电化学储能在电力系统中的研究进展

胡振威 尚磊

摘 要：当前，我国乃至世界均处在能源变革的时代，未来世界能源结构体系必将是清洁低碳、绿色高效的。新能源并网发电技术以风电和光伏最为成熟，但弃风弃光现象在我国“三北”地区较为频繁。电化学储能技术的发展对解决这一问题有良好表现。电化学储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、改善电能质量等作用，对电力系统的安全性、稳定性、灵活性提供了保障，因此，电化学储能电站在电力系统的实际运用中至关重要，在今天研究电化学储能技术的发展情况也相当具有意义。

关键词：电化学储能技术;削峰填谷;一次调频

最近几年来，国家能源局、国家发改委和国家电网等其他相关部门一直在关注着电能储存技术的研究和发展状况。可直到今天也没有一种完善的储能技术，但是经过科学家不懈努力，一些较为成熟的电化学储能技术已经发挥着重要作用。

1储能技术分类

广义的储能技术，根据不同能量类型，可分为四大类别：

（1）一次能源的存储，如煤、石油、天然气等;

（2）二次能源的存储，如氢、煤气、合成天然气等

（3）电能存储，如电化学储能、机械储能、电磁储能等

（4）后消费能量存储，如蓄热、蓄冷等。

2电化学储能技术

电化学储能技术主要是利用化学元素作储能介质，通过元素之间的化学反应从而实现充放电过程的一类储能技术。目前就电池储能技术而言，锂离子和液流电池储存电能的技术在电力系统的实际应用当中，比其他电化学储能的应用较为广泛。

2.1锂离子电池储能

锂离子电池作为一种二次电池，是目前最具发展前景和发展最快的高效化学储能电源，电池的电极材料和电解质材料的性能和结构对锂离子电池的性能有决定性影响锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜等多部分组成，电池正极和负极均采用的是可供锂离子能够自由脱嵌的物质。在充电的时候，电池正极材料发生反应，使得其中的正离子从材料脱离后，迅速迁移到对应的负极;在放电的时候，电池负极材料中的锂会主动失去一个电子变成正离子，迁移到对应的正极，从而在这过程中实现转换和储存能量的功能。从性能上分析锂离子电池，有很多优点，主要包括：电池的工作电压高;高能量密度;自放电系数小;工作温度范围较宽;可快速充放电;绿色环保电池。同时锂电池也有不足，例如成本高、使用寿命不长、安全性问题较差，但随着不断地研发和制造工艺的改进，这些不足之处有希望得到改进。锂离子电池能够大容量存储，这对于新能源的发展至关重要，首先可以解决电网调峰问题;其次风力发电和光伏发电配合储能设备使用，能有效缓解弃风弃光现象。二次电池除了镍镉电池、镍氢电池之外，锂离子电池的发展进程是目前最快的。

2.2液流电池储能

液流电池通常被称为氧化还原液流电池，其核心部件是由电解液、离子交换膜、电堆、电极极板四个部分组成。液流电池的正、负极是一种含金属溶液活性物质，电解质溶液在两个储液罐中独立储存，溶液在电堆的闭合回路中流动，通过离子交换膜的电极一侧发生氧化反应，另一侧发生还原反应，进而实现存储和释放电能的作用。储液罐中电解液的多少是决定电池电能储存容量的大小的关键，电解液越多，储能容量越大;电池输出功率的大小由能够在离子交换膜两侧的电极极板反应面积来决定。目前全钒液流电池在市场上应用是最多的，其具有以下优点：储存电能容量大、能量释放效率高、能够实现快速充放电、循环使用寿命长等。商业化是全钒液流电池的趋势，可以对风力发电曲线起到很好地平滑作用。但目前液流电池技術还存在几个关键问题：电解质溶液的稳定性有待进一步提高;在运行时电池电流密度低;电池系统造价高;储液罐占地面积大等。核心材料部件性能的提升是解决液流电池稳定性、高效性、经济性和实用性等问题的关键所在。

3电化学储能在电力系统中的主要应用

储能有着节能、环保、经济等优点，是实现灵活用电的基础，也是电网朝着智能化方向发展基础。电化学储能技术目前在电力系统的应用中主要包括以下几个方面：电力调峰、AGC一次调频、保证电网运行的稳定性等。

3.1削峰填谷

削峰填谷是储能电站较为有特点的应用，是调整电力负荷的一种措施，减小电网负荷的峰谷差，能够改善电力系统日负荷率，从而使得发电设备及整体电网在运行过程中的效率大大提高。电力需求在不同的季节、不同的时间存在着较大的峰谷差，在用电高峰时，现有机组容量供不应求，但通过新增发电机组来满足需求越来越困难。若能建立反应速度快、经济性又好的大规模电化学储能电站，便可将低谷时电能转化为高峰电能，不仅实现了调节负荷的作用，还可以减少输电线路的损耗，使得设备利用率提高，为用电高峰期的可靠性提供保障。

3.2一次调频

电化学储能电站结合目前较为先进的电能控制和转化等多种技术，来实现电站对电网的快速响应，使得一次调频能够更加精准，进而起到改善电网的动态特性与静态特性的作用。当储能电站作为网侧储能电站时，在其与电力系统进行有功、无功交换过程中是独立进行的，正因为这一特点，在电网因为故障出现负荷波动时，储能电站可以快速调节出力使电力系统频率得到稳定。

4结语

从目前我国已发行的储能政策和电化学储能的发展趋势来看，新型储能电站项目的快速发展是大势所趋，电化学储能电站将成为电网不可或缺的一部分。电化学储能技术的出现，很好地解决了供电压力、弃风弃光现象，对于推动可再生能源应用、智能电网发展有着重要意义。现阶段，我国电化学储能技术面临着机遇和挑战，要积极开展并加快推进技术的研究，为电力系统安全高效运行提供强有力的支持。

参考文献：

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