锂电池储能技术及其在电力系统中的应用研究

锂电池储能技术及其在电力系统中的应用研究

陈蓓李劲齐亮上海电气集团股份有限公司中央研究院（200070）

陈蓓（1985年11月~），女，华东理工大学控制科学与工程专业毕业，博士。从事储能技术、电力电子方面的探索研究工作。联系邮箱：chenbei@

摘要：本文首先介绍了储能产业的国内外发展情况，然后对锂离子电池储能技术的研究现状进行了重点阐述，并对储能技术在电力系统中的应用情况进行统计，分析了锂离子电池储能技术的优势应用领域，列举了国内外较具代表性的锂离子电池储能示范工程。综合考虑规模等级、设备形态、技术水平和经济成本，锂离子电池储能技术具备大力推广的潜力，但还需克服技术难点，朝着高安全、长寿命、低成本的目标努力发展。

关键词：锂离子电池；储能技术；电力系统

中图分类号：TM911.14

Onlithium battery energy storage technology and its

application in power system

Abstract: In this paper, the development of the energy storage industry and the research of the lithium battery energy storage technology are discussed.By analyzing theapplications of the energy storage technologies in power system, the domain application of lithium battery energy storage technologyareinvestigated, and some representative lithium battery energy storage demonstration projects are given. Considering the scale level, the device forms, technology and economic cost, lithium battery energy storage technology has the potential to promote, but also need to overcome technical difficulties toward high safety, long life, and low-cost development goal.

Key Words: lithium battery; energy storage technology; power system

引言

日益突出的环境问题和资源问题促进了新能源的迅猛发展，目前，这些可再生能源的发展面临电力品质差和并网难的瓶颈问题。同时，现阶段用户对电能质

量和电力品质要求越来越高，传统的电力系统已经不能很好地满足用户的需求，智能电网和微电网等电网新技术应运而生。储能技术是解决新能源发电并网、建设智能电网和微电网的关键技术，将迎来巨大的市场机遇。

作为新兴产业，储能在2008年之后一直保持较快增长，据中关村储能产业技术联盟（China Energy Storage Alliance，CNESA）项目库不完全统计，全球储能项目在电力系统的装机总量已经从2008年的不足100MW发展到2013年10月的726.7MW（不包含抽水蓄能、压缩空气储能及储热），年复合增长率达到193%。从地域分布上看，无论是项目数量还是装机规模，美国与日本仍然是最主要的储能示范应用国家，分别占41%和39%的全球装机容量份额。根据市场调查公司Pike Research的报告数据，全球储能市场将在未来十年实现100倍的增长，此间将吸引投资额1220亿美元。欧洲储能协会(EASE)副会长杰里斯•瑞德斯戈尔德(Jillis Raadschelders)表示，到2030年，储能市场的规模累计将达5000亿欧元。

本文首先对储能产业的国内外发展情况进行阐述，然后重点对锂离子电池储能技术及其在电力系统中的应用研究展开分析。

1.国内外发展概况

美国是储能发展较早的国家，目前拥有全球近半的示范项目，并且出现了若干实现商业应用的储能项目。美国同时还是多种储能技术的发源地，同时也代表着这些技术发展的最高水平。美国储能技术的发展和应用与政府政策的支持密不可分。美国储能相关政策具备全面性和可持续发展的特征，同时辅助于大规模的政府资金支持。2009年上半年，美国政府拨款20亿美元用于支持包括大规模储能在内的电池技术研发。同年11月，美国能源部又拨款近2亿美元支持规模化储能技术研发。2013年6月，加州将储能纳入输配采购及规划体系中，推动输电、配电等环节配置储能，解决电网管理问题。目前该项计划已经吸引了大批风险投资的涌入。

受限于国内资源匮乏，日本是最早、最积极发展新能源和储能的国家之一。经过2011年福岛核电站事故后，日本将推动户用储能作为产业扶持的重点。2012

年4月出台家庭储能系统补助金政策。用户在购买获得SII认证机构认可企业的新能源产品、严格按要求安装并通过SII机构的审核后，便能获得所购买新能源产品总价值1/3的补助，最高可获得100万日元补助金。在这项政策的支持下，2013年，越来越多的储能系统获得补助并投放市场。另外，日本在推动智能电网/智能城市建设方面处于国际先列。日本经济产业省确定的横滨市、丰田市、关西文化学术研究都市、北九州市4个地区目前正进行实证实验，从能源管理系统、需求侧响应、电动汽车（EV）与家庭的互动设计、蓄电系统的优化设计及智能交通等方面实现区域内能源的整体优化使用。不仅在日本，全球智能城市或社区的规划与建设也成为热点，储能在这一领域的市场前景也十分广阔。

为应对“弃核”政策，德国正在持续发展风能、光伏等可再生能源。2013年，相比其它国家，德国在推动储能产业方面的动作较大，2013年和2014年2年共计划投资5000万欧元，对新购买储能系统的用户直接进行补贴，有效地促进了户用储能市场的发展。目前已有30MW的项目获得补贴，国内外公司也纷纷抢占市场，如博士公司推出一款针对德国住宅光伏市场的产品，可以满足一个典型的四口之家80%及以上的电力需求；LG化学公司联合德国SMA公司开发符合德国补贴标准的家用能源管理系统等。这一补贴政策的实施是推动储能产业市场化的重要里程碑，用户已经开始意识到安装光伏储能系统实现自发自用所带来的价值，市场对储能系统的投资有望大幅增加。据预测，由于这一储能补贴计划的出台，德国在未来5年的储能装机容量有望达到2GW·h。

印度、马来西亚、印尼等东南亚国家是微电网的新兴市场。这些地区海岛众多，无电人口比例大，有些岛屿的无电人口覆盖率甚至高达70%。鉴于这些岛屿的地理因素和经济状况，微电网成为唯一的解决方式。目前这些国家的政府已经发布解决无电人口的目标与计划，马来西亚沙巴洲、Mersing群岛等已经成功引进微网系统解决当地供电问题，更多的岛屿对包括储能在内的微网技术的需求在增加。

欧盟电网计划（EEGI）近期发布了《欧洲储能创新图谱》报告，对欧洲14个国家储能研究、开发与示范项目进行了统计分析。在过去5年，这些国家公共投资和受到欧盟委员会直接资助的项目总数达到391个，总投资额9.86亿欧元。