電化學儲能在新能源發電側的應用分析

趙博超 何聚彬

摘 要：新能源幾乎都是間歇性能源，有很大的隨機性。當它們接入電網或在孤島運作時，電能波動會降低電能質量，嚴重會導致大規模的停電，所以新能源發電的電能質量就要依靠儲能系統來提高。本文對能量存儲技術在新能源發電系統中的價值進行分析，并詳細介紹電化學儲能技術的發展勢頭。

關鍵詞：新能源;應用分析;電化學儲能;發電側

傳統化石能源的污染和不可再生問題備受關注。在這種情況下，新能源發電技術因其自身的特點和優勢受到了重視和得以發展。所以發展新能源已變為各國的共同目標。由于風能和太陽能更受天氣條件的影響，引發不連續和不穩定的功率輸出，能源存儲設備必須安裝在風能和太陽能發電系統的輸出端，以減少這種類型的功率的波動。當下新能源發電很重要的組成部分就是儲能系統，他有巨大的作用，未來發展前景十分良好，對電網供應電的品質、電網供電的穩定性和可靠性都有很好的改善。儲能技術是電能和其他能源轉化利用的重要環節。它承擔的任務是提高電能的質量，調節電力的峰值負載，提高系統的穩定，是一個低投資和有效節能的舉措。

一、儲能技術在新能源發電中的作用

（一）提升電能質量

為了滿足電網對電能質量的需求，可以調控并網逆變器來使微電網傳輸的有功和無功發生變化。在孤島運行中，在天氣情況影響下新能源發電功率的輸出波動很大。該儲能裝置可以抑制功率波動，保持母線電壓平穩，改善電壓暫降等電能質量問題。

（二）短時供電

當目能源危機越來越嚴重。世界各地發生大規模的電力短缺。大規模停電使生產和日常生活都受到影響。并網運行時，當有意外發生時，新能源就能與電網分開，變成孤島運作模式。然而，中間經常會有功率的損失。操控系統中的雙向功率改變器就能對出現的這些問題進行改善。

（三）電力調峰

負荷總是波動的，在這個階段的電力生產和消費策略是即時的，這很容易引起高峰需求進而裝置更多的發電機，導致很大的浪費。儲能系統能很好地改善這一問題，當負荷低時吸收多余能量，高負荷時峰值能量釋放，達到調峰的效果。

二、 電化學儲能技術的前景和現狀

因為儲能技術的高度戰略地位，近幾年全世界都在加大對儲能技術研究政策的力度，其中電化學儲能技術收到的重視最大。 2009年美國撥出資金用于新一代電動汽車和能源蓄電池的研制生產，并在近十年內實行優惠稅收減免，因為大規模蓄電系統在形勢良好的背景下，美國能源蓄電市場一直平穩上升，由此可見，大量輕型電動汽車的普及將減少我們對石油的依賴;，日本政府大力支持高性能蓄電池企業。 2009年，日本新能源和工業技術綜合開發機構也啟動了一個特別項目，重點是鋰電池和鈉硫電池等能源蓄電池的基礎研究。 韓國和西歐發達國家也有相應的政策支持，例如稅收優惠和財政專項撥款，用于研究高性能能源儲存技術，特別是鋰離子電池。

（一）鉛酸蓄電池

鉛酸電池以二氧化鉛，鉛組成電極，水和硫酸為電池的傳導介質，充放電時氧化還原，在電池內部形成電流，這一過程是可逆的。鉛酸電池是目前應用最廣泛的電池存儲設備之一，應用于電動汽車和儲能系統中，其制造技術成熟，可以滿足大批量生產的需求，但體積大，充電和放電的電流不應劇烈波動，溫度合適性能不高，會污染環境，由于當前全球追求可持續發展，鉛酸電池將日益被其他高性能電池所替代。

（二）鈉硫電池

鈉硫電池系統以鈉，硫電池的電極，氧化鋁陶瓷為傳導的介質，為了確保鈉和硫是在融溶的情況下，就需要在高溫下工作。 鈉硫電池的特點有能量密度很高、使用的壽命相對長、工作效率較高等優勢，是一種極具發展潛力的電池，在未來可以得到廣泛的應用。鈉硫蓄電池儲能可以起到電網調峰的作用，降低發電機組的容量配置，增加經濟收益。 目前，日本 ngk 公司是鈉硫電池領域具有里程碑意義的組織， 處于世界領先地位。在我國國家電網公司和中國科學院上海硅酸鹽研究所共同研制的鈉硫電池填補了我國鈉硫電池技術的空白，具有一定的應用價值。

（三）鋰離子電池

鋰離子電池是近年來興起的一種高能量蓄電池，它充電的效率比一般電池高、能量密相對較大，特點和優勢明顯，所以具有很好的市場前景。它通常是由以鋰為正極，碳為負極的材料制成的。它依賴于鋰離子在正電極和負電極之間的運動來工作。充放電內部發生的反應是氧化還原房銀，這種電池的特點是體積小、質量很輕、能量密度比較高、使用壽命相對長的特點，可以在短時間內保證大功率的輸送，鋰離子電池由于其優良的性能，在儲能領域有著良好的前景。

（四）全釩液流電池

液流電池是一種新型電池。 陽極和陰極電解質分離并分開循環。 電解質溶液流過電極表面，產生電化學反應，導電流通過電極板。 在各種液流電池中，全釩液流電池以其效率高、容量結構靈活、壽命長等優點變為當下研究熱點。 然而，我國對整個釩流體流動池的研究還處于試驗階段，與發達國家有很大的差距。 和別的儲能方式不同，這種電池擁有放電無損、循環壽命長等特點和優勢，可用于新能源發電系統的儲能，但因其密度低，工作溫度范圍小，制約了它的發展。

三、電化學儲能技術的研究趨勢

（一）儲能系統的容量配置方法

因為電化學儲能技術能有效地改善微電網中新能源發電系統的功率波動問題，其功率波動精度和系統經濟指標直接關系到儲能裝置的容量分配，所以要對其進行進一步探究，讓這個系統的抗干擾性能增強，確保儲能裝置容量最小。 在文獻中，以負荷缺電率和能量溢出率為評價指標，建立了光伏組件容量與蓄能電池容量之間的最優關系。

（二）研發新型高效、低成本的儲能技術

當前鉛酸蓄電池由于其價格的優勢仍然是占用率最高的能源儲存單元，但也存在許多缺陷。 儲能技術在新能源發電中應用困難的一方面是成本高。 所以使用壽命，降低成本是蓄能技術發展的一個重大目標。儲能和釋放能量的速度是提升新能源發電系統穩定性的關鍵。

（三）電池儲能系統的高效能量管理策略

對蓄電池儲能系統進行有效的能量管理可以提升新能源的供電可靠性。 所以進一步研究蓄能系統的能量管理策略具有很重大意義。

四、結束語

當前，世界正處于前所未有的能源危機之中，社會的不斷進步，環境保護越來越受到人們的重視。 傳統化石能源的污染和不可再生性也備受關注。 在這種情況下，新能源發電技術因其自身的特點和優勢受到了重視和得以發展。發展新能源已變為各國的共同目標。電力的儲能和利用是能量轉換發電的關鍵環節，對于提升新能源發電的質量、電力負荷、增強系統穩定性、解決電力生產與消費同步問題，實現其在時間和空間上的轉換起作用。電化學儲能系統將在新能源發電中得到更廣泛的運用。儲能技術是電能和其他能源轉化利用的重要環節。它承擔的任務是提高電能的質量，調節電力的峰值負載，提高系統的穩定，是一個低投資和有效節能的舉措。

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