淺析儲能系統技術及鋰離子電池在儲能領域的應用前景

許科

摘 要：針對抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、熔融鹽儲能、電磁儲能、電化學儲能目前幾種典型的儲能技術進行了分析，其中對于電化學儲能技術中，特別對比分析了鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池和鋰離子電池集中典型技術方向，通過以上對比評估，從技術角度對于鋰離子電池在儲能領域的前景進行了分析。

關鍵詞：儲能、鋰離子電池、應用

一.前言

儲能產業是伴隨著新能源產業和現代電力系統的發展而逐漸發展起來的。上世紀70年代以來，新能源開發利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發利用新能源作為能源戰略的重要組成部分。儲能是構建智能電網的關鍵支撐技術之一，儲能技術的發展和應用，將有助于打破風電、光伏發電等的接入和消納瓶頸問題，能夠降低配套輸電線路容量需求，緩解電網調峰壓力。目前我國已將儲能技術及產業的發展列入中重點發展規劃領域。

二.常見儲能技術分類

2.1抽水蓄能

抽水蓄能是全球范圍內廣泛采用的一種能源儲存技術，其原理是在負荷低谷時，利用電動機帶動水輪機高速旋轉，把低水庫的水通過管道抽到高水庫，將電能轉化成勢能儲存起來；在高峰負荷時，將高水庫的蓄水通過管道放下，以水輪機帶動發電機，再將勢能轉換回電能。抽水蓄能電站的綜合效率一般在65%--75%，需要配備大火電機組運行，且推廣應用受地域限制。

2.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣能源儲存（CAES）的基本做法就是將基礎核電或煤電設施產出的非高峰時期的電能轉移到用電高峰時期，而僅僅消耗原本用于用電高峰時期發電（比如傳統的燃氣輪機）的燃氣或燃油的一部分。在需要時壓縮空氣被釋放，通過渦輪進行發電。壓縮空氣釋放后會產生較強的冷卻效應，這時必須進行加熱，這樣才能使壓縮空氣在環境溫度下釋放出來，這種儲能方式往往效率較低，同樣收到地域條件限制。

2.3飛輪儲能

在負荷低谷時，利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成動能存起來，在高峰負荷時，飛輪利用慣性帶動發電機發電。它的優越性還包括：作為智能電網的一部分，能遙控，能檢測；20年生命周期中完成數十萬次充電-發電循環，按無維護操作而設計、建造；不需要燃料，不含危險化學物，避免潛在的地面污染，零二氧化碳或其他不良排放。這些，都使其被譽為真正的可持續技術解決方案，受到行家的關注，然而目前飛輪儲能的機組收到限制，且成本較高，還無法批量推廣應用。

2.4電磁儲能

是指把能量保存在電場、磁場或交變等電磁場內儲能技術。主要技術發展方向為超導電磁蓄能等。超導電磁儲能（SMES）是利用超導體制成的線圈，由電網供電勵磁而產生的磁場儲存能量，這是一種不需要經過能量轉換而直接儲存電能的方式，目前該技術正處于研發階段。

2.5熔融鹽儲能

熔融鹽儲能技術是目前國際上最為主流的高溫蓄熱技術之一，具有成本低、熱容高、安全性好等優點。熔融鹽技術是利用硝酸鈉等原料作為傳熱介質，一般與太陽能光熱發電系統結合，是光熱發電系統具備儲能和夜間發電能力，可滿足電網調峰需要。

2.6電化學儲能

電化學儲能也就是電池儲能。其原理是在正向化學反應中吸收能量（充電），把電能儲存在化學反應的產品中；在逆向反應中則再釋放出電能。產品主要有鉛酸電池、二次電池（鎳氫電池、鋰離子電池）、液流電池、鈉硫電池、和各種燃料電池等。電化學儲能基本沒有地理自然環境的限制，基本涵蓋了所有的儲能應用領域，通過技術成熟度、成本、使用壽命和應用領域覆蓋面的綜合比較，電化學儲能是儲能產業中長期的發展方向，是主要的投資機會所在。

三.典型電化學儲能技術對比

3.1鈉硫電池

鈉硫電池由熔融液態電極和固體電解質組成的，比能量大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍，可以3倍率電流放電。電化學反應時副反應少，充放電效率高。但是鈉硫電池其工作溫度在必須保持在300-350℃，電池工作時需要一定的加熱保溫，總應用量少，而且價格昂貴，折人民幣15000-20000/kW，無論從產能及價格方面都無法在短期內帶動儲能技術發展。

3.2釩液流電池

釩液流電池是一種活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池。其將存儲在電解波中的能量轉換為電能，這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現的。釩液流電池優點主要為：1）深度放電后壽不會受影響；2）電解液可以無限期使用；3）能量的存儲量（SOC）可以精確地測量出來。但其目前最大技術難題是電池壽命與成本受到隔膜技術的制約，高分子聚合物隔離膜占成本的60%以上，目前釩液流電池系統的價格約為10000-15000元/kW。

3.3鉛酸電池

為人們所熟知的鉛酸電池也在儲能系統中也有一定的應用，其低廉價格已經無法彌補其短暫的使用壽命與大功率充放電性能方面的不足。為了保證大功率性能及安全的管理控制，在現有鉛酸電池技術上將電池容量做大并加入電子器件進行控制，將導致用于大功率儲能系統的鉛酸電池價格成倍上漲，甚至達到2000元/kW以上。

3.4鋰電池

相比之下鋰離子電池優勢更為明顯，其比能量高、使用壽命長、高功率性能好、自放電小、使用條件要求低等，幾乎涵蓋了上述幾種電池的所有優點，而且重量輕，組合簡單，拆分方便，更適合于偏遠地區的運輸、安裝。但由于大容量、高功率鋰離子電池尚未形成產業化規模。隨著電動汽車、混合動力汽車等技術的日益成熟，車用鋰離子電池必定會在幾年內形成完善的產業，在其成本、成組一致性、安全等問題進一步解決后，鋰離子電池將會在在各領域的廣泛應用。目前行業中鋰離子電池成組成本平均在1500-2500元/kWh左右，隨著車用鋰離子電池應用的進一步大規模推廣，成本有望降低至1000元/kWh一下，再結合車用鋰離子電池梯次利用，成本仍可大幅降低，將在儲能領域中占據越來越大的市場份額。

結束語：

各種儲能技術雖然在能量、功率密度方面存在差異，但都有著其獨有的特點及優劣勢，都有其對應的應用領域，但綜合比較，鋰電池在安全性、能量轉換效率、便利性等方面均具備明顯優勢，隨著大規模應用，成本將進一步下降，競爭優勢將更加明顯，具備巨大的發展空間與應用前景。