電化學儲能技術在內蒙古西部電網的應用前景

吳立霞,吳可心

(1.內蒙古電力(集團)有限責任公司 內蒙古電力科學研究院分公司,內蒙古 呼和浩特 010020;2.內蒙古電力(集團)有限責任公司 烏拉蓋供電分公司，內蒙古 錫林郭勒 026321)

針對我國能源戰略格局的重大改變，能源系統不再是原來以化石能源主導，而是向低碳環保新能源方向轉變。新能源發電類型有很多，目前在內蒙古地區廣泛使用的新能源類型主要是風電和水力發電，太陽能發電也在逐步擴大應用市場。輸出的不穩定性和不可預測性是新能源區別于傳統化石能源的最大問題，這些問題對電網的穩定性造成很大的影響，而引入儲能技術，可以有效改善電力需求與供給不相匹配的問題，使輸出穩定性得到進一步提升、使電力質量得到進一步改善。儲能技術種類很多，每種儲能技術都有各自的優點與缺點，在內蒙古地區應用較廣的儲能技術是電化學儲能技術，電化學儲能技術優點很多，例如不會對環境造成大面積污染，使用方便，應用地域廣，轉換效率高等優點。使用安全，較少資金的投入以及不會對環境造成大面積污染是使用儲能技術必須具備的3個硬性指標。

1 儲能技術的參數介紹

電化學儲能包含多種儲能技術，表1重點介紹了4種類型電池，主要列出4種電池的各項參數，通過比較就能看出最適合引入的電池類型。

表1 儲能技術的綜合比較

2 電化學儲能技術介紹

2.1 鉛酸電池

鉛酸電池，顧名思義是以硫酸溶液為電池的電解液，以鉛元素與鉛的氧化物為電極的二次電池。鉛酸電池的應用技術較為成熟，由于鉛酸電池具有表2的優點，所以能使電能質量有很大的提升，電源和備用容量也得到很大提升。目前已成為通信、運營、電力等行業最廣泛使用的儲能電池。

表2 鉛酸電池優點

但是，鉛酸電池也存在一些缺點阻礙了鉛酸電池的大范圍應用，見表3。

表3 鉛酸電池缺點

科學家們致力于研究一種電池可以彌補鉛酸電池的不足，所以鉛碳電池問世，鉛碳電池雖然投入資本比鉛酸電池高，但是充電速度和充放電功率提高、循環利用次數增多，在不間斷電源、電動車等行業中可以廣泛使用。

2.2 鋰離子電池

鋰離子電池的工作原理是鋰離子在正極金屬氧化物和負極石墨中，以嵌入和脫出方式進行能量的存儲和釋放。

鋰離子電池有如表4的優點。雖然在手機、筆記本電腦、照相機等電子產品和電動汽車領域有較多應用，制造成本在新能源汽車市場不斷擴大的情況下也在不斷下降，而使用安全性高的電極材料、優化電池結構設計以及做了安保措施，所以安全性問題也得到了很大改善。

表4 鋰離子電池優點

2.3 鈉硫電池

鈉硫電池處于正極的鈉離子通過陶瓷隔膜的固體電解質與負離子的硫元素發生可逆反應，形成能量的存放。電池能量密度為150 Wh/kg～240 Wh/kg，功率密度為150 W/kg～230 W/kg，擁有很高的能量轉化效率，能達到90%左右，使用壽命很長，能達到10年以上之久，不會對環境造成污染。鈉硫電池的優點，見表5。

表5 鈉硫電池優點

但是也存在安全隱患，見表6。如果隔膜出現破碎現象，導致鈉和硫發生化學反應，那么就會釋放出大量熱，很有可能會造成嚴重事故。為了鈉硫電池大規模發展，需要在穩定性和抗腐蝕性方面下功夫。目前，已經研發出來的全固態鈉硫電池，解決了需要高溫下工作的條件，但是其他性能還有待提高。

表6 鈉硫電池的安全隱患

2.4 液流電池

液流電池的電解質盛放在不同的容器里，不在電池體內，而電池僅提供氧化還原反應的場所，其循環流動是泵來驅動。所以儲能容量不受電極體積的限制，極大加速了電解質的流動，因此應用范圍更廣。

在液流電池技術中，鋅溴液流電池和全釩液流電池應用較廣。其中應用最廣的是全釩液流電池。全釩液流電池優點，見表7。

表7 全釩液流電池優點

但是因電解液與隔膜的制造成本高是阻礙全釩液流電池大規模發展的限制因素。

3 適合內蒙古西部地區的儲能技術

內蒙古西部電網存在的主要問題是新能源接納能力差、電網調峰調頻問題和旋轉備用容量問題。為了提升電能質量和合理的改善外送能力，應根據內蒙古西部電網現有問題，將化學儲能、抽水蓄能和壓縮空氣儲能大規模接入電網。內蒙古西部地區特點是缺乏水力資源，所以抽水蓄能與其他形式的儲能技術相結合才能滿足內蒙古西部地區對于儲能的要求。

液流電池及鈉硫電池配置靈活、對環境影響較小、并且可以做到較大容量。所以液流及鈉硫電池可以作為抽水蓄能電站的補充解決目前存在的問題。

內蒙古西部電網是火電調峰型的電網，抽水蓄能電站作為補充。冬天，機組還要承擔供熱任務，就會影響火電機組的調峰靈活性，調峰能力下調，甚至可能需要棄風棄光。因此，需要建立投入資金少、反應靈敏的大規模儲能系統和調峰電站，這樣就可以改善電網的調峰能力、同時對融入新能源提供了重要支撐。

內蒙古西部電網風電場主要聚集在錫林郭勒盟、巴彥淖爾市以及包頭市北部的達茂旗，距負荷中心較遠，與電網主網架聯系不通暢，電網末端的系統穩定性強烈不穩。為了有效解決這一困難，利用液流電池儲能的容量大、使用壽命長、循環次數多的特點，與風電場相結合，有效改善了電能質量，大幅提高了電網末端的穩定運行。目前全釩液流電池已大規模使用在風電場中，大量的運行數據充分證明，全釩液流電池可以抑制風電場功率波動、改善輸出的電能質量、增強風機低電壓過渡能力。

4 總結與展望

本文介紹了4種電化學儲能，并對4種儲能技術進行了對比，針對內蒙古西部電網存在的問題，提出了改善思路，解決了問題。從而提高電力系統穩定運行，改善了電能質量。電化學儲能技術與新能源的相互融合，使儲能技術的優點充分發揮，作為短板的補充，提高了其性價比和實用效果。與多種儲能技術相融合是未來發展的方向。同時并網型儲能技術越來越成熟、應用范圍越來越廣，儲能投入的成本就會越來越少，性能方面也可以得到大幅提升。