几类面向电网的储能电池介绍_蒋凯.pdf

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1、第３７卷第１期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１２０１３年１月１０日Ｊａｎ．１０，２０１３ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１２１０００３几类面向电网的储能电池介绍蒋凯１，２，李浩秒１，２，李威１，２，程时杰１（１．强电磁工程与新技术国家重点实验室，华中科技大学，湖北省武汉市４３００７４；２．华中科技大学材料科学与工程学院，湖北省武汉市４３００７４）摘要：储能技术在现代电力系统中的作用日益凸显，储能电池则是大规模储能技术的重要发展方向。文中就目前比较成熟的储能电池体系，包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池的发展历史、研发现状，以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了

2、讨论。文中重点介绍了钠离子电池和液态金属电池等２类新兴的电化学储能技术的研究现状、技术优势及现存挑战等。通过比较，认为在进一步提高现有电池性能、降低储能价格的同时，亟需发展下一代能满足大规模储能应用的电化学储能新体系。关键词：电化学储能；钠离子电池；液态金属电池；铅酸电池；锂离子电池；液流电池；钠硫电池０引言弃风情况比较严重，弃风率约１６％。“三北”地区弃风电量达１２．３ＴＷ·ｈ，折合火电标准煤耗３．８４×电力能源以其清洁、便利等特点，已成为人类现６６１０ｔ，折合ＣＯ２减排量７．６×１０ｔ。因此，就目前而代生产和生活中不可或缺的重要部分。目前全球发言，风电和光伏发电入网问题一

3、直是限制其快速发电能力约为２０ＴＷ，这一数值预计在本世纪中叶将展的瓶颈问题。翻一番。现阶段全球电力能源仍以火电为主体（占一般认为，大规模储能可以有效消纳可再生能到了６８％，而中国更高达７５％以上），核电和水电为源发电，从而在很大程度上提高风电等入网效率。［１］辅。火力发电产生的废气给环境保护带来了巨大同时，为实现电力的削峰填谷、改善电力供需矛盾、压力。加上煤炭、石油等石化资源的不均衡分布和提高发电设备利用率、发展智能电网，电力系统自身有限储量，使得电力能源成本持续攀升，电力使用的［３］也对大规模储能技术提出了迫切的需求。因此，安全保障逐渐下降。研究和开发高效、廉价的大规模储能

4、技术，成为电力近年来，无论是为了应对能源危机，还是缓解日能源可持续发展的关键环节，也是国家未来能源战益严峻的环境压力，世界各国都把目光投向进一步略的重要组成部分。开发和利用可再生能源发电。２００６年全球风电装［２］机容量７４．３ＧＷ，到２００７年达到９４ＧＷ，世界能１储能技术及其特性源理事会（ＷｏｒｌｄＥｎｅｒｇｙＣｏｕｎｃｉｌ）预计到２０２０年将大规模储能技术大致可分为机械储能（飞轮储达到４７４ＧＷ。光伏发电产业在全球范围内更是以能、抽水蓄能和压缩空气储能）、电能直接存储（超级４０％的速度逐年递增，其中美国预计在２０２０年将达［１］电容和超导电磁储能）、化学储能（氢和其他化

5、学物到１００ＧＷ。然而，风电和光伏发电有着不稳定质储能）和电化学储能（二次电池和液流电池）等和不连续的特点，将其并入现有电网达到一定的比４类。各种不同储能方式的储能特性均不相同，表１例时，这种不稳定因素可能会对局部电网造成很大［４－５］比较了几种储能技术的相关参数。其中，电化学的冲击，甚至酿成大规模的恶性事故。日前，国家电储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、灵力监管委员会发布了《重点区域风电消纳监管报活方便等优点，成为目前大规模储能技术的发展告》，指出中国东北、华北、西北（简称“三北”）地区风方向。电发展成效显著，但部分省（区）风电消纳情况不佳，电化学储能即通过电化学

6、反应完成电能和化学能之间的相互转换，从而实现电能的存储和释放。收稿日期：２０１２－１０－０２；修回日期：２０１２－１１－２３。自从１８３６年丹尼尔电池问世以来，电池科学得到了中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２０１２ＱＮ０３８，迅速的发展。室温电池如铅酸电池、镍镉电池、镍氢２０１２ＴＳ０６１）。电池、锂离子电池和液流电池，高温电池如钠硫电池—４７—２０１３，３７（１）［１］和ＺＥＢＲＡ电池等相继发展起来。目前铅酸电池和能满足大规模储能市场的要求。然而，现有电化锂离子电池等多类电池已实现了大规模产业化，特学储能技术还不能在价格和性能上全面满足上述要别是高比能锂离子电池在电

7、动汽车领域被认为具有求。因此，在进一步提高现有电化学储能装置性能、较好的发展前景。然而，从面向电网大规模储能的降低储能价格的基础上，发展下一代性能优异的电角度来看，储能价格和电池寿命是电化学储能技术化学储能新体系显得尤为重要。本文将重点介绍钠的关键参数。一般认为，储能投资成本低于离子电池和液态金属电池等２类在储能领域具有较２５０美元／（ｋＷ·ｈ）、储能寿命达１５年（循环４０００好应用前景的新型电池。周期以上）、储能效率高于８０％的电化学储能体系表１不同储能技术参数比较Ｔａｂｌｅ１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃｏ