适用于分布式发电的储能技术比较(1)

摘要：分布式发电与储能技术的结合大大提高了系统的能源利用率，改善系统的稳定性、可靠性以及经济性。该 文在简单分析了各种可用于分布式发电的各种储能技术之后，重点对比研究了各种电池储能技术，认为锂离子电 池储能系统是目前最有发展前景、最有应用优势的储能方式。

分布式发电，一般指为满足用户特定的需要、支持现 存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求，且在用 户现场或靠近用户现场配置功率为数千瓦到50 MW的小 型且与环境兼容的发电机组;从更广泛的定义来看，分布 式发电指的是任何安装在用户附近的发电设施，包含热电 联产、冷热电联产以及各种蓄能技术等，而不论这种发电 形式的规模大小和一次能源的使用类型[1]。

分布式发电技术有多种分类方式，按发电能源是否可 以再生分为两大类 ：一类利用可再生能源，主要包括风 力发电、太阳能光伏、小水电、地热能、生物质能、海洋 能等发电形式;另一类利用不可再生能源，主要包括热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。其中的风力 发电和太阳能光伏技术，具有的波动性、随机性、间歇性 成为制约新能源并网的关键问题，而储能技术则是解决这 一问题的有效手段。

目前储能技术在全球范围得到关注，取得了迅速的发 展，储能在分布式发电中起的作用可概括为三个方面[3]： 对系统起稳定的作用;适量的储能可以在分布式发电单元 不能正常运行的情况下起过渡作用;储能使得不可调度的 分布式发电单元能够作为可调度机组单元运行，实现与大 电网的并网运行，提供削峰、紧急功率支持等服务。

1适用于分布式发电的储能技术

储能技术具有极高的战略地位，长期以来世界各国都 在一直不断支持储能技术研究和应用，并给予大力的财政 资助。可用于分布式发电的储能方式主要有电池储能、抽 水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、超导储能。超导储能 目前受制于技术的进步，短期内看不到大规模应用的前 景;飞轮储能转换效率较低，大功率飞轮实现难度大;压 缩空气储能对安全要求较高，实现存在一定难度。国内主 要倡导的是抽水蓄能和电池储能。抽水蓄能电站技术成 熟、存储容量大、运行寿命长，适宜于电力系统的大容量 储能，但是受水资源和地理条件的限制。因此，电池储能 的技术研究是目前分布式发电领域研究热点之一。

1.1 钠硫电池

钠硫电池由美国福特(Ford)公司于1967年首先发 明，至今已有40多年的历史。然而，受困于电池的性能提 升、安全可靠性保障技术、成本以及规模化生产的工艺和 装备技术，尤其是核心部件氧化铝陶瓷管(在电池中起隔 膜作用)的制造及保持电池一致性的批量化生产工艺，使 世界上多家曾经涉足过钠硫电池研发的公司陆续退出。

1.2 液流电池

液流电池全称为全钒离子氧化还原液流电池，液流电 池中的两个氧化-还原电对的活性物质，分别装在两个大 储液罐中的溶液中，各用一个泵，使溶液流经电池，并在 离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应。单电 池通过双极板串联成堆。钒液流电池作为储能电源，主要 用于电厂(电站) 调峰电源系统、大规模的光电转换系 统、风能发电的储能电源以及边远地区储能系统、不间断 电源或应急电源系统等。

1.3 镍氢电池

作为碱性电池的镍氢电池与铅酸电池比较，具有容量 大、结构坚固、充放循环次数多的特点，但价格也高一 些。镍氢电池是新型环保的二次碱性电池，正极材料为羟 基氧化镍，负极材料为储氢合金粉，不含铅、铬、汞等有 毒物质。镍氢电池是密封免维护电池，正常使用过程中也 不会产生任何有害物质。

1.4 锂离子电池

锂离子电池是新型绿色环保蓄电池，主要结构分为正 极、负极、电解液、隔膜。当放电时，锂离子从负极释放 出进入正极，充电时，锂离子从正极释放进入负极。锂离 子电池按正极材料分类主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、 三元材料、磷酸亚铁锂等。各种系列锂电池特性比较如 下：磷酸亚铁锂，因为高放电功率、成本低、可快速充电 且循环寿命长(1000次以上)，在高温高热环境下的稳定

性高(300℃高温以上才有安全隐患)，在大容量、高功 率、安全性方面表现出最佳的性能;三元材料是钴锰镍混 合材料，所表现出的电化学性能兼备了钴锰镍三者的优 点，弥补了各自的不足，具有高比容量、成本较低、循环 性能稳定、安全性能较好等特点，多在小型功率型电池设 计中采用;锰酸锂安全性比钴酸锂高，但高温环境的循环 寿命较差(500次);钴酸锂容量较高，最大的问题是安 全性差、成本高、循环寿命短。

2各种电池储能优缺点及应用现状

2.1 钠硫电池

钠硫电池最早发明于20世纪60年代中期，以钠和硫分 别用作阳极和阴极，Beta-氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解 质的双重作用。

钠硫电池优点：比能量高;可大电流、高功率放电; 充放电效率高。缺点：工作温度较高(300～350 ℃); 充电状态只能用平均值计量，需要周期性的离线度量;由 于硫具有腐蚀性，电池壳体需经过严格耐腐处理;技术受 国外垄断。

目前，全球只有日本NGK拥有成熟的钠硫电池生产 和研发体系，在市场上也有成熟的应用业绩。我国在大容 量钠硫电池关键技术和小批量制备(年产2MW)上也取 得了突破，但在生产工艺、重大装备、成本控制和满足市 场需求等方面仍存在明显不足。上海市电力公司与上海 硅酸盐所联合开发储能钠硫电池，已建立了钠硫电池的2 MW中试线，并制备了650Ah的钠硫单体电池样品，但是 在循环寿命、充放倍率、生产成本等关键性能指标上距离 NGK仍然有较大的差距。