中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘要 新能源發(fā)電技術(shù)憑借低成本、低污染、低依賴逐步在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)得到推廣應(yīng)用。儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源系統(tǒng)中承擔(dān)著轉(zhuǎn)化電力形式的功能，影響發(fā)電系統(tǒng)效率和電能質(zhì)量，但在實(shí)際應(yīng)用中存在功率密度小、機(jī)制不完善、運(yùn)行條件惡劣等難點(diǎn)。有必要對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)中的電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景、特點(diǎn)、優(yōu)化盈利等展開(kāi)研究，本文梳理國(guó)內(nèi)外最新電池儲(chǔ)能技術(shù)，分析技術(shù)特點(diǎn)和匹配場(chǎng)景，從宏觀角度提出其在新能源發(fā)電中的優(yōu)化應(yīng)用策略，旨在形成效益和安全并重、綠色與高效兼顧的新能源電力格局。
新能源發(fā)電很大程度上受到地理環(huán)境限制，在時(shí)間上有間歇性，在空間上有地區(qū)分布不均的特點(diǎn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的建立相當(dāng)于在電、熱、冷、氣、氫等多個(gè)能源子系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)了融合轉(zhuǎn)換，能夠突破新能源發(fā)電的局限性，強(qiáng)化新能源生產(chǎn)消費(fèi)的開(kāi)放共享。目前，美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展儲(chǔ)能技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃布局，在鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、金屬空氣電池、重力儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等方向進(jìn)行前沿技術(shù)研究。電化學(xué)儲(chǔ)能有長(zhǎng)且復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)鏈，既覆蓋上游各種電池、儲(chǔ)能變流器、電池管理系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)，也涉及中游系統(tǒng)集成商和下游終端用戶、運(yùn)維商。
1 電池儲(chǔ)能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
1.1 電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)以化學(xué)電池為核心，包括磷酸鐵鋰電池、鋰金屬電池、鈉硫電池等。鋰金屬電池使用有機(jī)電解液，減少重量和體積，現(xiàn)有的由磷酸鐵鋰電池和三元鋰離子電池構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有可充電、可持續(xù)使用等優(yōu)點(diǎn)。在鋰離子隔膜領(lǐng)域，研制出陶瓷涂覆濕法隔膜技術(shù)，提高隔膜的耐高溫、耐熱收縮性能和穿刺強(qiáng)度，防止電池正負(fù)極大面積接觸，降低電池長(zhǎng)期循環(huán)鋰枝晶刺穿隔膜引發(fā)的短路。針對(duì)鋰資源高純高效提取，開(kāi)發(fā)出貧鋰鹵水資源提取工藝，在核心鋰吸附劑、中間相碳微球、兩相分離、混合結(jié)構(gòu)乳化方案等方面獲得技術(shù)突破。符合綠色節(jié)能原則的鋰提取防腐蝕劑、簡(jiǎn)易重相堰板、負(fù)載有機(jī)相反萃等將成為未來(lái)技術(shù)重點(diǎn)方向。
從技術(shù)原理來(lái)看，用于新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池需要更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，要求容量型應(yīng)用場(chǎng)景和功率型應(yīng)用場(chǎng)景配合使用，對(duì)電池材料、能量密度、電極材料性能等有明確要求。在大力推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)的政策引領(lǐng)下，鈉硫電池、鈉鹽電池、鈉空氣電池等鈉離子電池體系和液流電池、燃料電池等新型儲(chǔ)能電池的研發(fā)取得進(jìn)展。依托聚陰離子技術(shù)路線研發(fā)出硫酸鐵鈉電池，通過(guò)開(kāi)放框架構(gòu)成開(kāi)闊的鈉離子擴(kuò)散通道，極大延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命?；谄蒸斒克{(lán)的技術(shù)路線從研發(fā)到商業(yè)化應(yīng)用尚在探索階段，主要通過(guò)控制結(jié)晶水和空位，保證化學(xué)性能和倍率性穩(wěn)定。面對(duì)極片化成設(shè)備更新，卷繞變形控制、無(wú)偏差組裝、激光模切焊接、高速疊片等工藝突破，鈉離子電池儲(chǔ)能核心器件更新，使用普魯士白重排材料體相結(jié)構(gòu)，以具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳作為負(fù)極材料，開(kāi)展鈉離子電池與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的兼容研究，構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)的創(chuàng)新模式。
1.2 電池儲(chǔ)能技術(shù)匹配場(chǎng)景
電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景包括發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)。新能源發(fā)電系統(tǒng)即其發(fā)電側(cè)在電廠旁邊的大型存儲(chǔ)電力站。由于風(fēng)電和光伏發(fā)電具有不穩(wěn)定性和需求錯(cuò)配特征，隨著新能源發(fā)電規(guī)模日益擴(kuò)大，需要配備電化學(xué)儲(chǔ)能電站以減輕機(jī)組調(diào)適壓力?，F(xiàn)階段，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已被應(yīng)用于城市軌道交通、風(fēng)電儲(chǔ)能、光伏儲(chǔ)能、分布式光伏等領(lǐng)域。鈉離子儲(chǔ)能電池的產(chǎn)業(yè)化布局加快，大容量?jī)?chǔ)能鈉硫電池可直接用于大型儲(chǔ)能。液流電池憑借相對(duì)穩(wěn)定的輸出功率和容量，可以做到深度放電且不損壞電池，降低設(shè)備維護(hù)和改造的難度及成本，在智能儲(chǔ)電站中發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。超級(jí)電容器可以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中作為發(fā)電機(jī)的儲(chǔ)能裝置，強(qiáng)化其并網(wǎng)效率。針對(duì)分布式能源的負(fù)荷跟蹤需求，超級(jí)電容器可以在儲(chǔ)能裝置中優(yōu)化能量存儲(chǔ)，調(diào)節(jié)功率波動(dòng)功能，在電網(wǎng)與分布式電源間實(shí)現(xiàn)能量交換。
未來(lái)，儲(chǔ)能電池的應(yīng)用場(chǎng)景將更加豐富，細(xì)分各類儲(chǔ)能電池的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域和應(yīng)用模式，結(jié)合新能源系統(tǒng)特征打造個(gè)性化的儲(chǔ)能解決方案。專注于電化學(xué)儲(chǔ)能集成技術(shù)研發(fā)，與上游研發(fā)企業(yè)合作布局儲(chǔ)能電芯規(guī)?；a(chǎn)線，加快推動(dòng)儲(chǔ)能電池核心技術(shù)攻關(guān)和自主化生產(chǎn)，形成以電化學(xué)儲(chǔ)能為關(guān)鍵模塊的資源整合和協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，在系統(tǒng)集成、核心裝備、運(yùn)維控制、地下儲(chǔ)電等方面打造自主化技術(shù)路線。
2 電池儲(chǔ)能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的優(yōu)化策略
2.1 建設(shè)儲(chǔ)能補(bǔ)償體機(jī)制
獨(dú)立儲(chǔ)能指儲(chǔ)能系統(tǒng)不參與發(fā)電系統(tǒng)常規(guī)作業(yè)，只在出現(xiàn)電能供應(yīng)短缺、電壓不夠等情況時(shí)以補(bǔ)償核心結(jié)構(gòu)的形式參與供電。建設(shè)獨(dú)立的儲(chǔ)能補(bǔ)償體機(jī)制，在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置補(bǔ)償模塊，一方面接收常規(guī)發(fā)電后的多余電能，減少能源消耗；另一方面，保證充分存儲(chǔ)電能，并能在使用需求出現(xiàn)時(shí)及時(shí)釋放電能。補(bǔ)償機(jī)制要保證精簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言和智能化程序，保障功能模塊在面對(duì)不同儲(chǔ)能需求時(shí)的指令和操作。從遠(yuǎn)程端、執(zhí)行端兩個(gè)角度入手增強(qiáng)儲(chǔ)能補(bǔ)償體機(jī)制的控制效力，定期對(duì)系統(tǒng)工作的真實(shí)參數(shù)和變化規(guī)律進(jìn)行記錄、總結(jié)，形成準(zhǔn)確的管理數(shù)據(jù)。新型發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建需要高安全、長(zhǎng)效、環(huán)保的可調(diào)可回收式電力儲(chǔ)能，引導(dǎo)部分低污染、低維護(hù)成本、回收處理可行性高的動(dòng)力端電池進(jìn)入規(guī)模型電力儲(chǔ)能市場(chǎng)，使得新能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能項(xiàng)目有清晰的盈利點(diǎn)，提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、可再生能源配儲(chǔ)、黑啟動(dòng)、需求響應(yīng)支撐等多種服務(wù)。
2.2 加強(qiáng)電網(wǎng)并入和協(xié)調(diào)
由于電化學(xué)儲(chǔ)能電站的容量較大，調(diào)峰電流量密度小，因而需要并入電網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)與用戶和其他電源的能量交換。電網(wǎng)并入和協(xié)調(diào)首先需要強(qiáng)化集成，在風(fēng)電光伏等新能源領(lǐng)域企業(yè)和電池企業(yè)間搭設(shè)合作渠道，組合儲(chǔ)能系統(tǒng)的各個(gè)單元以維護(hù)儲(chǔ)能電站的綜合性能。要考量經(jīng)濟(jì)成本和效益，健全儲(chǔ)能調(diào)度價(jià)格政策和成本分?jǐn)倷C(jī)制，用新技術(shù)的持續(xù)迭代和差異化應(yīng)用路線提高儲(chǔ)能電池價(jià)值量。要將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)、安全隱患等要求納入電網(wǎng)接入流程，滿足電壓、頻率等技術(shù)規(guī)范，并制定備用應(yīng)急處理方案。加快儲(chǔ)能電站智慧運(yùn)維進(jìn)程，通過(guò)大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控每一塊電池的運(yùn)行狀況，研究電池性能演變規(guī)律，優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)計(jì)。
2.3 擴(kuò)大儲(chǔ)能管理覆蓋面
隨著能源規(guī)模的擴(kuò)大，必須拓展儲(chǔ)能管理覆蓋面，用更加精細(xì)化的參數(shù)解讀和更加完整的管理內(nèi)容延伸儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能。重視儲(chǔ)能電池的參數(shù)，按照“預(yù)防為主，控制保障”的原則，將監(jiān)控到的參數(shù)對(duì)應(yīng)到儲(chǔ)能系統(tǒng)中，從而控制熱管理系統(tǒng)啟停和單體電池均衡，系統(tǒng)化提升對(duì)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的安全管控。根據(jù)電池匹配場(chǎng)景選擇應(yīng)用領(lǐng)域，電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲(chǔ)能和峰谷價(jià)差儲(chǔ)能一般需要儲(chǔ)能電池連續(xù)充放電兩小時(shí)以上，適宜使用容量型電池；電力調(diào)頻或平滑可再生能源波動(dòng)的儲(chǔ)能場(chǎng)景，要求儲(chǔ)能電池能在瞬時(shí)快速充放電，比較適合使用功率型電池。探索建立電網(wǎng)儲(chǔ)能商業(yè)模式落地機(jī)制，用“市場(chǎng)換項(xiàng)目”方式培育有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商，開(kāi)發(fā)核驗(yàn)和投用安全高效的儲(chǔ)能集成系統(tǒng)。
3 結(jié)論
儲(chǔ)能電站已經(jīng)成為新能源發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的部分，電池是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心器件，目前在鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、超級(jí)電容等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和實(shí)踐應(yīng)用不斷深化，儲(chǔ)能電池展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)細(xì)分儲(chǔ)能電池的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)匹配原則建立長(zhǎng)效的儲(chǔ)能模式，形成包含獨(dú)立儲(chǔ)能和臨時(shí)儲(chǔ)能的補(bǔ)償體機(jī)制。分析引發(fā)電池衰退、失效和故障的關(guān)鍵機(jī)制，開(kāi)發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)的檢測(cè)手段和緩解方案。開(kāi)展電網(wǎng)并入和協(xié)調(diào)，引入信息技術(shù)嘗試智能化管理，提高系統(tǒng)控制能力和應(yīng)用覆蓋性，為新能源發(fā)電提供更精細(xì)的保障和更安全的輔助，全面提高新能源發(fā)電系統(tǒng)的工作水平，為國(guó)家高質(zhì)量的電能服務(wù)保駕護(hù)航。
