新能源发电中电化学储能技术的发展与应用分析
吴雪翚，曾馨洁，胡馨月
【摘 要】摘要：新能源大多是间歇性能源，具有很强的随机性，在其大规模并网或者孤岛运行时，功率波动轻则会影响电能质量，重则引发大面积的电力故障，因此需要储能系统来改善新能源发电的电能质量。本文分析了储能技术在新能源发电系统中的作用价值，较为全面地介绍了电化学储能中的铅酸蓄电池储能、钠硫电池储能、锂离子电池及全钒液流电池等技术的研究和应用现状，最后根据新能源发电的特点，指出了电化学储能技术的发展趋势。 【期刊名称】中国设备工程 【年(卷),期】2018(000)021 【总页数】3
【关键词】新能源发电；电化学储能；电池储能；应用
目前能源危机席卷全球，且随着社会的进步，对于环境保护的关注也愈来愈多，传统化石能源的污染性和不可再生性问题已得到了广泛的关注。在此背景下，新能源发电技术以其自身优势得到了长足的重视和发展，由其所构成的微电网，也可以很好地分散电力负荷的需求，提高大电网的可靠性，因此开发新能源成为各国普遍的课题项目。由于风能和太阳能受天气状况的影响较大，导致新能源发电的输出功率不连续并且也不稳定，因此为平抑此类型功率的波动，须在其输出端配置储能装置。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。
1 储能技术在新能源发电中的作用
1.1 提高电能质量
新能源发电并网运行，须达到电网对电能质量的要求，可通过控制并网逆变器来改变微电网输送至电网的有功和无功，提高电能质量。在孤岛运行下，新能源发电功率的输出受天气变化的影响很明显，波动较大，储能装置可平抑功率波动，维持母线电压的稳定，解决诸如电压暂降等电能质量问题。 1.2 短时供电
当前能源危机日益加重，全球多次出现大范围的电力短缺的现象，大范围停电对生产和生活会产生极为恶劣的影响。在并网运行时，当电网发生事故，新能源发电可断开与电网的连接，进入孤岛运行模式，但是这中间往往存在一定的功率缺损，通过控制储能系统的双向功率变换器，可以利用储能装置，很好地填补这些缺损，实现并网模式到孤岛运行的平滑切换。此外，由于新能源发电受天气的影响很大，储能系统可在无风无光或弱风弱光的极端天气来供电，维持负荷的正常运转。 1.3 电力调峰
负荷量始终是波动变化的，现阶段电能生产和消费的策略是即发即用，这样易导致为满足峰值需求而过多安装发电机组，造成不必要的浪费。储能系统可有效解决此问题，在负荷低落时吸收多余的电能，在负荷高峰时释放电能，达到削峰填谷的效果。
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，
新能源发电中电化学储能技术的发展与应用分析
