电池储能技术应用

电池储能技术应用

摘要：风、光等新能源分布式发电，受天气和气候的影响，出现间隙性和随机

性等使得发电不稳定的缺点正成为阻碍其深度发展的重要障碍，而储能技术的发

展和应用，打破了风电、光伏发电等的接入和消纳瓶颈问题。近年来，国内外许

多专家学者对用于储能系统的主要化学储能电池进行了深入研究并取得了丰硕的

成果。本文在对这些成果进行系统总结的基础上，简要评析电池储能技术作用于

电网系统的现状，重点介绍了不同种类电池的技术的特点，电池储能技术发展现状，展望未来电池储能技术在可再生能源领域的发展前景。

关键词：新能源；储能系统；电池储能；电网系统

0引言

由于全球化石能源的紧张，风能、太阳能等新能源分布式发电得到的大幅度

利用，但风、光等新能源的间隙性和随机性等使得发电的不稳定等缺点正成为阻

碍其深度发展的重要障碍，发电功率难以保证平稳[1]。而电力系统要求是供需一致，为了解决这一问题，在风力发电、太阳能光伏发电等新能源分布式发电系统

中都配有储能装置，起平抑波动、削峰填谷和能量调度的作用[2]。储能技术的发

展和应用，将有助于打破风电、光伏发电等接入和消纳的瓶颈问题，能够降低配

套输电线路容量需求，缓解电网调峰压力；帮助增加可再生能源的渗透率，促进

分布式(微电网)发电的发展；提升电网的稳定性和实现充分的调峰，减少高峰负

荷及对应的电网投资和电源投资；通过电电价设计，促进电力市场自由化[3]。

储能技术形式繁多，其中电池储能是所有储能类型中种类最多、技术更新和

发展速度最快的。从储能原理实现方式上看，电池储能与其他类型储能形式最大

优势在于实现方式的多样性，从而导致了不同电池之间的性能差别巨大；从性能

上看，相比其他储能类型，电池储能具有体积小、反应速度快、安装方便的共同

特点。电池储能技术在新能源分布式发电系统、未来智能电网中将得到大规模的

应用[4]。为了全面了解电池储能技术在新能源发电领域的研究进展，本文主要通

过查询中国知网系列数据库，收集了21世纪以来相关文献资料约20篇，并进行

了综述。

1电池储能技术

电池由微型片状堆叠而成，将化学能转换为电能，反正亦然。预期的电池电

压和电流等级是通过电池的串联或并联获得。电池的储能和容量都是额定的。绝

大多数电池的功率和容量，在电池设计时已经固定。其他重要的参数还包括:效率，寿命即循环的次数，运行温度，放电深度，自放电，以及能量密度等。

目前，电池技术的研发是国家重点发展方向，归纳学者们研究总结的电池中，铅酸电池历史最悠久，技术最成熟且应用广泛。锂离子、NaS和镍氢电池则代表

了高能量密度电池应用的最新技术。其中，锂离子在未来具有最大的开发和优化

潜力。除了尺寸小，重量低的特点，锂离子电池提供了最高的能量密度，存储效

率接近100%，是便携式设备理想的元器件。然而，锂离子技术主要的缺点是由

于需要特殊保护电路，提高了制造的复杂性，造成成本较高，以及过放电对其寿

命的不利影响。

尽管镍氢电池和铅酸可以提供优良的电源脉冲，其体积大，含有毒重金属，

并且自放电严重。NaS电池尽管与镍氢电池电池相似而且重量更轻，却需要300℃持续运行温度，以保证电解液的熔融状态。金属空气电池成本低，能量密度大，

对于初级电池应用中很理想，却很难再充电。

液流电池也有广泛的应用前景，其不会自放电，可以长时间的储存。主要缺

点是成本高，化学反应环境，包括泵系统，流量控制和外部存储等提高了成本。

液流电池技术未来的发展，主要挑战在于能量密度的提高。

2电池储能技术在电网系统中的应用现状

在电网系统中，储能装置及其使用需求是一个相互依存的话题，新能源发电

离不开储能装置就像鱼儿离不开水，但一直配合不够默契。其中限制应用的主要

原因是传统的电网系统中已经有大量的发电设备，并且能够快速调峰适应负荷的

需求。这些系统大部分运行在一个内部连接的模式下，调节其他区域发电机所提

供的电能即可用于平衡负荷。

如今以上的状况正在改变，非传统的可再生能源的大量出现并接入电网，导

致电源输出波动增加而储能设备在提高全部电网稳定性和可靠性方面承担着至关

重要的作用。并且可以根据使用需要调峰，提升传输和分配能力，满足每一个新

兴的用电需求。提高市场中可再生能源的实用价值。电池储能系统

(BESS:Thebatteryenergystoragesystem)源自英文，主要由电池、控制、电能调节系

统和其他器件组成，其响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活，可在毫秒

至秒内实现满功率输出，在额定功率内的任何功率点实现精准控制。研究表明，

持续充/放电时间为15分钟的储能系统，其调频效率约为水电机组的1.4倍，燃

气机组的2.2倍，燃煤机组的24倍。

同时得益于电池成本的不断降低，以及具有快速响应能力的电池储能系统在

增强电网调节能力方面的巨大潜力，应用于电网中的电池储能电站数量及规模也

在显著增加，一大批储能项目并网运行并不断刷新容量记录。2011年12月，拥

有14MW锂电池、2MW液流电池、2MW铅酸电池及1MW钛酸锂电池的国家风

光储输示范工程投运，较好地改善了新能源并网对电网的影响。2015年5月，美国西佛吉尼亚州BeechRidge31.5MW/12.06MW•h储能项目投运，主要参与当地调

频市场。2017年2月，美国SDG&EEscondido30MW/120MW•h储能项目投运，能够自动响应市场信号参与实时电力市场。2017年12月，澳大利亚南澳

100MW/129MW•hTesla锂电池储能项目投运，刷新了已投运电池储能系统规模世界记录的同时，成功阻止了南澳地区一次潜在的由机组脱网引起的频率下降事故，吸引了全世界电力从业人员的目光。电池储能作为电能存储的重要方式，具有功

率和能量可根据不同应用需求灵活配置，响应速度快，不受地理资源等外部条件

的限制，适合大规模应用和批量化生产等优势，使得电池储能在配合集中/分布式新能源并网、电网运行辅助等方面具有不可替代的地位。将其应用于电网侧时，

可以充分发挥其灵活的四象限出力调节能力，实现电网调峰、调频、调压、应急

响应、备用电源等功能应用，具有广阔的发展前景。

但当前，电池储能应用在装备层面受限于3个因素:①长循环寿命低成本的电池技术；②高精度高性能的电池管理技术；③电池组合应用技术。这3个因素

相互影响、相互制约。如若用于新能源分布式发电，由于随机性、波动性等问题

将会对电网造成很大的冲击；此外，电力系统负荷峰谷差不断加大，也严重影响

到了电网运行的经济性。以上问题的解决在很大程度将依赖于储能技术的发展与

应用。

3总结

储能技术包含有不同的转化能源形式，电池储能技术在发电和智能电网中，

有着不可替代得重要作用，是目前解决多发电形式并网和电网稳定运行的实用技术。