储能电池及其在电力系统中应用的新进展

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1、储能电池及其在电力系统中应用的新进展[1][1][2]王育飞，符杨，张宇（1.上海电力学院电力与自动化工程学院，上海200090；2.上海电力公司，上海200122）基金项目:上海市教委重点学科建设项目(J51301)，上海摘要：可再生能源的大量利用和智能电网的构建，使得市科委工程技术研究中心建设项目（10DZ2251100），上海市科委地方能力建设项目（09160501600）资助以储能电池为代表的储能技术日新月异。论文分析了电力储能系统的现实需求，各种储能技术的特点和适用场合；和电池储能。其中抽水蓄能、压缩空气储能和电全面介绍了电池储能系

2、统的结构和工作原理；从削峰填[9-10]池储能适用于大规模储能，如削峰填谷等；谷、稳定可再生能源输出、提高电能质量等几个方面对储而抽水蓄能和压缩空气储能对自然条件有特殊的能电池在电力系统中的应用进行综述，并对电池储能技术要求，抽水蓄能需要上下水库，压缩空气储能需的研发与应用前景进行展望。电池储能技术由于自身具有要有可利用的密闭储气空间；超导磁储能、超级的优势，必将能够在未来的智能电网构建中大显身手。电容储能和飞轮储能由于自放电率较高，较适用[11-12]于短时间储能，如提高电能质量等。常用的关键词：储能电池；储能技术；削峰填谷；可再生能源；大

3、规模电力储能电池有钠硫电池、液流电池和锂电能质量[13-15]离子电池等。0引言1储能电池我国坚强智能电网的构建对储能系统有着现1.1钠硫电池实的大量需求。首先，随着社会总用电量的不断钠硫电池具有能量密度大、运行寿命长（15增加，电力消耗的昼夜峰谷差在日益扩大。以上年以上）、效率高(约89%)、便于现场安装与维护、海市为例，预计2010年和2015年的用电峰谷差无自放电现象、能够提供强脉冲功率、与外界环分别高达13000MW和16000MW；用电低谷电力境友好等优点，特别适用于城市和其他需要的地平衡时，上海电网内的大型火电机组出力大多要区，已

4、成为目前最具市场活力和应用前景的电力减至最低，小型机组更是需要视情况而日开夜停，储能电池。截至2009年，世界各地共应用了200[1]这对机组运行的安全性和经济性都十分不利。多套钠硫电池储能系统，总容量超过300MW，其次，风能、太阳能等可再生能源的输出功率受2000MWh；美国投运3套共9MW钠硫电池储能自然环境的影响，会产生随机的、间歇的波动。系统，另有10MW钠硫电池储能系统在建设中。随着风能等可再生能源在电力系统中占比的逐渐钠硫储能电池是在300℃附近充放电的高温增加，其并网稳定性问题已成为风力发电等技术型储能电池，负极活性物质为金属

5、钠，正极活性[2-5]的关键问题。再次，越来越多具有高度自动化物质为液态硫，传导钠离子的β氧化铝电解质膜生产线的工业企业和涉及信息、安全领域的用户材料将正负极活性物质分开。[6-7]对负荷侧电能质量提出更高的要求。钠硫电池系统的基本单元为单体电池，单体在电力系统中运用储能技术，可以有效地实钠硫电池的结构示意图如图1所示。目前单体钠现用户需求侧管理，消除昼夜峰谷差，平滑负荷，硫电池最大容量达到650安时、功率125瓦。钠能够有效地利用电力设备，降低供电成本；可以硫电池充放电原理示意图如图2所示。钠硫电池促进可再生能源的利用，提高电网系统的运行稳

6、充放电反应式为：定性；可以提高电网电能质量，保证供电的可靠放电[8]2NaxSNaS(1)性。常用的电力储能技术有抽水蓄能、压缩空2x充电气储能、超导磁储能、超级电容储能、飞轮储能在放电过程中，钠(Na)被电离，电子通过外电路流向正极，钠离子(Na+)通过β氧化铝电解质扩散到液态硫(S)正极，并与硫发生化学反应生也使我国继日本之后，成为世界上第二个拥有钠成多硫化钠(Na2Sx)。在充电过程中，多硫化钠分硫电池自主知识产权的国家。短期的研究目标是解成硫和钠离子，钠离子通过电解质膜扩散到负研制兆瓦级的钠硫电池储能系统，能储存8000极，获得电

7、子(e-)形成钠原子。度电，放电8小时。另外，中国电力科学研究院、中科院电工所和华北电网公司等单位也在积极地推进钠硫电池储能系统的研究和示范应用工作。1.2液流电池氧化还原液流储能电池（RedoxFlowBatteryforenergystorage，简称液流储能电池）是由美国的ThallerL.H.于1974年提出的一种电化学储能原理电池。图1单体钠硫电池结构示意图液流储能电池系统由电堆、电解质溶液以及电解质溶液储供体系、系统控制体系、充放电体系等部分组成。液流储能电池系统的核心是电堆，有数十节至数百节进行氧化—还原反应，实现充、放电过程的

8、单电池按照特定要求串、并联而成，结构与燃料电池的电堆有类似之处。图4给出了液流电池的原理图，正极和负极电解液分别装在两个储罐中，利用送液泵使电解液通过电池循环。电池