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摘要 新能源發(fā)電技術(shù)憑借低成本、低污染、低依賴逐步在國內(nèi)外市場得到推廣應(yīng)用。儲能系統(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，但在實際應(yīng)用中存在功率密度小、機制不完善、運行條件惡劣等難點。有必要對新能源發(fā)電系統(tǒng)中的電池儲能技術(shù)應(yīng)用場景、特點、優(yōu)化盈利等展開研究，本文梳理國內(nèi)外最新電池儲能技術(shù)，分析技術(shù)特點和匹配場景，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，在時間上有間歇性，在空間上有地區(qū)分布不均的特點，儲能系統(tǒng)的建立相當(dāng)于在電、熱、冷、氣、氫等多個能源子系統(tǒng)間實現(xiàn)了融合轉(zhuǎn)換，能夠突破新能源發(fā)電的局限性，強化新能源生產(chǎn)消費的開放共享。目前，美國、歐盟、日本等國家和地區(qū)已經(jīng)開展儲能技術(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、重力儲能、壓縮空氣儲能等方向進行前沿技術(shù)研究。電化學(xué)儲能有長且復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)鏈，既覆蓋上游各種電池、儲能變流器、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、運維商。
1 電池儲能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
1.1 電池儲能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
電化學(xué)儲能技術(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)成的儲能系統(tǒng)，具有可充電、可持續(xù)使用等優(yōu)點。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度，防止電池正負極大面積接觸，降低電池長期循環(huán)鋰枝晶刺穿隔膜引發(fā)的短路。針對鋰資源高純高效提取，開發(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、簡易重相堰板、負載有機相反萃等將成為未來技術(shù)重點方向。
從技術(shù)原理來看，用于新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能電池需要更長的循環(huán)壽命，要求容量型應(yīng)用場景和功率型應(yīng)用場景配合使用，對電池材料、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、燃料電池等新型儲能電池的研發(fā)取得進展。依托聚陰離子技術(shù)路線研發(fā)出硫酸鐵鈉電池，通過開放框架構(gòu)成開闊的鈉離子擴散通道，極大延長電池循環(huán)壽命?；谄蒸斒克{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。面對極片化成設(shè)備更新，卷繞變形控制、無偏差組裝、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)，以具有獨特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳作為負極材料，開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)建儲能系統(tǒng)的創(chuàng)新模式。
1.2 電池儲能技術(shù)匹配場景
電池儲能技術(shù)應(yīng)用場景包括發(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)定性和需求錯配特征，隨著新能源發(fā)電規(guī)模日益擴大，需要配備電化學(xué)儲能電站以減輕機組調(diào)適壓力?，F(xiàn)階段，磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)已被應(yīng)用于城市軌道交通、風(fēng)電儲能、光伏儲能、分布式光伏等領(lǐng)域。鈉離子儲能電池的產(chǎn)業(yè)化布局加快，大容量儲能鈉硫電池可直接用于大型儲能。液流電池憑借相對穩(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)備維護和改造的難度及成本，在智能儲電站中發(fā)揮應(yīng)用價值。超級電容器可以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中作為發(fā)電機的儲能裝置，強化其并網(wǎng)效率。針對分布式能源的負荷跟蹤需求，超級電容器可以在儲能裝置中優(yōu)化能量存儲，調(diào)節(jié)功率波動功能，在電網(wǎng)與分布式電源間實現(xiàn)能量交換。
未來，儲能電池的應(yīng)用場景將更加豐富，細分各類儲能電池的優(yōu)勢領(lǐng)域和應(yīng)用模式，結(jié)合新能源系統(tǒng)特征打造個性化的儲能解決方案。專注于電化學(xué)儲能集成技術(shù)研發(fā)，與上游研發(fā)企業(yè)合作布局儲能電芯規(guī)模化生產(chǎn)線，加快推動儲能電池核心技術(shù)攻關(guān)和自主化生產(chǎn)，形成以電化學(xué)儲能為關(guān)鍵模塊的資源整合和協(xié)同創(chuàng)新機制，在系統(tǒng)集成、核心裝備、運維控制、地下儲電等方面打造自主化技術(shù)路線。
2 電池儲能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的優(yōu)化策略
2.1 建設(shè)儲能補償體機制
獨立儲能指儲能系統(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、電壓不夠等情況時以補償核心結(jié)構(gòu)的形式參與供電。建設(shè)獨立的儲能補償體機制，在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置補償模塊，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，保證充分存儲電能，并能在使用需求出現(xiàn)時及時釋放電能。補償機制要保證精簡的設(shè)計語言和智能化程序，保障功能模塊在面對不同儲能需求時的指令和操作。從遠程端、執(zhí)行端兩個角度入手增強儲能補償體機制的控制效力，定期對系統(tǒng)工作的真實參數(shù)和變化規(guī)律進行記錄、總結(jié)，形成準確的管理數(shù)據(jù)。新型發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建需要高安全、長效、環(huán)保的可調(diào)可回收式電力儲能，引導(dǎo)部分低污染、低維護成本、回收處理可行性高的動力端電池進入規(guī)模型電力儲能市場，使得新能源系統(tǒng)的儲能項目有清晰的盈利點，提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、可再生能源配儲、黑啟動、需求響應(yīng)支撐等多種服務(wù)。
2.2 加強電網(wǎng)并入和協(xié)調(diào)
由于電化學(xué)儲能電站的容量較大，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，組合儲能系統(tǒng)的各個單元以維護儲能電站的綜合性能。要考量經(jīng)濟成本和效益，健全儲能調(diào)度價格政策和成本分攤機制，用新技術(shù)的持續(xù)迭代和差異化應(yīng)用路線提高儲能電池價值量。要將技術(shù)標(biāo)準、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。加快儲能電站智慧運維進程，通過大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺實時監(jiān)控每一塊電池的運行狀況，研究電池性能演變規(guī)律，優(yōu)化儲能設(shè)計。
2.3 擴大儲能管理覆蓋面
隨著能源規(guī)模的擴大，必須拓展儲能管理覆蓋面，用更加精細化的參數(shù)解讀和更加完整的管理內(nèi)容延伸儲能系統(tǒng)的功能。重視儲能電池的參數(shù)，按照“預(yù)防為主，控制保障”的原則，將監(jiān)控到的參數(shù)對應(yīng)到儲能系統(tǒng)中，從而控制熱管理系統(tǒng)啟停和單體電池均衡，系統(tǒng)化提升對儲能電池系統(tǒng)的安全管控。根據(jù)電池匹配場景選擇應(yīng)用領(lǐng)域，電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲能和峰谷價差儲能一般需要儲能電池連續(xù)充放電兩小時以上，適宜使用容量型電池；電力調(diào)頻或平滑可再生能源波動的儲能場景，要求儲能電池能在瞬時快速充放電，比較適合使用功率型電池。探索建立電網(wǎng)儲能商業(yè)模式落地機制，用“市場換項目”方式培育有技術(shù)優(yōu)勢的儲能系統(tǒng)集成商，開發(fā)核驗和投用安全高效的儲能集成系統(tǒng)。
3 結(jié)論
儲能電站已經(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、超級電容等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和實踐應(yīng)用不斷深化，儲能電池展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)細分儲能電池的產(chǎn)品優(yōu)勢和應(yīng)用場景，根據(jù)匹配原則建立長效的儲能模式，形成包含獨立儲能和臨時儲能的補償體機制。分析引發(fā)電池衰退、失效和故障的關(guān)鍵機制，開發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)的檢測手段和緩解方案。開展電網(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，為國家高質(zhì)量的電能服務(wù)保駕護航。
