摘要：随着可再生能源发电比例的不断提高，发电的波动性、间歇性和不可准确预测性给现有电力系统运行带来了巨大挑战。储能是提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力的有效技术，电池储能因其独特的性能已成为优先发展方向之一。储能技术的应用贯穿电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节，可以缓解高峰负荷供电需求，提高现有电网设备的利用率和电网的运行效果，使大规模可再生能源发电可靠地并入常规电网。基于此，本文主要对新能源发电中电化学储能技术的发展与应用进行分析探讨。
关键词：新能源发电；电化学储能技术；发展；应用分析
1、前言
储能系统是新能源发电中必不可少的部分，发挥了至关重要的作用，有非常大的市场前景，对电网的电能质量、电网稳定性以及供电可靠性都有很大的提升。储能技术是电能与其他形式能源转换和利用的关键环节，承担着提高新能源发电的电能质量、电力调峰、增强系统稳定性等重任，可破解电能在生产和消费间的同步性难题，实现其在时间和空间上的可平移性，是一种投资少、又能有效应用可再生能源的节能措施。
2、电化学储能技术的发展与应用现状
根据电能储存形态的不同，储能技术基本可分为电化学储能、机械储能、电磁储能和热力储能这4大类别。其中，电化学储能包括铅酸、钠硫、锂离子和液流等电池储能；机械储能包含抽水蓄能、飞轮储能和压缩空气储能；电磁储能包括超级电容器储能和超导磁储能；热力储能包含熔盐储能和相变储能。
由于储能技术的战略地位较高，近年来世界各国不断加大对储能技术研究的政策支持，其中以电化学储能技术最受重视。美国于2009年拨巨款资助新一代环保电动汽车和储能电池的研发和制造，且还将在近十年给予大规模储能系统减免税收的优惠，在良好形势的背景下，美国的储能市场稳步增长，可以预见，在不久的将来，大量轻型电动汽车的普及将使得美国对于石油的依赖程度降低；日本政府在高性能电池方面给予企业大力扶持，且日本新能源与产业技术综合开发机构（NEDO）还于2009年开展了专注于锂电池、钠硫电池等储能电池的基础研究的专项课题；韩国和西欧发达国家也实施了相应的政策支持，如税收优惠和财政专项拨款，用于高性能储能技术，尤其是锂离子电池的研究。
2.1 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池以二氧化铅作为正电极，铅为负电极，中间介质是水和硫酸，在充放电时发生氧化还原反应，于电池内部形成电流，过程是可逆的。铅酸蓄电池是目前运用最多的电池储能装置之一，广泛运用于电动车及新能源发电的储能系统，其制造技术成熟，可大规模生产，但是体积较大，充放电的电流不宜剧烈波动，温度适应性不高，环境污染大，由于目前全球对于可持续发展的追求，铅酸蓄电池将会逐渐被其它高性能的电池所取代。铅酸蓄电池可以提供从kW到MW级别的电功率，效率可达70%以上，价格便宜，但其反应过程中会在极板表面逐渐累积硫酸铅，这会降低其循环寿命，且在充电过程中有产生氢气的可能，潜伏着爆炸的危险，制约了铅酸电池的发展。研究表明，应当避免蓄电池的充电电流过小，否则不利于其内部所需发生的化学反应。在铅酸蓄电池经历放电周期后，保证蓄电池的充电充足，有利于蓄电池的保养，否则会导致电池内部硫酸的盐化，缩短蓄电池的寿命。
2.2 钠硫电池
钠硫电池系统以钠为阳极，硫为阴极，β-氧化铝陶瓷为电解质，为保证钠和硫处于熔融状态，其需在高温（300～350℃）下工作。钠硫电池具有很多优异的性能，如能量密度很大、循环寿命长、系统效率高，是目前很有潜力的一种电池，在未来可被大规模普及。但其也有一些缺点，如在工作时需要高温环境，存在一定的安全隐患；且为防止熔融活性物质流过密封材料，造成电池短路，对材料的要求也较高；成本较高，大范围运用还有待时日。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钠硫电池储能可在电网中承担削峰填谷的作用，可减少发电机组的容量配置，提高经济效益。目前日本NGK公司是钠硫电池领域的标志性机构，处于国际领先地位，已在全球多地实现钠硫电池储能系统的商业性应用。在国内，国家电网公司和中科院上海硅酸盐研究所合作研发的钠硫电池填补了我国该领域技术的空白，目前已得到一定应用。文献提出，针对负荷侧钠硫电池储能电站的优化调度策略，可在满足负荷可靠供电的同时，平抑新能源发电的大幅度功率波动。通过建立含钠硫电池储能的微电网系统经济运行优化模型，提高了系统的经济效益。
2.3 锂离子电池
锂离子电池是近年兴起的高能量储能电池，兼具高充电效率和高能量密度的特点，目前广泛应用于电动交通工具的储能系统中，极具发展潜力。其通常由含锂元素的材料作为正极，碳为负极，依靠锂离子在正负极间的移动来工作，内部于充放电过程中发生氧化还原反应。锂离子电池拥有很多优点，其体积小、重量轻、能量密度大、寿命长，可提供短时大输出功率，但由于在过冲、短路、冲压、穿刺等滥用条件下极易发生爆炸，安全性是其最大的缺点。
由于具有良好的性能，锂离子电池在储能领域有着很好的应用前景。文献提出一种高效的基于锂离子电池储能的并网能量管理系统，可估计每个单体电池的剩余电量，保证电池内部多模块的功率均分，并提高电能质量。文献提出一种基于锂离子电池系统剩余电量的改进型无功功率下垂控制策略，当风力发电功率和负荷变化时，电池储能系统可以快速跟踪并补偿功率差，保持系统电压和频率的稳定。
2.4 全钒液流电池
液流电池是一种新型蓄电池，正负极电解液分开，各自循环，电解质溶液流经电极表面并发生电化学反应，通过电极板传导电流。在多种液流电池中，全钒液流电池以其效率高、容量配置选择灵活、寿命长等优点逐渐成为研究热点。目前全钒液流电池储能已在欧美日多国实现商业化运行，用于电网调峰；而国内的全钒液流电池研究尚处于试验和示范阶段，与发达国家还有一定的差距。
与其他储能方式对比，全钒液流电池拥有可超深度
放电而不导致电池损伤、使用寿命长等特点，可用于新能源发电的储能系统，发挥电网调峰、UPS的作用，但同时其能量密度较低和工作温度范围较小，制约着其在储能领域的进一步发展。文献通过对影响全钒液流电池系统效率内因、外因的定性定量分析，指出在其规模化应用时，高电流密度充放电下的过电势对系统能量效率的影响极大，且应根据不同情况恰当地选取充放电模式。
3、结语
随着可再生能源的飞速发展，储能系统在提升电网接纳可再生能源并网、提高电网安全可靠运行能力、改善电能质量等诸多方面作用显著。针对储能技术在智能电网建设和可再生能源发电普及应用对储能系统的重大技术需求，应从国家层面电池储能系统核心技术进行立项研究，对不同接入点多种形态的储能进行统筹控制和协调调度，并对储能在电网中的布点和选型进行优化，实现不同点多类型储能的综合利用。从电力系统规划和运行角度，进行储能建模、选址、配置和调度方法等方面的研究。
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论文作者:李鹏宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/29
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