電化學(xué)儲能在新能源發(fā)電側(cè)的應(yīng)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(jī)性。當(dāng)它們接入電網(wǎng)或在孤島運(yùn)作時，電能波動會降低電能質(zhì)量，嚴(yán)重會導(dǎo)致大規(guī)模的停電，所以新能源發(fā)電的電能質(zhì)量就要依靠儲能系統(tǒng)來提高。本文對能量存儲技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的價值進(jìn)行分析，并詳細(xì)介紹電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展勢頭。

關(guān)鍵詞：新能源;應(yīng)用分析;電化學(xué)儲能;發(fā)電側(cè)

傳統(tǒng)化石能源的污染和不可再生問題備受關(guān)注。在這種情況下，新能源發(fā)電技術(shù)因其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢受到了重視和得以發(fā)展。所以發(fā)展新能源已變?yōu)楦鲊墓餐繕?biāo)。由于風(fēng)能和太陽能更受天氣條件的影響，引發(fā)不連續(xù)和不穩(wěn)定的功率輸出，能源存儲設(shè)備必須安裝在風(fēng)能和太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，以減少這種類型的功率的波動。當(dāng)下新能源發(fā)電很重要的組成部分就是儲能系統(tǒng)，他有巨大的作用，未來發(fā)展前景十分良好，對電網(wǎng)供應(yīng)電的品質(zhì)、電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和可靠性都有很好的改善。儲能技術(shù)是電能和其他能源轉(zhuǎn)化利用的重要環(huán)節(jié)。它承擔(dān)的任務(wù)是提高電能的質(zhì)量，調(diào)節(jié)電力的峰值負(fù)載，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，是一個低投資和有效節(jié)能的舉措。

一、儲能技術(shù)在新能源發(fā)電中的作用

（一）提升電能質(zhì)量

為了滿足電網(wǎng)對電能質(zhì)量的需求，可以調(diào)控并網(wǎng)逆變器來使微電網(wǎng)傳輸?shù)挠泄蜔o功發(fā)生變化。在孤島運(yùn)行中，在天氣情況影響下新能源發(fā)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(wěn)，改善電壓暫降等電能質(zhì)量問題。

（二）短時供電

當(dāng)目能源危機(jī)越來越嚴(yán)重。世界各地發(fā)生大規(guī)模的電力短缺。大規(guī)模停電使生產(chǎn)和日常生活都受到影響。并網(wǎng)運(yùn)行時，當(dāng)有意外發(fā)生時，新能源就能與電網(wǎng)分開，變成孤島運(yùn)作模式。然而，中間經(jīng)常會有功率的損失。操控系統(tǒng)中的雙向功率改變器就能對出現(xiàn)的這些問題進(jìn)行改善。

（三）電力調(diào)峰

負(fù)荷總是波動的，在這個階段的電力生產(chǎn)和消費(fèi)策略是即時的，這很容易引起高峰需求進(jìn)而裝置更多的發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致很大的浪費(fèi)。儲能系統(tǒng)能很好地改善這一問題，當(dāng)負(fù)荷低時吸收多余能量，高負(fù)荷時峰值能量釋放，達(dá)到調(diào)峰的效果。

二、 電化學(xué)儲能技術(shù)的前景和現(xiàn)狀

因?yàn)閮δ芗夹g(shù)的高度戰(zhàn)略地位，近幾年全世界都在加大對儲能技術(shù)研究政策的力度，其中電化學(xué)儲能技術(shù)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(chǎn)，并在近十年內(nèi)實(shí)行優(yōu)惠稅收減免，因?yàn)榇笠?guī)模蓄電系統(tǒng)在形勢良好的背景下，美國能源蓄電市場一直平穩(wěn)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(yè)。 2009年，日本新能源和工業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)也啟動了一個特別項目，重點(diǎn)是鋰電池和鈉硫電池等能源蓄電池的基礎(chǔ)研究。 韓國和西歐發(fā)達(dá)國家也有相應(yīng)的政策支持，例如稅收優(yōu)惠和財政專項撥款，用于研究高性能能源儲存技術(shù)，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(dǎo)介質(zhì)，充放電時氧化還原，在電池內(nèi)部形成電流，這一過程是可逆的。鉛酸電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池存儲設(shè)備之一，應(yīng)用于電動汽車和儲能系統(tǒng)中，其制造技術(shù)成熟，可以滿足大批量生產(chǎn)的需求，但體積大，充電和放電的電流不應(yīng)劇烈波動，溫度合適性能不高，會污染環(huán)境，由于當(dāng)前全球追求可持續(xù)發(fā)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(tǒng)以鈉，硫電池的電極，氧化鋁陶瓷為傳導(dǎo)的介質(zhì)，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(diǎn)有能量密度很高、使用的壽命相對長、工作效率較高等優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾姵?，在未來可以得到廣泛的應(yīng)用。鈉硫蓄電池儲能可以起到電網(wǎng)調(diào)峰的作用，降低發(fā)電機(jī)組的容量配置，增加經(jīng)濟(jì)收益。 目前，日本 ngk 公司是鈉硫電池領(lǐng)域具有里程碑意義的組織， 處于世界領(lǐng)先地位。在我國國家電網(wǎng)公司和中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所共同研制的鈉硫電池填補(bǔ)了我國鈉硫電池技術(shù)的空白，具有一定的應(yīng)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(diǎn)和優(yōu)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(fù)極的材料制成的。它依賴于鋰離子在正電極和負(fù)電極之間的運(yùn)動來工作。充放電內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原房銀，這種電池的特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量很輕、能量密度比較高、使用壽命相對長的特點(diǎn)，可以在短時間內(nèi)保證大功率的輸送，鋰離子電池由于其優(yōu)良的性能，在儲能領(lǐng)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(zhì)分離并分開循環(huán)。 電解質(zhì)溶液流過電極表面，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)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(jié)構(gòu)靈活、壽命長等優(yōu)點(diǎn)變?yōu)楫?dāng)下研究熱點(diǎn)。 然而，我國對整個釩流體流動池的研究還處于試驗(yàn)階段，與發(fā)達(dá)國家有很大的差距。 和別的儲能方式不同，這種電池?fù)碛蟹烹姛o損、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)和優(yōu)勢，可用于新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能，但因其密度低，工作溫度范圍小，制約了它的發(fā)展。

三、電化學(xué)儲能技術(shù)的研究趨勢

（一）儲能系統(tǒng)的容量配置方法

因?yàn)殡娀瘜W(xué)儲能技術(shù)能有效地改善微電網(wǎng)中新能源發(fā)電系統(tǒng)的功率波動問題，其功率波動精度和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)直接關(guān)系到儲能裝置的容量分配，所以要對其進(jìn)行進(jìn)一步探究，讓這個系統(tǒng)的抗干擾性能增強(qiáng)，確保儲能裝置容量最小。 在文獻(xiàn)中，以負(fù)荷缺電率和能量溢出率為評價指標(biāo)，建立了光伏組件容量與蓄能電池容量之間的最優(yōu)關(guān)系。

（二）研發(fā)新型高效、低成本的儲能技術(shù)

當(dāng)前鉛酸蓄電池由于其價格的優(yōu)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(shù)在新能源發(fā)電中應(yīng)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(shù)發(fā)展的一個重大目標(biāo)。儲能和釋放能量的速度是提升新能源發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

（三）電池儲能系統(tǒng)的高效能量管理策略

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

四、結(jié)束語

當(dāng)前，世界正處于前所未有的能源危機(jī)之中，社會的不斷進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)越來越受到人們的重視。 傳統(tǒng)化石能源的污染和不可再生性也備受關(guān)注。 在這種情況下，新能源發(fā)電技術(shù)因其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢受到了重視和得以發(fā)展。發(fā)展新能源已變?yōu)楦鲊墓餐繕?biāo)。電力的儲能和利用是能量轉(zhuǎn)換發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于提升新能源發(fā)電的質(zhì)量、電力負(fù)荷、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、解決電力生產(chǎn)與消費(fèi)同步問題，實(shí)現(xiàn)其在時間和空間上的轉(zhuǎn)換起作用。電化學(xué)儲能系統(tǒng)將在新能源發(fā)電中得到更廣泛的運(yùn)用。儲能技術(shù)是電能和其他能源轉(zhuǎn)化利用的重要環(huán)節(jié)。它承擔(dān)的任務(wù)是提高電能的質(zhì)量，調(diào)節(jié)電力的峰值負(fù)載，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，是一個低投資和有效節(jié)能的舉措。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建林，田立亭，來小康 . 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的電力儲能技 術(shù)展望 [J]. 電力系統(tǒng)自動化 ，2015（23）：15-25.

[2] 吳雪翚，曾馨潔，胡馨月等.新能源發(fā)電中電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用分析[J].中國設(shè)備工程，2018，（21）：201-203.DOI：10.3969/j.issn.1671-0711.2018.21.090.

[3] 張文建，崔青汝，李志強(qiáng)等.電化學(xué)儲能在發(fā)電側(cè)的應(yīng)用[J].儲能科學(xué)與技術(shù)，2020，9（1）：287-295.DOI：10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0167.