基于能源互联网背景的储能二次电池技术发展分析

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1、第35卷第3期2014年6月国防科技NATIONALDEFENSESCIENCE&TECHNOLOGYVol．35，No．3Jun.2014基于能源互联网背景的储能二次电池技术发展分析郑春满，李宇杰，刘勇，谢凯，盘毅（国防科学技术大学航天科学与工程学院,湖南长沙410073）[摘要]能源互联网是在现有配电网基础上，融合新能源技术和互联网技术，将分布式能源采集装置和分布式能源储存装置联合发展起来的新技术，对于优化能源结构和提高能源利用具有重要的意义。文章以能源互联网对储能电池的需求为背景，首先归纳了能源互联网

2、对于储能电池的要求，在此基础上重点分析了多种可应用于能源互联网的储能电池的性能与特点，并对其未来发展趋势进行了展望。[关键词]能源互联网；二次电池；分布式能源；机理[中图分类号]TK02[文献标识码]A[文章编号]1671-4547(2014)03-0014-06DOI:10.13943/j.issn1671-4547.2014.03.04一、引言美国著名经济学家杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中提出能源互联网的概念。2008年，美国在北卡州立大学建立研究中心，希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统，在未来

3、配电网层面实现能源互联网理念，并提出了能源路由器的概念。同年，德国提出了E-Energy理念和能源互联网计划。近年来，能源互联网逐渐成为智能电网的发展方向[1]。能源互联网是一种在现有配电网基础上，通过先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各类负载构成的新型电力网络节点互联起来，实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络[1,2]。如图1所示的以可再生能源发电为基础构建的能源互联网基本结构，通过智能能量管理系统实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源的接

4、入。能源互联网是一个能量与信息深度融合的复杂系统，面临着一系列的科学问题和技术挑战。其中，先进储能技术是必须解决的关键技术之一。储图1能源互联网基本结构及储能技术关键作用[3]能装置有三个方面的作用：一是改善电能质量，维持系统稳定；二是在分布式发电装置不能正常工作时向用户提供电力；三是提高分布式发电单元拥有者的经济效益。储能是指将能源以不同的形式存储起来，需要时再将其释放出去的一种过程。随着技术的发展，储能技术主要包括以抽水储能、压缩空气储能等为代表的物理储能，以铅酸电池、锂电池、钒电池、钠硫电池、燃料电池等

5、为代表的电化学储能，以超导储能、飞轮储能及超级电容等为代表的新型储能以及相变储能等四类。其中，随着技术发展[收稿日期]2014-05-09[作者简介]郑春满,男，副教授，硕士生导师，博士，国防科学技术大学航天科学与工程学院。郑春满等：基于能源互联网背景的储能二次电池技术发展分析15和新型电池研制成功，储能二次电池在诸多领域受到越来越多的关注[4]。本文首先归纳了能源互联网对于储能电池的要求，在此基础上重点分析了多种可应用于能源互联网的储能电池，如铅酸电池、锂离子二次电池、钠硫电池、锂硫电池和液流电池等，对比分析

6、了各类储能电池的性能特点，并对其未来发展趋势进行了展望。二、能源互联网对于储能电池的需求在能源互联网系统中，新能源如风能和太阳能是重要组成部分，但无论是风能还是太阳能，都存在受自然环境约束的问题，如太阳能只能在白天提供电源，而风能则存在不稳定的缺点，很难直接应用于电网中，因此均需要引入储能环节。储能环节不仅可以有效实现需求管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，而且可以有效地利用电力设备，降低供电成本，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。就目前发展和应用现状，不同储能形式具有不同的特点和优势

7、，能源互联网系统的复杂性使得单一储能技术往往难以满足所有要求。没有一种储能形式同时具备大容量存储、快速充放、可靠性高、成本低等大规模应用条件，在实际应用中必须结合经济性和技术性两方面权衡考虑。各种储能技术的发展程度、系统规模及应用环节比较如图2所示[5]。较长的使用寿命（如3-5年）才具有实用价值。（2）高能量密度。虽然能源互联网的储能系统不需要具有机动性，但要求电源的体积和重量越小越好。（3）高功率密度。储能电池需要具有较高的功率密度，以保证系统能够应付突发状况。（4）低成本。成本是能源互联网储能电池必须考

8、虑的重要因素，关系到其应用的推广。三、基于能源互联网的储能电池体系根据上述需求分析，可用于能源互联网的储能电池种类有很多，如铅酸电池（lead-acidbat-tery）、镍氢电池（nickelmetalhydridebattery）、镍镉电池（nickelcadmiumbattery）、锂离子电池（lithium-ionbattery）、锂硫电池（lithiumsulphurbatt