載在線公里。完全解決了無軌電車部分區(qū)域及全程脫線運(yùn)行問題。

　　此外，經(jīng)低溫啟動(dòng)試驗(yàn)，在一40℃仍可正常啟動(dòng)，解決了北方地區(qū)的寒冷季節(jié)電車脫線后啟動(dòng)困難問題。該車穩(wěn)定運(yùn)行己達(dá)3個(gè)月，行駛里程5000公里，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，電容器組無需維護(hù)。

　　國內(nèi)學(xué)者于20世紀(jì)80年代才開始注意到雙層電容器的研究，但是到了90年代才開始研究超級(jí)電容器，起步相對國外較晚，但是發(fā)展勢頭可觀.

　　1.3.6.2特性分析：又名雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、電化學(xué)電容器(Electrochemcial Capacitor, EC),黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

　　?作為車輛、機(jī)械、船舶等設(shè)備中燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助電源，形成油電混合動(dòng)力，大幅度降低燃油的消耗、提高發(fā)動(dòng)機(jī)峰值功率并減少有害氣體排放

　　?在電子電器（汽車音響、儀器儀表、家用電器、手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)……）中作為備用電池或主電池

　　超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理是在1879年由Helmholz發(fā)現(xiàn)，但是將這個(gè)原理將大量電能儲(chǔ)存在物質(zhì)表面，像電池一樣運(yùn)用于實(shí)際的是Becker。隨后美國人Sohio公司開始利用基于高比表面的碳材料的雙層電容器。Conway公司與1975～1981開發(fā)了另外一種“準(zhǔn)電容”體系。日本NEC公司從1979年開始生產(chǎn)一種SuperCapacitor，并將該技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電池啟動(dòng)系統(tǒng)，開始了超級(jí)電容的大規(guī)模使用。

　　電化學(xué)儲(chǔ)能原理：通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存或者釋放電能量的過程即為化學(xué)儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能的實(shí)質(zhì)就是化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且反應(yīng)是可逆的。根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的不同可以分為鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池等。

　　1.3.5.1技術(shù)發(fā)展歷程：鎳氫電池的誕生應(yīng)該歸功于儲(chǔ)氫合金的發(fā)現(xiàn)。早在20世紀(jì)六十年代末，人們就發(fā)現(xiàn)了一種新型功能材料儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)氫合金在一定的溫度和壓力條件下可吸放大量的氫，因此被人們形象地稱為“吸氫海綿”。儲(chǔ)氫合金的主要來源是稀土，而中國的稀土資源占世界總儲(chǔ)量的70％以上，發(fā)展鎳氫電池具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。因此中國鎳氫電池的研制與開發(fā)，受到了國家八六三計(jì)劃的大力支持，被列為“重中之重”項(xiàng)目。通過該項(xiàng)目的實(shí)施，使中國鎳氫電池的裝備水平得到了大大的提高，目前中國已開發(fā)成功九個(gè)系列，32個(gè)規(guī)格的鎳氫電池產(chǎn)品，形成了年產(chǎn)3000噸儲(chǔ)氫合金材料和3億安時(shí)鎳氫電池的生產(chǎn)規(guī)模，年產(chǎn)值約30億元人民幣的鎳氫電池產(chǎn)業(yè)。帶動(dòng)了一個(gè)年產(chǎn)值超百億元的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。

　　儲(chǔ)能技術(shù)有物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等4類。物理儲(chǔ)能主要有飛輪儲(chǔ)能、抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能方式； 電磁儲(chǔ)能主要有超導(dǎo)儲(chǔ)能方式；電化學(xué)儲(chǔ)能主要有蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能；相變儲(chǔ)能主要有冰蓄冷儲(chǔ)能等。

　　1.1.2.2優(yōu)勢：抽水儲(chǔ)能目前技術(shù)成熟，容量大，是一種可靠的儲(chǔ)能方式。

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　　1.1.2.3局限性：受地理位置影響較大，工期巨大，效率不高，且影響生態(tài)壞境，需要可靠安全系統(tǒng)保證。

　　1.1.3.1壓縮空氣儲(chǔ)能電站（CAES）是一種用來調(diào)峰的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，主要利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在典型壓力7.5 MPa 的高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電過程中，燃料的2/3 用于空氣壓縮，其燃料消耗可以減少1/3，所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40%，同時(shí)可以降低投資費(fèi)用、減少排放。

　　電池在設(shè)計(jì)中一般采用負(fù)極過量的辦法，氧化鎳電極全充電態(tài)時(shí)產(chǎn)生氧氣，經(jīng)過擴(kuò)散在負(fù)極重新化合成水，這樣，既保持了電池內(nèi)壓的恒定，同時(shí)亦使電解液濃度不致發(fā)生巨人變化。當(dāng)電池過放電時(shí)，電極反應(yīng)為：

　　雖然過放電時(shí)，電池總反應(yīng)的凈結(jié)果為零，但要出現(xiàn)反極現(xiàn)象。由于在正極上產(chǎn)生的氫氣會(huì)在負(fù)極上產(chǎn)生新化合，同樣也保持了體系的穩(wěn)定。

　　另外，負(fù)極活性物質(zhì)氫以氫原子態(tài)能以相當(dāng)高的密度吸附干貯氫合金中，在這樣的電極上，吸放氫反應(yīng)能平穩(wěn)地進(jìn)行，放電性能較鎘-鎳電池而言得以提高。

　　?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

　　?作為燃料電池電動(dòng)車的輔助動(dòng)力電源，與燃料電池主電源形成混合動(dòng)力，提供瞬間大功率（啟動(dòng)、爬坡、加速時(shí)）并回收剎車能量，起到重要的功率平衡作用

　　1.2.3局限性：與其他儲(chǔ)能方式相比，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能造價(jià)昂貴，除超導(dǎo)物質(zhì)本身價(jià)格偏高外，而且因維持系統(tǒng)溫度導(dǎo)致維修頻率提高所產(chǎn)生的費(fèi)用也是頗高。

　　鎳氫電池正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳(稱氧化鎳電極)，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氧化物，也稱貯氫合金(電極稱貯氫電極)，電解液為6N氫氧化鉀，在電池充放電過程中的電池反應(yīng)為：

　　電池的開路電壓為：1.2V～1.3V、因貯氫材料和制備工藝不同而有所不同。過充電時(shí)，兩極上的反應(yīng)為：

　　1.1.1.3局限性：飛輪儲(chǔ)能需要電能的持續(xù)輸入，以維持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒定。一旦斷電，飛輪儲(chǔ)能通常只能維持一兩分鐘。這也就是說，飛輪儲(chǔ)能優(yōu)勢不在于時(shí)間的長短，而是充放的快捷。

　　1.1.2.1工作原理：抽水儲(chǔ)能需要一定的地理?xiàng)l件，主要有兩個(gè)作用：一個(gè)是日調(diào)峰作用，就是在用電低谷時(shí)用電網(wǎng)的電抽水，將電能轉(zhuǎn)換成水的勢能，到用電高峰時(shí)用水發(fā)電供應(yīng)電網(wǎng)，緩解用電高峰時(shí)發(fā)電廠的壓力。二是年調(diào)節(jié)作用，即在豐水季節(jié)電能過剩時(shí)用電把水抽到高位水庫，到枯水季節(jié)時(shí)再放水發(fā)電，供應(yīng)電網(wǎng)。

　　哈爾濱巨容公司開發(fā)研制的電動(dòng)車用超級(jí)電容器組件作為電源在哈工大電動(dòng)車課題組研制的電容電動(dòng)車上進(jìn)行運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，性能良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

　　1.1.3.2優(yōu)勢：壓縮空氣儲(chǔ)能電站建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)氣庫漏氣開裂可能性極小，安全系數(shù)高，壽命長，可以冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快，效率高，主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。

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　　1.1.3.3局限性：其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制，需要占用大面積土地，且工程費(fèi)用較高。

　　1.1.1.2優(yōu)勢：飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對環(huán)境危害小，充放電快捷，能量密度大等優(yōu)點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能功率密度大于5 kW/kg，能量密度超過20 Wh/kg，效率在90%以上，循環(huán)使用壽命長達(dá)20年，工作溫區(qū)為40℃~50℃，噪聲小，無污染，維護(hù)簡單，可連續(xù)工作，積木式組合后可以實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)，輸出持續(xù)時(shí)間較長，主要用于不間斷電源（UPS）、應(yīng)急電源（EPS）、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。

　　?優(yōu)點(diǎn)：具有電容的大電流快速充放電特性，同時(shí)也有電池的儲(chǔ)能特性，在體積很小的情況下就可以達(dá)到法拉級(jí)電容量，并且重復(fù)使用壽命長，放電時(shí)利用移動(dòng)導(dǎo)體間的電子（而不依靠化學(xué)反應(yīng)）釋放電流，優(yōu)點(diǎn)：在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量；無須特別的充電電路和控制放電電路；和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù)面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；超級(jí)電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題