胡振威 尚磊

摘 要：當(dāng)前，我國乃至世界均處在能源變革的時代，未來世界能源結(jié)構(gòu)體系必將是清潔低碳、綠色高效的。新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)以風(fēng)電和光伏最為成熟，但棄風(fēng)棄光現(xiàn)象在我國“三北”地區(qū)較為頻繁。電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展對解決這一問題有良好表現(xiàn)。電化學(xué)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中具有削峰填谷、一次調(diào)頻、改善電能質(zhì)量等作用，對電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、靈活性提供了保障，因此，電化學(xué)儲能電站在電力系統(tǒng)的實際運用中至關(guān)重要，在今天研究電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展情況也相當(dāng)具有意義。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)儲能技術(shù);削峰填谷;一次調(diào)頻

最近幾年來，國家能源局、國家發(fā)改委和國家電網(wǎng)等其他相關(guān)部門一直在關(guān)注著電能儲存技術(shù)的研究和發(fā)展?fàn)顩r?？芍钡浇裉煲矝]有一種完善的儲能技術(shù)，但是經(jīng)過科學(xué)家不懈努力，一些較為成熟的電化學(xué)儲能技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮著重要作用。

1儲能技術(shù)分類

廣義的儲能技術(shù)，根據(jù)不同能量類型，可分為四大類別：

（1）一次能源的存儲，如煤、石油、天然氣等;

（2）二次能源的存儲，如氫、煤氣、合成天然氣等

（3）電能存儲，如電化學(xué)儲能、機械儲能、電磁儲能等

（4）后消費能量存儲，如蓄熱、蓄冷等。

2電化學(xué)儲能技術(shù)

電化學(xué)儲能技術(shù)主要是利用化學(xué)元素作儲能介質(zhì)，通過元素之間的化學(xué)反應(yīng)從而實現(xiàn)充放電過程的一類儲能技術(shù)。目前就電池儲能技術(shù)而言，鋰離子和液流電池儲存電能的技術(shù)在電力系統(tǒng)的實際應(yīng)用當(dāng)中，比其他電化學(xué)儲能的應(yīng)用較為廣泛。

2.1鋰離子電池儲能

鋰離子電池作為一種二次電池，是目前最具發(fā)展前景和發(fā)展最快的高效化學(xué)儲能電源，電池的電極材料和電解質(zhì)材料的性能和結(jié)構(gòu)對鋰離子電池的性能有決定性影響鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜等多部分組成，電池正極和負(fù)極均采用的是可供鋰離子能夠自由脫嵌的物質(zhì)。在充電的時候，電池正極材料發(fā)生反應(yīng)，使得其中的正離子從材料脫離后，迅速遷移到對應(yīng)的負(fù)極;在放電的時候，電池負(fù)極材料中的鋰會主動失去一個電子變成正離子，遷移到對應(yīng)的正極，從而在這過程中實現(xiàn)轉(zhuǎn)換和儲存能量的功能。從性能上分析鋰離子電池，有很多優(yōu)點，主要包括：電池的工作電壓高;高能量密度;自放電系數(shù)小;工作溫度范圍較寬;可快速充放電;綠色環(huán)保電池。同時鋰電池也有不足，例如成本高、使用壽命不長、安全性問題較差，但隨著不斷地研發(fā)和制造工藝的改進，這些不足之處有希望得到改進。鋰離子電池能夠大容量存儲，這對于新能源的發(fā)展至關(guān)重要，首先可以解決電網(wǎng)調(diào)峰問題;其次風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電配合儲能設(shè)備使用，能有效緩解棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。二次電池除了鎳鎘電池、鎳氫電池之外，鋰離子電池的發(fā)展進程是目前最快的。

2.2液流電池儲能

液流電池通常被稱為氧化還原液流電池，其核心部件是由電解液、離子交換膜、電堆、電極極板四個部分組成。液流電池的正、負(fù)極是一種含金屬溶液活性物質(zhì)，電解質(zhì)溶液在兩個儲液罐中獨立儲存，溶液在電堆的閉合回路中流動，通過離子交換膜的電極一側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，另一側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，進而實現(xiàn)存儲和釋放電能的作用。儲液罐中電解液的多少是決定電池電能儲存容量的大小的關(guān)鍵，電解液越多，儲能容量越大;電池輸出功率的大小由能夠在離子交換膜兩側(cè)的電極極板反應(yīng)面積來決定。目前全釩液流電池在市場上應(yīng)用是最多的，其具有以下優(yōu)點：儲存電能容量大、能量釋放效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)快速充放電、循環(huán)使用壽命長等。商業(yè)化是全釩液流電池的趨勢，可以對風(fēng)力發(fā)電曲線起到很好地平滑作用。但目前液流電池技術(shù)還存在幾個關(guān)鍵問題：電解質(zhì)溶液的穩(wěn)定性有待進一步提高;在運行時電池電流密度低;電池系統(tǒng)造價高;儲液罐占地面積大等。核心材料部件性能的提升是解決液流電池穩(wěn)定性、高效性、經(jīng)濟性和實用性等問題的關(guān)鍵所在。

3電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

儲能有著節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點，是實現(xiàn)靈活用電的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)朝著智能化方向發(fā)展基礎(chǔ)。電化學(xué)儲能技術(shù)目前在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中主要包括以下幾個方面：電力調(diào)峰、AGC一次調(diào)頻、保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性等。

3.1削峰填谷

削峰填谷是儲能電站較為有特點的應(yīng)用，是調(diào)整電力負(fù)荷的一種措施，減小電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差，能夠改善電力系統(tǒng)日負(fù)荷率，從而使得發(fā)電設(shè)備及整體電網(wǎng)在運行過程中的效率大大提高。電力需求在不同的季節(jié)、不同的時間存在著較大的峰谷差，在用電高峰時，現(xiàn)有機組容量供不應(yīng)求，但通過新增發(fā)電機組來滿足需求越來越困難。若能建立反應(yīng)速度快、經(jīng)濟性又好的大規(guī)模電化學(xué)儲能電站，便可將低谷時電能轉(zhuǎn)化為高峰電能，不僅實現(xiàn)了調(diào)節(jié)負(fù)荷的作用，還可以減少輸電線路的損耗，使得設(shè)備利用率提高，為用電高峰期的可靠性提供保障。

3.2一次調(diào)頻

電化學(xué)儲能電站結(jié)合目前較為先進的電能控制和轉(zhuǎn)化等多種技術(shù)，來實現(xiàn)電站對電網(wǎng)的快速響應(yīng)，使得一次調(diào)頻能夠更加精準(zhǔn)，進而起到改善電網(wǎng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的作用。當(dāng)儲能電站作為網(wǎng)側(cè)儲能電站時，在其與電力系統(tǒng)進行有功、無功交換過程中是獨立進行的，正因為這一特點，在電網(wǎng)因為故障出現(xiàn)負(fù)荷波動時，儲能電站可以快速調(diào)節(jié)出力使電力系統(tǒng)頻率得到穩(wěn)定。

4結(jié)語

從目前我國已發(fā)行的儲能政策和電化學(xué)儲能的發(fā)展趨勢來看，新型儲能電站項目的快速發(fā)展是大勢所趨，電化學(xué)儲能電站將成為電網(wǎng)不可或缺的一部分。電化學(xué)儲能技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了供電壓力、棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，對于推動可再生能源應(yīng)用、智能電網(wǎng)發(fā)展有著重要意義?，F(xiàn)階段，我國電化學(xué)儲能技術(shù)面臨著機遇和挑戰(zhàn)，要積極開展并加快推進技術(shù)的研究，為電力系統(tǒng)安全高效運行提供強有力的支持。

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