储能电池的现状与发展

王馨晨

[摘 要] 近年来，伴随着我国社会经济的高速发展，社会用电量逐年攀升，我国电力系统也在不断扩大产能、提高效率。但是需要注意是，在电力系统运行过程中会出现用电负荷高峰与低谷之间差值巨大，这也使得电力系统的调峰问题日益严峻，必须采用安全、科学、高效的储能技术来满足不同负荷需求，近几年相关的电力储能电池技术也得到越来越广泛的关注。本次研究正是在这样的背景下展开的，在介绍当前电力储能技术的基础上，简要分析了几种储能电池的应用范围，重点研究了储能电池在电力系统中的应用现状，以期为电力储能技术的不断发展提供理论指导。

[关键词] 储能电池 现状 储能技术

中图分类号：TM912 文献标志码：A

伴随着我国电能需求的逐年增长，国家电网也开始了大刀阔斧的电力系统改革，推进智能化电网建设，大力引进储能技术，以应对电力系统陈旧、电能供不应求、电网调峰问题日益严峻等问题。电力储能技术实际上并不是一项新出现的高新技术，如抽水蓄能技术、飞轮蓄能技术早在几十年前便开始使用，但是由于限制条件多、效率低、响应慢等问题，无法进行大规模商业推广。在国内外对电力储能技术的共同研究下，近几年锂电池、超导电池、压缩空气储能等电力储能技术不断取得突破，在电网调峰填谷中发挥出显著效果。本次研究将以储能电池为重点研究对象，对其发展概况与应用现状进行研究。

一、储能电池的发展现状

（一）储能技术的分类

储能技术是电力系统重要技术之一，在国际上对能源保护重视程度不断加大的背景下，包括中国在内的世界各国都对储能技术开展了多方面的研究。当前国际上电力系统所用的储能技术较多，既有抽水蓄能、飞轮蓄能、压缩空气储能等常规储能技术，也有电化学储能、超级电池储能、超导储能等储能电池技术。目前，储能技术已经在电力系统中得到广泛应用，也有些储能电池技术尚处于实验研究阶段，下面对各类储能技术进行介绍[1]。

①抽水蓄能技术。该技术是最早的储能技术，在发展与应用方面比较成熟，抽水蓄能技术具有高达40年的使用寿命，其商业化推广已有十多年时间，该储能技术所储存能量巨大，但是受地形限制较大。②飞轮储能技术。该技术是在电网负荷低谷时将电能转化为飞轮动能，从而实现储能的目的。当前小容量的飞轮储能技术已经开展了商业化推广，而大容量的飞轮储能还在实验论证阶段。③压缩空气储能技术。该储能技术是在电网负荷低谷时通过压缩空气做功来实现储能的目的，该储能技术已经较为成熟，具有成本低、寿命长、安全性高、效率快等优势，但其能量密度低，常被用于备用电源。④电化学储能技术。电化学储能技术所用的材料众多，不同电化学储能材料的性能也有较大区别，当前最常用的铅蓄电池由于环境污染问题已被限制使用，锂电池作为新一代电化学储能电池，凭借寿命长、响应快等优点，在未来的电网储能中具有广阔的应用空间。⑤超级电容储能技术。该储能技术是通过电容器两个极板间电解质产生定向移动的电场来实现储能目的，该储能技术具有使用寿命长、充放电功率大等优点，但是使用成本较高、能量密度低，因而在现阶段的大规模推广中存在难度。⑥超导储能技术。该储能技术是通过超导线圈储存电能来实现储能目的，其转换效率高、响应时间块且功率密度大，但是造价昂贵，难以商业化推广。⑦熔融盐蓄热储能技术。该储能技术多是配合太阳能热发电系统使用，受自然条件的影响较大，因而应用前景不明朗[2]。

（二）储能电池的发展概况

根据以上介绍，可以发现当前电力储能技术种类众多。按照储能原理来分类，可以将其分为电磁储能、机械储能、热力储能以及电化学储能四类。其中，机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能三种；电磁储能主要包括超导电池储能、超级电容储能两种；热力储能有熔融盐蓄热储能一种；电化学储能则包括锂电池、全钒液流电池、新型铅酸电池三种。不同储能电池的应用范围有着一定差异，以电化学储能电池以及超导储能电池为例，锂电池的应用范围最广，与全钒液流电池一样多用于备用电源、削峰填谷；超导电池多用于不间断电源、抑制振荡。除了以上储能电池外，美国麻省理工大学还提出了一种液态金属电池技术，该储能技术具有寿命长、承载能力强、成本低廉、洁净环保等优点，具有广阔的应用前景。

二、储能电池在电力系统中的应用分析

（一）储能电池在电力系统中的具体作用

近几年，伴随着风力、水力、太阳能等新能源发电并网，也加重了电网系统的调度压力，对储能电池的广泛应用迫在眉睫。在电力系统中，储能电池的作用主要包括以下四点。①平抑波动：储能电池能够根据电力系统中的用户需求，快速进入充电或放电状态，充分满足社会生活与工业生产中的电力需求，缓解电网负荷波峰、新能源电力波动所带来的电能供应不稳定。②削峰填谷：电力负荷受用户需求的影响而呈现显著的峰谷特征，储能电池能够在负荷高峰时释放电能、负荷低谷时储存电能，从而实现削峰填谷的目标。③提高电能质量：储能电池能够通过削峰填谷、平抑波动提升电能质量，保证供电的稳定性与可靠性。④延缓电网升级改造：储能电池在提高电能质量的同时，降低电网系统损耗，延长电气设备使用寿命，从而节约电网的升级改造成本[3]。

（二）储能电池在电网中的调节作用分析

當前储能电池在实际应用中多是在新能源发电领域，典型的发电方式包括风力发电、水力发电、光伏发电、生物发电等，该发电方式的电能输出具有随机性、波动性等特点，这也将极大影响到电力系统的安全性与稳定性，而储能电池系统的引入正是为了保证电网系统的稳定性。当电网符合出现波动时，储能系统能够快速响应保证功率平衡，对于新能源发电所带来的随机性波动，大量的储能电池也能够解决功率波动问题。不同电网中储能电池系统的调节作用也存在差异，有的电网系统可以保证电网功率、电压和频率都趋于稳定，而独立电网只能保证电网功率的平衡或电压的稳定。

（三）不同种类储能电池的差异分析

经过多年的发展，当前储能电池的种类也越来越多，下面将分别介绍三种具有显著特征的储能电池。首先，是当前电力系统中广泛使用的锂电池，其具有效率高、充放电功率大、寿命长等优势，但是快速充放电具有安全隐患，且废弃电池难以回收利用。其次，是由传统铅酸电池与超级电容器合二为一的铅炭电池，具有功率大、寿命长，但是其充放电倍率与锂电池仍然存在差距，且放电深度不能过大。另外，还有液态金属电池，全液态结构使该电池具有响应速度块、效率高、性能稳定、寿命长、经济环保等优势，但是目前技术还未成熟，尚处

于试验论证阶段[4]。

三、结语

在智能电网建设背景下，储能电池已成为保证电网安全、稳定、高效运行的关键性技术，在削峰填谷、平抑波动、提升供电质量、延缓电网升级改造方面发挥着重要作用。当前锂电池已经在电网储能系统中得到广泛应用，超导电池、铅炭电池、金属液态电池等新技术则在试验推广阶段，储能电池的推广应用也将会极大地提升电网系统的安全性与稳定性。

参考文献：

[1]牟初夫，王礼茂，屈秋实，等.主要新能源发电替代减排的研究综述[J].资源科学，2017（12）：2323- 2334.

[2]杨水丽，李建林，李蓓，等.电池储能系统参与电网调频的优势分析[J].电网与清洁能源，2013，29（2）：43- 47.

[3]李欣然，邓涛，黄际元，等.储能电池参与电网快速调频的自适应控制策略[J].高电压技术，2017，43（7）：62- 69.

[4]叶季蕾，薛金花，陶琼，等.面向电力系统应用的储能技术/经济性分析研究[J].电气应用，2017（16）：20- 28.