許守平，李相俊，惠東

（中國電力科學(xué)研究院，北京市 100192）

0 引言

儲(chǔ)能技術(shù)是智能電網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電系統(tǒng)及電動(dòng)汽車發(fā)展必不可少的支撐技術(shù)之一，不但可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理、消除峰谷差、平滑負(fù)荷，而且可以提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本，還可以作為促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段，此外儲(chǔ)能技術(shù)還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)害事故后重新啟動(dòng)與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力［1－4］。一直以來，在電力系統(tǒng)中都是采用抽水蓄能的方式來解決電力儲(chǔ)能應(yīng)用上的問題，但隨著智能電網(wǎng)的構(gòu)建和電動(dòng)汽車的大力推進(jìn)，世界各國對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究越發(fā)重視，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速，已從小容量小規(guī)模的研究和應(yīng)用發(fā)展為大容量與規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。電化學(xué)儲(chǔ)能是指通過發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存或者釋放電能量，其特點(diǎn)是能量密度大、轉(zhuǎn)換效率高、建設(shè)周期短、站址適應(yīng)性強(qiáng)等。根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的不同可以分為鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等儲(chǔ)能形式。目前，圍繞電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究主要集中在儲(chǔ)能配置方式和容量優(yōu)化等方面［5－10］，而對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用示范以及在電網(wǎng)中的功能尚缺少較為系統(tǒng)的論述。因此，本文對(duì)國內(nèi)外的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和示范應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和闡述，并對(duì)其技術(shù)方向和未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討和展望，以期為我國電力系統(tǒng)安全高效運(yùn)行提供新的技術(shù)支持，并為未來智能電網(wǎng)中的的儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)提供參考建議。

1 鉛酸電池儲(chǔ)能

鉛酸電池是以二氧化鉛和海綿狀金屬鉛分別為正、負(fù)極活性物質(zhì)，硫酸溶液為電解質(zhì)的一種蓄電池，已經(jīng)有140多年的歷史。鉛酸電池具有自放電小、電池壽命長、抗震動(dòng)、比容量高、大電流性能好、高低溫性能較好、價(jià)格低廉、制造及維護(hù)成本低、無“記憶效應(yīng)”、電池失效后的回收利用技術(shù)比較成熟及回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)［3，5］，因此在近幾十年中，隨著鉛酸電池性能的改進(jìn)和成本的降低，其作為電動(dòng)車用電源、不間斷電源、軍用電源、電力系統(tǒng)負(fù)荷均衡的儲(chǔ)能電源等，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

在用作儲(chǔ)能技術(shù)方面，目前世界各地已經(jīng)建立了許多基于鉛酸電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)。早在1986年，德國就在柏林BEWAG 建成了1 套基于鉛酸電池的8.5 MW×1h電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并投入商業(yè)運(yùn)營，用于電力調(diào)峰和電網(wǎng)調(diào)頻。1988年，美國在加利福利亞洲建立了10MW×4h鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于電力調(diào)峰和電能質(zhì)量控制。1996年，美國在阿拉斯加的Metlakatla島上建立了另外1 套基于鉛酸電池的1.4 MW·h電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，作為離網(wǎng)式水力發(fā)電系統(tǒng)的后備電源，能夠以800kW 的功率提供90 min的應(yīng)急電能。2011年，美國在夏威夷又興建了3 座鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于當(dāng)?shù)毓夥惋L(fēng)電場(chǎng)的爬坡出力控制和備用電源。在20世紀(jì)90年代初期，西班牙首都馬德里建立了1MW×4h的鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)ESCAR，用于電力調(diào)峰，是歐洲首個(gè)用于電網(wǎng)調(diào)峰用途的鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，在用電高峰時(shí)段，該系統(tǒng)能夠以1.2 MW 的功率提供2 MW·h的電能。國外基于鉛酸電池的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)如表1所示。

中國加入世界貿(mào)易組織后，由于看好中國蓄電池市場(chǎng)的巨大潛力以及發(fā)達(dá)國家對(duì)鉛酸電池行業(yè)的限制政策，越來越多的國外大型電池廠商選擇在中國建廠或合資生產(chǎn)制造。目前，中國鉛酸電池產(chǎn)量超過世界電池產(chǎn)量的1／3，成為世界電池的主要生產(chǎn)地，生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)與國際先進(jìn)水平差距已不明顯。國內(nèi)基于鉛酸電池的大型儲(chǔ)能電站很少，典型的有中國電力科學(xué)研究院電工所于2012年在河北省張北縣國家風(fēng)電檢測(cè)中心建立的儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室，包含有100 kW×6 h的鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要功能是跟蹤風(fēng)電計(jì)劃出力，削峰填谷，改善電能質(zhì)量；浙江溫州市洞頭縣鹿西島并網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程中的2 MW×2 h鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要功能是改善電網(wǎng)質(zhì)量，提高電網(wǎng)可靠性。

表1 國外大型鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一覽表Tab.1 Large－scale lead－acid battery energy storage system in foreign countries

2 液流電池儲(chǔ)能

液流電池是正負(fù)極活性物質(zhì)均為液態(tài)流體氧化還原電對(duì)的電池，最早由美國航空航天局資助設(shè)計(jì)，1974年由Thaller H.L.公開發(fā)表并申請(qǐng)了專利。液流電池具有循環(huán)壽命長、儲(chǔ)能容量大、可超深度放電等優(yōu)點(diǎn)，主要包括全釩液流電池（all－vanadium redox flow battery，VRB）、鋅溴液流電池和多硫化鈉／溴液流電池等。

2.1 VRB

VRB以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的釩離子為電池充、放電時(shí)正、負(fù)極電極反應(yīng)的活性物質(zhì)，根據(jù)電解液的濃度及電池的充放電狀態(tài)，電解液中的釩離子的存在形式會(huì)產(chǎn)生一些變化，從而對(duì)電池正極電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位產(chǎn)生一些影響，實(shí)際使用時(shí)電池的開路電壓一般為1.5～1.6 V。VRB 除具有液流儲(chǔ)能電池的優(yōu)點(diǎn)外，由于電解質(zhì)金屬離子只有釩離子一種，還能夠避免充放電時(shí)因?yàn)殡x子互串而導(dǎo)致的電解液污染問題，并且釩電解質(zhì)溶液可循環(huán)使用和再生利用，節(jié)約資源，因此在太陽能、風(fēng)能等可再生能源利用、電力系統(tǒng)用戶端“調(diào)峰填谷”、應(yīng)急和備用電源以及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景［11－13］。

VRB由澳大利亞新南威爾士大學(xué)發(fā)明［14］，從20世紀(jì)80年代中期開始，日本有多個(gè)機(jī)構(gòu)參與了VRB的研發(fā)工作，并成功開發(fā)出多種不同規(guī)模的VRB 儲(chǔ)能系統(tǒng)。1985年，日本住友電工與關(guān)西電力公司合作進(jìn)行VRB 的研發(fā)工作，并于1996年用24個(gè)20 kW的電池組（實(shí)際功率18.8 kW）通過模塊化方式串、并聯(lián)連接組成了450 kW 的VRB電池組，作為子變壓電站的1個(gè)基本單元進(jìn)行充放電試驗(yàn)。2000—2002年，日本住友電工分別完成了多項(xiàng)各種儲(chǔ)能容量的VRB電池組的建設(shè)，其中北海道的1套功率為4 MW×1.5 h的VRB 儲(chǔ)能系統(tǒng)用于對(duì)當(dāng)?shù)?0 MW 風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)頻和調(diào)峰。目前，在日本共有15套VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)示范運(yùn)行［15－16］。

澳大利亞的Pinnacle VRB Ltd公司及加拿大的VRB Power Systems公司在大型全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（VRB－ESS）的開發(fā)上也走在世界前列［17］。2004年2月，VRB Power Systems 公 司 又 為Castle Valley，Utah Pacific Corp 公司建造了輸出功率為250 kW，儲(chǔ)能容量為2 MW·h 的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，這是北美地區(qū)第1座大型商業(yè)化VRB 儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要用于電廠的削峰填谷、平衡負(fù)載。

于2000年成立的奧地利Cellstrom GmbH 公司在2008年成功開發(fā)出10 kW／100 kW·h 的VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到80%。他們與Solong AG 光伏公司合作將該系統(tǒng)與太陽能光伏電池配套，用作城市電動(dòng)車的充電站，在奧地利維也納進(jìn)行應(yīng)用示范。

在我國，VRB研究始于20世紀(jì)90年代，中國科學(xué)院大連化物所、中國地質(zhì)大學(xué)、中國工程物理研究院電子工程研究所、廣東工業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、東北大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所和中南大學(xué)等先后加入到VRB的研究中來［18－19］。2008年，中國電力科學(xué)研究院電工所與中國科學(xué)研究院大連化物所合作建成當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大的100 kW×2 h的VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)，在中國電力科學(xué)研究院開展試驗(yàn)示范。2009年7月，大連化物所又與西藏太陽能研究示范中心合作，在西藏成功安裝了1套“太陽能光伏發(fā)電—5 kW／50 kW·h液流電池儲(chǔ)電”聯(lián)合供電系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)化方面，北京普能公司由于購買了加拿大VRB 公司，成為目前世界上唯一能夠提供商業(yè)化VRB的公司。

2.2 鋅溴液流電池儲(chǔ)能

鋅溴液流電池發(fā)明于19世紀(jì)70年代早期，是一種內(nèi)有液體流動(dòng)的電池，包含了1個(gè)電化學(xué)反應(yīng)器，通過該反應(yīng)器，電解液從外部儲(chǔ)罐流入電池槽里的鋅反應(yīng)堆板，形成循環(huán)系統(tǒng)。該電解液包含了以一種鹽復(fù)合物形式存在的溴，由泵輸送，該復(fù)合物降低了溴的蒸汽壓力，使存儲(chǔ)和系統(tǒng)操作更安全，同時(shí)電解液的變化可以調(diào)整電池能量特性。鋅溴液流電池理論開路電壓1 182 V，總效率為75%，理論能量密度430 W·h／kg，電池可以100%深度放電，具有較高的能量密度和功率密度以及優(yōu)越的循環(huán)充放電性能［20］。鋅溴電池在近常溫下工作，不需要復(fù)雜的熱控制系統(tǒng)，其大部分構(gòu)件由聚乙烯塑料制成，便宜的原材料和較低的制造費(fèi)用使其在成本上具有競爭力。

美國Exxon和Gould公司最早介入鋅溴液流電池工程化研究，而ZBB 公司后來居上，并于2001年在美國底特律1個(gè)鄉(xiāng)間電站安裝400 kW·h的鋅溴電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要用于負(fù)荷管理。2008年ZBB 公司向愛爾蘭提供了1套500 kW·h鋅溴液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用作儲(chǔ)能與風(fēng)能發(fā)電技術(shù)聯(lián)用，在商業(yè)化進(jìn)程中邁出堅(jiān)實(shí)的一步。2012年，澳大利亞分別在昆士蘭島和南威爾士興建了3座鋅溴液流電池儲(chǔ)能電站，用于對(duì)當(dāng)?shù)氐目稍偕茉窗l(fā)電進(jìn)行削峰填谷，進(jìn)而提高本地電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善當(dāng)?shù)仉娔苜|(zhì)量。

2.3 其他液流電池儲(chǔ)能

1984年，美國人Remick發(fā)明了多硫化鈉／溴氧化還原液流儲(chǔ)能電池，是分別以多硫化鈉和溴化鈉的水溶液為電池負(fù)、正極電解液及電池電化學(xué)反應(yīng)活性物質(zhì)的液流電池體系。20世紀(jì)90年代初，英國Innogy公司開始工程研發(fā)，2002年在英國南威爾士Aberthaw 電站安裝15 MW／120 MW·h 的多硫化鈉／溴儲(chǔ)能系統(tǒng)開始示范運(yùn)行，用于當(dāng)?shù)卣{(diào)峰填谷；2004年在美國密西西比的哥倫比亞空軍基地建造了世界上第2 座多硫化鈉／溴儲(chǔ)能系統(tǒng)，規(guī)模達(dá)12 MW／120 MW·h，可為該空軍基地在非常時(shí)期提供24 h儲(chǔ)能。但是，由于無法解決電池設(shè)備中溴汽蒸發(fā)問題，目前這2個(gè)示范系統(tǒng)已經(jīng)停運(yùn)。

近年，美國又開發(fā)出氯化鋅液流電池，并于2012年在加利福尼亞州 Modesto 建立 1 座25 MW／75 MW·h的示范儲(chǔ)能電站，對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)場(chǎng)和光伏電站進(jìn)行調(diào)峰填谷，參與當(dāng)?shù)仉娔芄芾恚泳忞娋W(wǎng)升級(jí)，降低電力成本，改善當(dāng)?shù)氐碾娔苜|(zhì)量。國內(nèi)外基于液流電池的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)如表2所示。

3 鈉硫電池儲(chǔ)能

鈉硫電池以鈉和硫分別用作鈉硫電池陽極和陰極，Beta－氧化鋁陶瓷同時(shí)起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。鈉硫電池具有原材料豐富，容量大、體積小、能量密度和轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，是一種能夠同時(shí)適用于功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能的儲(chǔ)能電池［21］。

鈉硫電池最早發(fā)明于20世紀(jì)60年代中期。從1983年開始日本NGK 公司和東京電力公司合作，成功開發(fā)了用于電網(wǎng)儲(chǔ)能的大容量鈉硫電池。2004年7月，日本投運(yùn)了1 座9.6 MW／57.6 MW·h 的鈉硫蓄電池儲(chǔ)能電站，該儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)的最大功率達(dá)到20 MW，是當(dāng)時(shí)世界上最大的鈉硫儲(chǔ)能電站［22］。目前運(yùn)行的鈉硫電池儲(chǔ)能站大多用于電力平衡，其應(yīng)用覆蓋了商業(yè)、工業(yè)、電力、水處理等各個(gè)行業(yè)。此外，鈉硫電池儲(chǔ)能站還被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的輸出進(jìn)行穩(wěn)定。目前，全球已有100余座鈉硫電池儲(chǔ)能站在運(yùn)行中。

美國從2002年9月開始運(yùn)行第1座100 kW 試驗(yàn)站，2006年在西維吉尼亞州的Chemical電站開始運(yùn)行第1座1.2 MW／7.2 MW·h示范站，主要用于削峰填谷，延緩了輸變電設(shè)備的投資，提高了電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率。2008年，NGK 公司在美國明尼蘇達(dá)州Luverne投資興建了1 座1 MW／7 MW·h 的鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于對(duì)當(dāng)?shù)?1 MW 風(fēng)電場(chǎng)的電壓支持，爬坡控制和調(diào)頻。目前，美國已投運(yùn)的鈉硫電池容量達(dá)到9 MW，還將有9 MW 于近2年投運(yùn)。2009年，NGK 公司還與法國EDF公司簽署為期5年的購貨合同，提供150 MW 的鈉硫電池系統(tǒng)。

我國的鈉硫電池研究起步與國際同步，開始是針對(duì)電動(dòng)汽車應(yīng)用，90年代末被迫中止［23］。2005年9月，上海市電力公司與上海硅酸鹽所聯(lián)合對(duì)儲(chǔ)能鈉硫電池開展調(diào)研，于2006年8月21日，雙方簽訂正式合作協(xié)議共同投資開發(fā)儲(chǔ)能鈉硫電池。2007年1月2日，第1 只容量達(dá)到650 Ah的單體鈉硫電池制備成功，在同年5月開展鈉硫電池工程化技術(shù)研究，同時(shí)成立上海鈉硫電池研制基地，實(shí)行準(zhǔn)公司化運(yùn)行。2010年4月，在上海漕溪能源轉(zhuǎn)換綜合展示基地建成國內(nèi)第1座100 kW／800 kW·h的鈉硫儲(chǔ)能電站，主要作為示范研究，為后續(xù)大規(guī)?；剿鹘?jīng)驗(yàn)。

總的說來，從國際形勢(shì)看，日本NGK 在鈉硫電池研發(fā)、生產(chǎn)、商業(yè)運(yùn)營和工程應(yīng)用上取得了巨大的成功。從國內(nèi)形勢(shì)看，我國已在大容量鈉硫電池關(guān)鍵技術(shù)和小批量制備上取得了突破，但在生產(chǎn)工藝、重大裝備、成本控制和滿足市場(chǎng)需求等方面仍存在明顯不足，離真正的產(chǎn)業(yè)化還有一段較長的路要走。

4 鋰離子電池儲(chǔ)能

鋰離子電池因?yàn)榫哂袃?chǔ)能密度高、儲(chǔ)能效率高、自放電小、適應(yīng)性強(qiáng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，得到了快速發(fā)展。近年來，隨著鋰離子電池制造技術(shù)完善和成本不斷降低，許多國家已經(jīng)將鋰離子電池用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，其研究也從電池本體及小容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)逐步發(fā)展到應(yīng)用于大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站的建設(shè)應(yīng)用［24］。

在將鋰離子電池應(yīng)用于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能方面，美國處于領(lǐng)先位置。美國電科院在2008年已經(jīng)進(jìn)行了磷酸鐵鋰離子電池系統(tǒng)的相關(guān)測(cè)試工作，并在2009年的儲(chǔ)能項(xiàng)目研究規(guī)劃中，開展了鋰離子電池用于分布式儲(chǔ)能的研究和開發(fā)，其中包括2 kW／4 kW·h、50 kW／200 kW·h、100 kW／400 kW·h 的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；同時(shí)，美國電科院還在2009年開展了MW 級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范應(yīng)用，主要用于電力系統(tǒng)的頻率和電壓控制以及平滑風(fēng)電等。

表2 國內(nèi)外大型液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一覽表Tab.2 Flow redox battery energy storage system in China and abroad

目前，美國A123 Systems公司開發(fā)出2MW×0.25h的H－APU柜式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。2008年11月，A123 Systems公司聯(lián)合GE 公司，與美國AES公司與合作，于2009年在賓夕法尼亞州實(shí)施了2 MW 的H－APU 柜式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)［25］。同時(shí)，將類似的2個(gè)兆瓦級(jí)磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)分別接入了加利福尼亞的2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，其應(yīng)用主要定位于為電力系統(tǒng)提供包括頻率控制在內(nèi)的輔助服務(wù)和新能源靈活接入。

中國是鋰離子電池生產(chǎn)大國，以比亞迪公司為代表的電池企業(yè)十分注重鋰離子電池儲(chǔ)能的電力應(yīng)用技術(shù)［26－28］。2008年，比亞迪公司開發(fā)出基于磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的200 kW×4 h 柜式儲(chǔ)能電站，并于2009年7月在深圳建成我國第1座1 MW×4 h磷酸鐵鋰離子電池儲(chǔ)能電站，其應(yīng)用方向定位于削峰填谷和新能源靈活接入。

2011年，國家電網(wǎng)公司在張北投產(chǎn)運(yùn)行國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程，該工程項(xiàng)目一期配置了20 MW 的儲(chǔ)能系統(tǒng)，總工程項(xiàng)目預(yù)計(jì)配置75 MW 儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中多數(shù)為鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，希望利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來解決在風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)過程中的幾大問題：以儲(chǔ)能平緩風(fēng)電的波動(dòng)；通過儲(chǔ)能來矯正風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差；利用儲(chǔ)能削峰填谷；通過儲(chǔ)能調(diào)整新能源出力等。同年10月，中國電力科學(xué)研究院與福建電力科學(xué)研究院合作研制開發(fā)移動(dòng)式儲(chǔ)能電站樣機(jī)，這是國內(nèi)首套接入配電網(wǎng)末端的，將有效提高配供電能力的、功率最大的移動(dòng)式儲(chǔ)能電站。2012年6月，該移動(dòng)式儲(chǔ)能電站在福建安溪投入使用。該項(xiàng)目包含2套功率為125 kW×250 kW·h和1套125 kW×75 kW·h的移動(dòng)式儲(chǔ)能電站。2012年8月，遼寧錦州塘坊儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)5 MW×2 h鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目開始正式啟動(dòng)。塘坊儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目是目前國內(nèi)在電源側(cè)建設(shè)的首批儲(chǔ)能項(xiàng)目之一，也是國內(nèi)發(fā)電集團(tuán)建設(shè)的第1個(gè)儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。該儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的主要目的是提高風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電電能品質(zhì)、減少棄風(fēng)、提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力。國內(nèi)外基于鋰離子電池的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)如表3所示。

表3 國內(nèi)外大型鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一覽表Tab.3 Large－scale lithium－ion battery energy storage system in China and abroad

5 其他電池儲(chǔ)能

除了上述電池，國內(nèi)外對(duì)其他化學(xué)儲(chǔ)能也進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了很大的進(jìn)展［29］。

早在2003年，法國Saft公司就在美國阿拉斯加州Fairbanks建設(shè)了1座儲(chǔ)能規(guī)模為27 MW 的鎳鎘電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要用于對(duì)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)提供無功補(bǔ)償，進(jìn)而改善電能質(zhì)量，提高供電穩(wěn)定性。

2008年，中國第1 座以春蘭高能動(dòng)力鎳氫電池為儲(chǔ)能系統(tǒng)的100 kW 國家電網(wǎng)上海儲(chǔ)能電站，成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營，并投入上海世博會(huì)使用。該儲(chǔ)能電站可將晚上電網(wǎng)上多余的電能儲(chǔ)存，為白天用電高峰時(shí)供電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，而且還可以調(diào)壓調(diào)頻、穩(wěn)定電網(wǎng)。

2012年，美國Aquion Energy公司宣布在賓夕法尼亞州的Pittsburgh建設(shè)1座鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能規(guī)模為14 kW×4 h，主要用于電能管理、當(dāng)?shù)仉妷褐巍⒖稍偕茉吹恼{(diào)頻和削峰填谷，改善當(dāng)?shù)仉娔苜|(zhì)量。這是目前為止，鈉離子電池用于儲(chǔ)能系統(tǒng)示范電站的首次嘗試。

2012年，加拿大Hydrogenics公司宣布與德國意昂集團(tuán)合作，贏得了歐洲的1個(gè)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目，為德國北部Falkenhagen 小鎮(zhèn)提供2 MW 的氫儲(chǔ)能設(shè)備。該設(shè)備主要由1個(gè)350 bar的電化學(xué)壓縮機(jī)、30Nm3PEM 電解系統(tǒng)、90 kW 燃料電池組成，將展示和驗(yàn)證將可再生能源發(fā)電與加氫設(shè)施連接后的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性，增加可再生能源發(fā)電量，促進(jìn)電網(wǎng)的平衡。

2012年，澳大利亞Ecoult公司在美國西賓夕法尼亞州Lyon Station建立的1座超級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投入運(yùn)行，該系統(tǒng)的儲(chǔ)能規(guī)模為3 MW×15 min，主要用于對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)與出力爬坡控制，改善電能質(zhì)量，提高供電可靠性。

6 結(jié)語

通過對(duì)各種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)形式在當(dāng)前國內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，可以看到，電化學(xué)儲(chǔ)能因?yàn)榫哂修D(zhuǎn)換效率高、能量高密度化和應(yīng)用低成本化等優(yōu)點(diǎn)，正在成為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用和示范的主要形式，在全球范圍內(nèi)已有不少的實(shí)際工程項(xiàng)目，成功應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)，改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量提供了新的思路和有效的技術(shù)支持。因此，世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家，都在積極開展這方面的研究。我們也應(yīng)該充分利用電力體制改革的良好機(jī)遇.積極開展這一領(lǐng)域的研究，為我國電力系統(tǒng)安全高效運(yùn)行提供新的技術(shù)支持。大規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)市場(chǎng)潛力巨大，具有越來越重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，在未來智能電網(wǎng)的建設(shè)中必將起到越來越重要的作用。

但電化學(xué)儲(chǔ)能也存在一些問題，從電化學(xué)儲(chǔ)能電池本身來看，不同類型電池在功率、能量方面的性能各有側(cè)重，相比于諸多其他儲(chǔ)能類型，電池儲(chǔ)能功能定位需要明確，要深入研究其在不同功能應(yīng)用中的適用性并進(jìn)行相關(guān)示范測(cè)試。

而且電力系統(tǒng)的復(fù)雜環(huán)境使得單一的儲(chǔ)能技術(shù)很難滿足所有的要求，目前還沒有哪一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)能同時(shí)滿足能量密度、功率密度、儲(chǔ)能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本性能等大規(guī)模應(yīng)用的條件，在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，必須根據(jù)實(shí)際要求，研究不同類型電池間、電池與其他儲(chǔ)能介質(zhì)間的組合運(yùn)行，提高電池的功率性能和循環(huán)壽命。將不同的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合使用，充分發(fā)揮各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)，使其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活實(shí)用性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。因此，未來大規(guī)模多類型混合儲(chǔ)能系統(tǒng)有望在電力系統(tǒng)中得到大力的推廣和發(fā)展。

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