儲能電池的現(xiàn)狀與發(fā)展

王馨晨

[摘 要] 近年來，伴隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會用電量逐年攀升，我國電力系統(tǒng)也在不斷擴大產(chǎn)能、提高效率。但是需要注意是，在電力系統(tǒng)運行過程中會出現(xiàn)用電負荷高峰與低谷之間差值巨大，這也使得電力系統(tǒng)的調(diào)峰問題日益嚴峻，必須采用安全、科學、高效的儲能技術(shù)來滿足不同負荷需求，近幾年相關(guān)的電力儲能電池技術(shù)也得到越來越廣泛的關(guān)注。本次研究正是在這樣的背景下展開的，在介紹當前電力儲能技術(shù)的基礎(chǔ)上，簡要分析了幾種儲能電池的應用范圍，重點研究了儲能電池在電力系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀，以期為電力儲能技術(shù)的不斷發(fā)展提供理論指導。

[關(guān)鍵詞] 儲能電池 現(xiàn)狀 儲能技術(shù)

中圖分類號：TM912 文獻標志碼：A

伴隨著我國電能需求的逐年增長，國家電網(wǎng)也開始了大刀闊斧的電力系統(tǒng)改革，推進智能化電網(wǎng)建設(shè)，大力引進儲能技術(shù)，以應對電力系統(tǒng)陳舊、電能供不應求、電網(wǎng)調(diào)峰問題日益嚴峻等問題。電力儲能技術(shù)實際上并不是一項新出現(xiàn)的高新技術(shù)，如抽水蓄能技術(shù)、飛輪蓄能技術(shù)早在幾十年前便開始使用，但是由于限制條件多、效率低、響應慢等問題，無法進行大規(guī)模商業(yè)推廣。在國內(nèi)外對電力儲能技術(shù)的共同研究下，近幾年鋰電池、超導電池、壓縮空氣儲能等電力儲能技術(shù)不斷取得突破，在電網(wǎng)調(diào)峰填谷中發(fā)揮出顯著效果。本次研究將以儲能電池為重點研究對象，對其發(fā)展概況與應用現(xiàn)狀進行研究。

一、儲能電池的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）儲能技術(shù)的分類

儲能技術(shù)是電力系統(tǒng)重要技術(shù)之一，在國際上對能源保護重視程度不斷加大的背景下，包括中國在內(nèi)的世界各國都對儲能技術(shù)開展了多方面的研究。當前國際上電力系統(tǒng)所用的儲能技術(shù)較多，既有抽水蓄能、飛輪蓄能、壓縮空氣儲能等常規(guī)儲能技術(shù)，也有電化學儲能、超級電池儲能、超導儲能等儲能電池技術(shù)。目前，儲能技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用，也有些儲能電池技術(shù)尚處于實驗研究階段，下面對各類儲能技術(shù)進行介紹[1]。

①抽水蓄能技術(shù)。該技術(shù)是最早的儲能技術(shù)，在發(fā)展與應用方面比較成熟，抽水蓄能技術(shù)具有高達40年的使用壽命，其商業(yè)化推廣已有十多年時間，該儲能技術(shù)所儲存能量巨大，但是受地形限制較大。②飛輪儲能技術(shù)。該技術(shù)是在電網(wǎng)負荷低谷時將電能轉(zhuǎn)化為飛輪動能，從而實現(xiàn)儲能的目的。當前小容量的飛輪儲能技術(shù)已經(jīng)開展了商業(yè)化推廣，而大容量的飛輪儲能還在實驗論證階段。③壓縮空氣儲能技術(shù)。該儲能技術(shù)是在電網(wǎng)負荷低谷時通過壓縮空氣做功來實現(xiàn)儲能的目的，該儲能技術(shù)已經(jīng)較為成熟，具有成本低、壽命長、安全性高、效率快等優(yōu)勢，但其能量密度低，常被用于備用電源。④電化學儲能技術(shù)。電化學儲能技術(shù)所用的材料眾多，不同電化學儲能材料的性能也有較大區(qū)別，當前最常用的鉛蓄電池由于環(huán)境污染問題已被限制使用，鋰電池作為新一代電化學儲能電池，憑借壽命長、響應快等優(yōu)點，在未來的電網(wǎng)儲能中具有廣闊的應用空間。⑤超級電容儲能技術(shù)。該儲能技術(shù)是通過電容器兩個極板間電解質(zhì)產(chǎn)生定向移動的電場來實現(xiàn)儲能目的，該儲能技術(shù)具有使用壽命長、充放電功率大等優(yōu)點，但是使用成本較高、能量密度低，因而在現(xiàn)階段的大規(guī)模推廣中存在難度。⑥超導儲能技術(shù)。該儲能技術(shù)是通過超導線圈儲存電能來實現(xiàn)儲能目的，其轉(zhuǎn)換效率高、響應時間塊且功率密度大，但是造價昂貴，難以商業(yè)化推廣。⑦熔融鹽蓄熱儲能技術(shù)。該儲能技術(shù)多是配合太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)使用，受自然條件的影響較大，因而應用前景不明朗[2]。

（二）儲能電池的發(fā)展概況

根據(jù)以上介紹，可以發(fā)現(xiàn)當前電力儲能技術(shù)種類眾多。按照儲能原理來分類，可以將其分為電磁儲能、機械儲能、熱力儲能以及電化學儲能四類。其中，機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、飛輪蓄能三種；電磁儲能主要包括超導電池儲能、超級電容儲能兩種；熱力儲能有熔融鹽蓄熱儲能一種；電化學儲能則包括鋰電池、全釩液流電池、新型鉛酸電池三種。不同儲能電池的應用范圍有著一定差異，以電化學儲能電池以及超導儲能電池為例，鋰電池的應用范圍最廣，與全釩液流電池一樣多用于備用電源、削峰填谷；超導電池多用于不間斷電源、抑制振蕩。除了以上儲能電池外，美國麻省理工大學還提出了一種液態(tài)金屬電池技術(shù)，該儲能技術(shù)具有壽命長、承載能力強、成本低廉、潔凈環(huán)保等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

二、儲能電池在電力系統(tǒng)中的應用分析

（一）儲能電池在電力系統(tǒng)中的具體作用

近幾年，伴隨著風力、水力、太陽能等新能源發(fā)電并網(wǎng)，也加重了電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)度壓力，對儲能電池的廣泛應用迫在眉睫。在電力系統(tǒng)中，儲能電池的作用主要包括以下四點。①平抑波動：儲能電池能夠根據(jù)電力系統(tǒng)中的用戶需求，快速進入充電或放電狀態(tài)，充分滿足社會生活與工業(yè)生產(chǎn)中的電力需求，緩解電網(wǎng)負荷波峰、新能源電力波動所帶來的電能供應不穩(wěn)定。②削峰填谷：電力負荷受用戶需求的影響而呈現(xiàn)顯著的峰谷特征，儲能電池能夠在負荷高峰時釋放電能、負荷低谷時儲存電能，從而實現(xiàn)削峰填谷的目標。③提高電能質(zhì)量：儲能電池能夠通過削峰填谷、平抑波動提升電能質(zhì)量，保證供電的穩(wěn)定性與可靠性。④延緩電網(wǎng)升級改造：儲能電池在提高電能質(zhì)量的同時，降低電網(wǎng)系統(tǒng)損耗，延長電氣設(shè)備使用壽命，從而節(jié)約電網(wǎng)的升級改造成本[3]。

（二）儲能電池在電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)作用分析

當前儲能電池在實際應用中多是在新能源發(fā)電領(lǐng)域，典型的發(fā)電方式包括風力發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物發(fā)電等，該發(fā)電方式的電能輸出具有隨機性、波動性等特點，這也將極大影響到電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，而儲能電池系統(tǒng)的引入正是為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當電網(wǎng)符合出現(xiàn)波動時，儲能系統(tǒng)能夠快速響應保證功率平衡，對于新能源發(fā)電所帶來的隨機性波動，大量的儲能電池也能夠解決功率波動問題。不同電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用也存在差異，有的電網(wǎng)系統(tǒng)可以保證電網(wǎng)功率、電壓和頻率都趨于穩(wěn)定，而獨立電網(wǎng)只能保證電網(wǎng)功率的平衡或電壓的穩(wěn)定。

（三）不同種類儲能電池的差異分析

經(jīng)過多年的發(fā)展，當前儲能電池的種類也越來越多，下面將分別介紹三種具有顯著特征的儲能電池。首先，是當前電力系統(tǒng)中廣泛使用的鋰電池，其具有效率高、充放電功率大、壽命長等優(yōu)勢，但是快速充放電具有安全隱患，且廢棄電池難以回收利用。其次，是由傳統(tǒng)鉛酸電池與超級電容器合二為一的鉛炭電池，具有功率大、壽命長，但是其充放電倍率與鋰電池仍然存在差距，且放電深度不能過大。另外，還有液態(tài)金屬電池，全液態(tài)結(jié)構(gòu)使該電池具有響應速度塊、效率高、性能穩(wěn)定、壽命長、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)勢，但是目前技術(shù)還未成熟，尚處

于試驗論證階段[4]。

三、結(jié)語

在智能電網(wǎng)建設(shè)背景下，儲能電池已成為保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運行的關(guān)鍵性技術(shù)，在削峰填谷、平抑波動、提升供電質(zhì)量、延緩電網(wǎng)升級改造方面發(fā)揮著重要作用。當前鋰電池已經(jīng)在電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中得到廣泛應用，超導電池、鉛炭電池、金屬液態(tài)電池等新技術(shù)則在試驗推廣階段，儲能電池的推廣應用也將會極大地提升電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]牟初夫，王禮茂，屈秋實，等.主要新能源發(fā)電替代減排的研究綜述[J].資源科學，2017（12）：2323- 2334.

[2]楊水麗，李建林，李蓓，等.電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻的優(yōu)勢分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2013，29（2）：43- 47.

[3]李欣然，鄧濤，黃際元，等.儲能電池參與電網(wǎng)快速調(diào)頻的自適應控制策略[J].高電壓技術(shù)，2017，43（7）：62- 69.

[4]葉季蕾，薛金花，陶瓊，等.面向電力系統(tǒng)應用的儲能技術(shù)/經(jīng)濟性分析研究[J].電氣應用，2017（16）：20- 28.