电化学储能在新能源发电侧的应用分析

赵博超 何聚彬

摘 要：新能源几乎都是间歇性能源，有很大的随机性。当它们接入电网或在孤岛运作时，电能波动会降低电能质量，严重会导致大规模的停电，所以新能源发电的电能质量就要依靠储能系统来提高。本文对能量存储技术在新能源发电系统中的价值进行分析，并详细介绍电化学储能技术的发展势头。

关键词：新能源;应用分析;电化学储能;发电侧

传统化石能源的污染和不可再生问题备受关注。在这种情况下，新能源发电技术因其自身的特点和优势受到了重视和得以发展。所以发展新能源已变为各国的共同目标。由于风能和太阳能更受天气条件的影响，引发不连续和不稳定的功率输出，能源存储设备必须安装在风能和太阳能发电系统的输出端，以减少这种类型的功率的波动。当下新能源发电很重要的组成部分就是储能系统，他有巨大的作用，未来发展前景十分良好，对电网供应电的品质、电网供电的稳定性和可靠性都有很好的改善。储能技术是电能和其他能源转化利用的重要环节。它承担的任务是提高电能的质量，调节电力的峰值负载，提高系统的稳定，是一个低投资和有效节能的举措。

一、储能技术在新能源发电中的作用

（一）提升电能质量

为了满足电网对电能质量的需求，可以调控并网逆变器来使微电网传输的有功和无功发生变化。在孤岛运行中，在天气情况影响下新能源发电功率的输出波动很大。该储能装置可以抑制功率波动，保持母线电压平稳，改善电压暂降等电能质量问题。

（二）短时供电

当目能源危机越来越严重。世界各地發生大规模的电力短缺。大规模停电使生产和日常生活都受到影响。并网运行时，当有意外发生时，新能源就能与电网分开，变成孤岛运作模式。然而，中间经常会有功率的损失。操控系统中的双向功率改变器就能对出现的这些问题进行改善。

（三）电力调峰

负荷总是波动的，在这个阶段的电力生产和消费策略是即时的，这很容易引起高峰需求进而装置更多的发电机，导致很大的浪费。储能系统能很好地改善这一问题，当负荷低时吸收多余能量，高负荷时峰值能量释放，达到调峰的效果。

二、 电化学储能技术的前景和现状

因为储能技术的高度战略地位，近几年全世界都在加大对储能技术研究政策的力度，其中电化学储能技术收到的重视最大。 2009年美国拨出资金用于新一代电动汽车和能源蓄电池的研制生产，并在近十年内实行优惠税收减免，因为大规模蓄电系统在形势良好的背景下，美国能源蓄电市场一直平稳上升，由此可见，大量轻型电动汽车的普及将减少我们对石油的依赖;，日本政府大力支持高性能蓄电池企业。 2009年，日本新能源和工业技术综合开发机构也启动了一个特别项目，重点是锂电池和钠硫电池等能源蓄电池的基础研究。 韩国和西欧发达国家也有相应的政策支持，例如税收优惠和财政专项拨款，用于研究高性能能源储存技术，特别是锂离子电池。

（一）铅酸蓄电池

铅酸电池以二氧化铅，铅组成电极，水和硫酸为电池的传导介质，充放电时氧化还原，在电池内部形成电流，这一过程是可逆的。铅酸电池是目前应用最广泛的电池存储设备之一，应用于电动汽车和储能系统中，其制造技术成熟，可以满足大批量生产的需求，但体积大，充电和放电的电流不应剧烈波动，温度合适性能不高，会污染环境，由于当前全球追求可持续发展，铅酸电池将日益被其他高性能电池所替代。

（二）钠硫电池

钠硫电池系统以钠，硫电池的电极，氧化铝陶瓷为传导的介质，为了确保钠和硫是在融溶的情况下，就需要在高温下工作。 钠硫电池的特点有能量密度很高、使用的寿命相对长、工作效率较高等优势，是一种极具发展潜力的电池，在未来可以得到广泛的应用。钠硫蓄电池储能可以起到电网调峰的作用，降低发电机组的容量配置，增加经济收益。 目前，日本 ngk 公司是钠硫电池领域具有里程碑意义的组织， 处于世界领先地位。在我国国家电网公司和中国科学院上海硅酸盐研究所共同研制的钠硫电池填补了我国钠硫电池技术的空白，具有一定的应用价值。

（三）锂离子电池

锂离子电池是近年来兴起的一种高能量蓄电池，它充电的效率比一般电池高、能量密相对较大，特点和优势明显，所以具有很好的市场前景。它通常是由以锂为正极，碳为负极的材料制成的。它依赖于锂离子在正电极和负电极之间的运动来工作。充放电内部发生的反应是氧化还原房银，这种电池的特点是体积小、质量很轻、能量密度比较高、使用寿命相对长的特点，可以在短时间内保证大功率的输送，锂离子电池由于其优良的性能，在储能领域有着良好的前景。

（四）全钒液流电池

液流电池是一种新型电池。 阳极和阴极电解质分离并分开循环。 电解质溶液流过电极表面，产生电化学反应，导电流通过电极板。 在各种液流电池中，全钒液流电池以其效率高、容量结构灵活、寿命长等优点变为当下研究热点。 然而，我国对整个钒流体流动池的研究还处于试验阶段，与发达国家有很大的差距。 和别的储能方式不同，这种电池拥有放电无损、循环寿命长等特点和优势，可用于新能源发电系统的储能，但因其密度低，工作温度范围小，制约了它的发展。

三、电化学储能技术的研究趋势

（一）储能系统的容量配置方法

因为电化学储能技术能有效地改善微电网中新能源发电系统的功率波动问题，其功率波动精度和系统经济指标直接关系到储能装置的容量分配，所以要对其进行进一步探究，让这个系统的抗干扰性能增强，确保储能装置容量最小。 在文献中，以负荷缺电率和能量溢出率为评价指标，建立了光伏组件容量与蓄能电池容量之间的最优关系。

（二）研发新型高效、低成本的储能技术

当前铅酸蓄电池由于其价格的优势仍然是占用率最高的能源储存单元，但也存在许多缺陷。 储能技术在新能源发电中应用困难的一方面是成本高。 所以使用寿命，降低成本是蓄能技术发展的一个重大目标。储能和释放能量的速度是提升新能源发电系统稳定性的关键。

（三）电池储能系统的高效能量管理策略

对蓄电池储能系统进行有效的能量管理可以提升新能源的供电可靠性。 所以进一步研究蓄能系统的能量管理策略具有很重大意义。

四、结束语

当前，世界正处于前所未有的能源危机之中，社会的不断进步，环境保护越来越受到人们的重视。 传统化石能源的污染和不可再生性也备受关注。 在这种情况下，新能源发电技术因其自身的特点和优势受到了重视和得以发展。发展新能源已变为各国的共同目标。电力的储能和利用是能量转换发电的关键环节，对于提升新能源发电的质量、电力负荷、增强系统稳定性、解决电力生产与消费同步问题，实现其在时间和空间上的转换起作用。电化学储能系统将在新能源发电中得到更广泛的运用。储能技术是电能和其他能源转化利用的重要环节。它承担的任务是提高电能的质量，调节电力的峰值负载，提高系统的稳定，是一个低投资和有效节能的举措。

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