电化学储能在发电侧的应用

电化学储能在发电侧的应用

舒巍

特变电工新疆新能源股份有限公司  新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：随着我国环境保护的不断加强，新能源发电装机的比重逐步提高，中国的能源结构也在逐步转变，储能系统日益被认为是能源产业提高电能质量、推广新能源的重要手段。此外，随着储能技术的进步、产品质量的提高和成本的降低，已经为商业活动，特别是为各种电化学储能技术的发展，引进了储能技术，从而逐步扩大储能的范围除了技术进步之外，国家政策和条例的颁布以及电力市场改革的深化，也促进了电化学储能技术的应用和推广。本文简要分析了电化学储能的使用现状，总结了国家政策和标准在电化学储能行业的发展情况，并介绍了电化学储能的类型、技术路线和关键技术。

关键词：电化学；储能；发电侧；应用分析

前言

近年来，中国的电力生产和消费总量居世界前列，保持着快速增长的趋势。近年来迅速发展起来的储能技术是可行的。通过全球可再生能源运动提高能源的成本和性能、电力网络的现代化和智能、取消电力市场改革产生的净电力补偿政策、参与批发电力市场、奖励措施为了确保电网安全、提高电力质量、增加可再生能源的比例和提高能源使用效率，必须具备时空能量传输能力。本文分析了电化学储能在发电侧的应用。

一、电化学储能技术概述

1.电化学储能电池

电化学储能电池有多种应用形式，应根据实际应用中的需要选择。铅和锂离子电池目前使用最广泛。在可再生能源网络能源领域，锂离子电池通常是首选电池。锂离子电池有几种类型。锂离子电池主要包括磷酸铁、锂锰、锂钴、锂镍钴锰和锂钛电池。其中磷酸锂电池的优点是结构稳定、高温循环性能好，但这种电池技术也有缺点，难以实现大规模生产，生产过程中的技术要求较高。锂离子电池有许多缺点，充电和放电过程中结构容易改变，容量在高温下可能呈现明显的衰减趋势。钴锂电池之所以未被广泛使用，是因为它们在过载时具有危险性。在发电侧除了会广泛应用锂离子电池，有时也会应用液流电池和钠硫电池。但是，钠硫电池不仅可以产生经济而且危险的强加热反应，因此不能广泛用于电力储能行业。液流电池具有明显的安全优势，其使用寿命足够长，完全适合于峰值调节。相比之下，铅酸电池的优点是价格低廉。它们没有得到广泛使用，主要原因是寿命短，能源密度低。

2.储能系统集成技术

(1)电池组与电池寿命的关系。电池寿命可以通过组合容量相同、充电和放电特性相同以及内部电阻相同的电池来延长。反之，如果容量、内部阻力以及负载和卸载特性不一致，电池寿命将缩短。(2)蓄电池组与温度调节的关系。温度过高可能会导致电池安全问题、容量减少，并最终缩短电池寿命。因此，需要使用热量管理技术来有效地控制电池温度，当前多采用风冷或者液冷方式。(3)电气安全问题。电池系统通常应以科学的方式进行串联和并行连接，以确保电力和电压的合理分配，并避免发生电气安全事故。(4)电化学储能变换器。储能电化学变换器主要用于连接储能网和储能网。从新一代发电的目前特点来看，储能电化学变换器的研究主要集中在大功率大容量上。(5)应用系统拓扑。包括信息流结构、直流或通信形式的充放电、功率和电流分布、电压选择等。

二、电化学储能产业政策及标准现状

1.多项利好政策的颁布

电化学储能技术的进步促进了工业应用。为了确保妥善发展电化学储能工业，国家和地方政府迄今已发布了近50份关于电化学储能的政策、规划、指导和其他文件，30多份关于辅助电力服务的政策和近20份关于小型电网的政策，其中大部分涉及这些政策的通过优化了能源储能行业的发展结构，大大有助于改善和加快能源储能行业的发展。

2.标准和体系的缺乏

工业技术标准和测试认证制度的公布略落后于国家和地方政策在电化学储能工业中的应用速度和数量。截止目前，在电化学储能部门实施的国家标准不到20项。在电化学储能的技术层面上，系统设备的性能指标没有明确界定，系统在各种情况下的应用策略也没有针对性。目前，系统的生产、安装、运输、集成、功能验证、运行后维护等方面都有。工业中的电化学储能设备迫切需要标准和认证制度，以确保安全和成功地发展电化学储能项目。

三、电化学储能在发电侧的应用方向

1.大规模新能源并网领域

近年来，中国电力行业逐步向低碳方向发展，新能源发电取得了长足进步，风电和光伏发电普及率有所提高。在西北地区的一些省份，新能源发电能力已达到当地电力负荷的100%。但是，由于新能源的波动性，不能忽视电网安全的稳定性。与此同时，《风电场接入电力系统技术规定》和一些地区的两项条例对新能源互联指标提出了严格要求。此外，为弥补新能源MPPT模式带来的问题而加装的集中式无功补偿装置，给新能源的投资运行带来了挑战。因此，当前研究的一个热点是研究一种经济、有效和成功的模式，这种模式将电化学储能与新能源发电相结合。电化学储能在新能源领域既有功率型又有能量型的应用，这是由于新能源发电的波动从秒到小时而造成的。在实际工程项目的应用中，光伏主要以能源为主，风电主要以电力为主。电化学储能由于反应速度快、升级率高，可发挥调节有功功率、支持调频、支持被动反应无功、跟踪新能源大规模网络中的计划力等功能。

2.微电网领域

微电网包括分布式电源、交流/直流负载、储能、配电和控制系统。可以充分利用当地发电资源，实现自给自足和上网。电化学储能在微电网中的作用主要包括两点:(1)提高微电网的稳定性和电能质量。电化学储能系统可提供快速功率缓冲器，吸收/补充电能，提供主动无功功率支撑，消除电压波动。能源管理系统(EMS)可共同控制分散式电力生产、能源存储装置和主要电网，减少分散式电力的波动性，并促进稳定性。储能还可以解决微电网的一些协调管理问题，从而提高微电网的电能质量。(2)峰谷电价套利。电化工储能峰谷仲裁是指在电价较低时充作储能的成本效益高的模式，在高峰时期充作负荷。目前有铅酸电池、磷酸铁锂电池、氧化钒电池和液流电池。

3.电力辅助服务领域

从电力供应的角度来看，随着新能源在电网中所占份额的增加，为了稳定具有很大波动性的风力或光伏发电，电网必须具有相应的备用电力能力。从电力需求的角度来看，随着电力市场改革的深入，为了确保电力市场的稳定，提高电力的安全和质量，还需要使储能等快速反应能源参与辅助服务市场辅助服务主要包括频率调制、SVG无功补偿、电网黑启动等。峰值调节主要基于能量，而频率调制是一种传统的基于能量的应用。电化学储能电池可充分利用其调节精度、响应时间、调节速度等优点，并与发电机组协同工作，优化发电机组AGC频率调制综合性能指标，根据性能付费原则获得更多的辅助服务利润。AGC是工作时间短、功耗高和能耗低的高容量电池的理想选择。将高功率因数电池装入容器时，必须设计单独的通风管道以提高系统的安全性能。

结束语

目前，我国的电化学储能技术主要包括电化学储能技术和储能系统集成技术。结合我国新能源生产中电化学储能利用现状，可以看出储能系统能够保证新能源的持续稳定生产，参与调频辅助电压调节服务，也发挥作用。今后，需要进一步加强其研究工作，以便最大限度地发挥其效益。

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