電化學儲能在電力系統中的研究進展

胡振威 尚磊

摘 要：當前，我國乃至世界均處在能源變革的時代，未來世界能源結構體系必將是清潔低碳、綠色高效的。新能源并網發電技術以風電和光伏最為成熟，但棄風棄光現象在我國“三北”地區較為頻繁。電化學儲能技術的發展對解決這一問題有良好表現。電化學儲能技術在電力系統中具有削峰填谷、一次調頻、改善電能質量等作用，對電力系統的安全性、穩定性、靈活性提供了保障，因此，電化學儲能電站在電力系統的實際運用中至關重要，在今天研究電化學儲能技術的發展情況也相當具有意義。

關鍵詞：電化學儲能技術;削峰填谷;一次調頻

最近幾年來，國家能源局、國家發改委和國家電網等其他相關部門一直在關注著電能儲存技術的研究和發展狀況。可直到今天也沒有一種完善的儲能技術，但是經過科學家不懈努力，一些較為成熟的電化學儲能技術已經發揮著重要作用。

1儲能技術分類

廣義的儲能技術，根據不同能量類型，可分為四大類別：

（1）一次能源的存儲，如煤、石油、天然氣等;

（2）二次能源的存儲，如氫、煤氣、合成天然氣等

（3）電能存儲，如電化學儲能、機械儲能、電磁儲能等

（4）后消費能量存儲，如蓄熱、蓄冷等。

2電化學儲能技術

電化學儲能技術主要是利用化學元素作儲能介質，通過元素之間的化學反應從而實現充放電過程的一類儲能技術。目前就電池儲能技術而言，鋰離子和液流電池儲存電能的技術在電力系統的實際應用當中，比其他電化學儲能的應用較為廣泛。

2.1鋰離子電池儲能

鋰離子電池作為一種二次電池，是目前最具發展前景和發展最快的高效化學儲能電源，電池的電極材料和電解質材料的性能和結構對鋰離子電池的性能有決定性影響鋰離子電池由正極、負極、電解液、隔膜等多部分組成，電池正極和負極均采用的是可供鋰離子能夠自由脫嵌的物質。在充電的時候，電池正極材料發生反應，使得其中的正離子從材料脫離后，迅速遷移到對應的負極;在放電的時候，電池負極材料中的鋰會主動失去一個電子變成正離子，遷移到對應的正極，從而在這過程中實現轉換和儲存能量的功能。從性能上分析鋰離子電池，有很多優點，主要包括：電池的工作電壓高;高能量密度;自放電系數小;工作溫度范圍較寬;可快速充放電;綠色環保電池。同時鋰電池也有不足，例如成本高、使用壽命不長、安全性問題較差，但隨著不斷地研發和制造工藝的改進，這些不足之處有希望得到改進。鋰離子電池能夠大容量存儲，這對于新能源的發展至關重要，首先可以解決電網調峰問題;其次風力發電和光伏發電配合儲能設備使用，能有效緩解棄風棄光現象。二次電池除了鎳鎘電池、鎳氫電池之外，鋰離子電池的發展進程是目前最快的。

2.2液流電池儲能

液流電池通常被稱為氧化還原液流電池，其核心部件是由電解液、離子交換膜、電堆、電極極板四個部分組成。液流電池的正、負極是一種含金屬溶液活性物質，電解質溶液在兩個儲液罐中獨立儲存，溶液在電堆的閉合回路中流動，通過離子交換膜的電極一側發生氧化反應，另一側發生還原反應，進而實現存儲和釋放電能的作用。儲液罐中電解液的多少是決定電池電能儲存容量的大小的關鍵，電解液越多，儲能容量越大;電池輸出功率的大小由能夠在離子交換膜兩側的電極極板反應面積來決定。目前全釩液流電池在市場上應用是最多的，其具有以下優點：儲存電能容量大、能量釋放效率高、能夠實現快速充放電、循環使用壽命長等。商業化是全釩液流電池的趨勢，可以對風力發電曲線起到很好地平滑作用。但目前液流電池技術還存在幾個關鍵問題：電解質溶液的穩定性有待進一步提高;在運行時電池電流密度低;電池系統造價高;儲液罐占地面積大等。核心材料部件性能的提升是解決液流電池穩定性、高效性、經濟性和實用性等問題的關鍵所在。

3電化學儲能在電力系統中的主要應用

儲能有著節能、環保、經濟等優點，是實現靈活用電的基礎，也是電網朝著智能化方向發展基礎。電化學儲能技術目前在電力系統的應用中主要包括以下幾個方面：電力調峰、AGC一次調頻、保證電網運行的穩定性等。

3.1削峰填谷

削峰填谷是儲能電站較為有特點的應用，是調整電力負荷的一種措施，減小電網負荷的峰谷差，能夠改善電力系統日負荷率，從而使得發電設備及整體電網在運行過程中的效率大大提高。電力需求在不同的季節、不同的時間存在著較大的峰谷差，在用電高峰時，現有機組容量供不應求，但通過新增發電機組來滿足需求越來越困難。若能建立反應速度快、經濟性又好的大規模電化學儲能電站，便可將低谷時電能轉化為高峰電能，不僅實現了調節負荷的作用，還可以減少輸電線路的損耗，使得設備利用率提高，為用電高峰期的可靠性提供保障。

3.2一次調頻

電化學儲能電站結合目前較為先進的電能控制和轉化等多種技術，來實現電站對電網的快速響應，使得一次調頻能夠更加精準，進而起到改善電網的動態特性與靜態特性的作用。當儲能電站作為網側儲能電站時，在其與電力系統進行有功、無功交換過程中是獨立進行的，正因為這一特點，在電網因為故障出現負荷波動時，儲能電站可以快速調節出力使電力系統頻率得到穩定。

4結語

從目前我國已發行的儲能政策和電化學儲能的發展趨勢來看，新型儲能電站項目的快速發展是大勢所趨，電化學儲能電站將成為電網不可或缺的一部分。電化學儲能技術的出現，很好地解決了供電壓力、棄風棄光現象，對于推動可再生能源應用、智能電網發展有著重要意義。現階段，我國電化學儲能技術面臨著機遇和挑戰，要積極開展并加快推進技術的研究，為電力系統安全高效運行提供強有力的支持。

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