儲能電池的現狀與發展

王馨晨

[摘 要] 近年來，伴隨著我國社會經濟的高速發展，社會用電量逐年攀升，我國電力系統也在不斷擴大產能、提高效率。但是需要注意是，在電力系統運行過程中會出現用電負荷高峰與低谷之間差值巨大，這也使得電力系統的調峰問題日益嚴峻，必須采用安全、科學、高效的儲能技術來滿足不同負荷需求，近幾年相關的電力儲能電池技術也得到越來越廣泛的關注。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的基礎上，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中的應用現狀，以期為電力儲能技術的不斷發展提供理論指導。

[關鍵詞] 儲能電池 現狀 儲能技術

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，國家電網也開始了大刀闊斧的電力系統改革，推進智能化電網建設，大力引進儲能技術，以應對電力系統陳舊、電能供不應求、電網調峰問題日益嚴峻等問題。電力儲能技術實際上并不是一項新出現的高新技術，如抽水蓄能技術、飛輪蓄能技術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，無法進行大規模商業推廣。在國內外對電力儲能技術的共同研究下，近幾年鋰電池、超導電池、壓縮空氣儲能等電力儲能技術不斷取得突破，在電網調峰填谷中發揮出顯著效果。本次研究將以儲能電池為重點研究對象，對其發展概況與應用現狀進行研究。

一、儲能電池的發展現狀

（一）儲能技術的分類

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

①抽水蓄能技術。該技術是最早的儲能技術，在發展與應用方面比較成熟，抽水蓄能技術具有高達40年的使用壽命，其商業化推廣已有十多年時間，該儲能技術所儲存能量巨大，但是受地形限制較大。②飛輪儲能技術。該技術是在電網負荷低谷時將電能轉化為飛輪動能，從而實現儲能的目的。當前小容量的飛輪儲能技術已經開展了商業化推廣，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。該儲能技術是在電網負荷低谷時通過壓縮空氣做功來實現儲能的目的，該儲能技術已經較為成熟，具有成本低、壽命長、安全性高、效率快等優勢，但其能量密度低，常被用于備用電源。④電化學儲能技術。電化學儲能技術所用的材料眾多，不同電化學儲能材料的性能也有較大區別，當前最常用的鉛蓄電池由于環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、響應快等優點，在未來的電網儲能中具有廣闊的應用空間。⑤超級電容儲能技術。該儲能技術是通過電容器兩個極板間電解質產生定向移動的電場來實現儲能目的，該儲能技術具有使用壽命長、充放電功率大等優點，但是使用成本較高、能量密度低，因而在現階段的大規模推廣中存在難度。⑥超導儲能技術。該儲能技術是通過超導線圈儲存電能來實現儲能目的，其轉換效率高、響應時間塊且功率密度大，但是造價昂貴，難以商業化推廣。⑦熔融鹽蓄熱儲能技術。該儲能技術多是配合太陽能熱發電系統使用，受自然條件的影響較大，因而應用前景不明朗[2]。

（二）儲能電池的發展概況

根據以上介紹，可以發現當前電力儲能技術種類眾多。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金屬電池技術，該儲能技術具有壽命長、承載能力強、成本低廉、潔凈環保等優點，具有廣闊的應用前景。

二、儲能電池在電力系統中的應用分析

（一）儲能電池在電力系統中的具體作用

近幾年，伴隨著風力、水力、太陽能等新能源發電并網，也加重了電網系統的調度壓力，對儲能電池的廣泛應用迫在眉睫。在電力系統中，儲能電池的作用主要包括以下四點。①平抑波動：儲能電池能夠根據電力系統中的用戶需求，快速進入充電或放電狀態，充分滿足社會生活與工業生產中的電力需求，緩解電網負荷波峰、新能源電力波動所帶來的電能供應不穩定。②削峰填谷：電力負荷受用戶需求的影響而呈現顯著的峰谷特征，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，從而實現削峰填谷的目標。③提高電能質量：儲能電池能夠通過削峰填谷、平抑波動提升電能質量，保證供電的穩定性與可靠性。④延緩電網升級改造：儲能電池在提高電能質量的同時，降低電網系統損耗，延長電氣設備使用壽命，從而節約電網的升級改造成本[3]。

（二）儲能電池在電網中的調節作用分析

當前儲能電池在實際應用中多是在新能源發電領域，典型的發電方式包括風力發電、水力發電、光伏發電、生物發電等，該發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的安全性與穩定性，而儲能電池系統的引入正是為了保證電網系統的穩定性。當電網符合出現波動時，儲能系統能夠快速響應保證功率平衡，對于新能源發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。不同電網中儲能電池系統的調節作用也存在差異，有的電網系統可以保證電網功率、電壓和頻率都趨于穩定，而獨立電網只能保證電網功率的平衡或電壓的穩定。

（三）不同種類儲能電池的差異分析

經過多年的發展，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，還有液態金屬電池，全液態結構使該電池具有響應速度塊、效率高、性能穩定、壽命長、經濟環保等優勢，但是目前技術還未成熟，尚處

于試驗論證階段[4]。

三、結語

在智能電網建設背景下，儲能電池已成為保證電網安全、穩定、高效運行的關鍵性技術，在削峰填谷、平抑波動、提升供電質量、延緩電網升級改造方面發揮著重要作用。當前鋰電池已經在電網儲能系統中得到廣泛應用，超導電池、鉛炭電池、金屬液態電池等新技術則在試驗推廣階段，儲能電池的推廣應用也將會極大地提升電網系統的安全性與穩定性。

參考文獻：

[1]牟初夫，王禮茂，屈秋實，等.主要新能源發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.電池儲能系統參與電網調頻的優勢分析[J].電網與清潔能源，2013，29（2）：43- 47.

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

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