浅析储能系统技术及锂离子电池在储能领域的应用前景

许科

摘 要：针对抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、熔融盐储能、电磁储能、电化学储能目前几种典型的储能技术进行了分析，其中对于电化学储能技术中，特别对比分析了钠硫电池、液流电池、铅酸电池和锂离子电池集中典型技术方向，通过以上对比评估，从技术角度对于锂离子电池在储能领域的前景进行了分析。

关键词：储能、锂离子电池、应用

一.前言

储能产业是伴随着新能源产业和现代电力系统的发展而逐渐发展起来的。上世纪70年代以来，新能源开发利用受到世界各国高度重视，许多国家将开发利用新能源作为能源战略的重要组成部分。储能是构建智能电网的关键支撑技术之一，储能技术的发展和应用，将有助于打破风电、光伏发电等的接入和消纳瓶颈问题，能够降低配套输电线路容量需求，缓解电网调峰压力。目前我国已将储能技术及产业的发展列入中重点发展规划领域。

二.常见储能技术分类

2.1抽水蓄能

抽水蓄能是全球范围内广泛采用的一种能源储存技术，其原理是在负荷低谷时，利用电动机带动水轮机高速旋转，把低水库的水通过管道抽到高水库，将电能转化成势能储存起来；在高峰负荷时，将高水库的蓄水通过管道放下，以水轮机带动发电机，再将势能转换回电能。抽水蓄能电站的综合效率一般在65%--75%，需要配备大火电机组运行，且推广应用受地域限制。

2.2压缩空气储能

压缩空气能源储存（CAES）的基本做法就是将基础核电或煤电设施产出的非高峰时期的电能转移到用电高峰时期，而仅仅消耗原本用于用电高峰时期发电（比如传统的燃气轮机）的燃气或燃油的一部分。在需要时压缩空气被释放，通过涡轮进行发电。压缩空气释放后会产生较强的冷却效应，这时必须进行加热，这样才能使压缩空气在环境温度下释放出来，这种储能方式往往效率较低，同样收到地域条件限制。

2.3飞轮储能

在负荷低谷时，利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能存起来，在高峰负荷时，飞轮利用惯性带动发电机发电。它的优越性还包括：作为智能电网的一部分，能遥控，能检测；20年生命周期中完成数十万次充电-发电循环，按无维护操作而设计、建造；不需要燃料，不含危险化学物，避免潜在的地面污染，零二氧化碳或其他不良排放。这些，都使其被誉为真正的可持续技术解决方案，受到行家的关注，然而目前飞轮储能的机组收到限制，且成本较高，还无法批量推广应用。

2.4电磁储能

是指把能量保存在电场、磁场或交变等电磁场内储能技术。主要技术发展方向为超导电磁蓄能等。超导电磁储能（SMES）是利用超导体制成的线圈，由电网供电励磁而产生的磁场储存能量，这是一种不需要经过能量转换而直接储存电能的方式，目前该技术正处于研发阶段。

2.5熔融盐储能

熔融盐储能技术是目前国际上最为主流的高温蓄热技术之一，具有成本低、热容高、安全性好等优点。熔融盐技术是利用硝酸钠等原料作为传热介质，一般与太阳能光热发电系统结合，是光热发电系统具备储能和夜间发电能力，可满足电网调峰需要。

2.6电化学储能

电化学储能也就是电池储能。其原理是在正向化学反应中吸收能量（充电），把电能储存在化学反应的产品中；在逆向反应中则再释放出电能。产品主要有铅酸电池、二次电池（镍氢电池、锂离子电池）、液流電池、钠硫电池、和各种燃料电池等。电化学储能基本没有地理自然环境的限制，基本涵盖了所有的储能应用领域，通过技术成熟度、成本、使用寿命和应用领域覆盖面的综合比较，电化学储能是储能产业中长期的发展方向，是主要的投资机会所在。

三.典型电化学储能技术对比

3.1钠硫电池

钠硫电池由熔融液态电极和固体电解质组成的，比能量大于100Wh/Kg，是铅酸电池的3-4倍，可以3倍率电流放电。电化学反应时副反应少，充放电效率高。但是钠硫电池其工作温度在必须保持在300-350℃，电池工作时需要一定的加热保温，总应用量少，而且价格昂贵，折人民币15000-20000/kW，无论从产能及价格方面都无法在短期内带动储能技术发展。

3.2钒液流电池

钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。其将存储在电解波中的能量转换为电能，这是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间交换电子来实现的。钒液流电池优点主要为：1）深度放电后寿不会受影响；2）电解液可以无限期使用；3）能量的存储量（SOC）可以精确地测量出来。但其目前最大技术难题是电池寿命与成本受到隔膜技术的制约，高分子聚合物隔离膜占成本的60%以上，目前钒液流电池系统的价格约为10000-15000元/kW。

3.3铅酸电池

为人们所熟知的铅酸电池也在储能系统中也有一定的应用，其低廉价格已经无法弥补其短暂的使用寿命与大功率充放电性能方面的不足。为了保证大功率性能及安全的管理控制，在现有铅酸电池技术上将电池容量做大并加入电子器件进行控制，将导致用于大功率储能系统的铅酸电池价格成倍上涨，甚至达到2000元/kW以上。

3.4锂电池

相比之下锂离子电池优势更为明显，其比能量高、使用寿命长、高功率性能好、自放电小、使用条件要求低等，几乎涵盖了上述几种电池的所有优点，而且重量轻，组合简单，拆分方便，更适合于偏远地区的运输、安装。但由于大容量、高功率锂离子电池尚未形成产业化规模。随着电动汽车、混合动力汽车等技术的日益成熟，车用锂离子电池必定会在几年内形成完善的产业，在其成本、成组一致性、安全等问题进一步解决后，锂离子电池将会在在各领域的广泛应用。目前行业中锂离子电池成组成本平均在1500-2500元/kWh左右，随着车用锂离子电池应用的进一步大规模推广，成本有望降低至1000元/kWh一下，再结合车用锂离子电池梯次利用，成本仍可大幅降低，将在储能领域中占据越来越大的市场份额。

结束语：

各种储能技术虽然在能量、功率密度方面存在差异，但都有着其独有的特点及优劣势，都有其对应的应用领域，但综合比较，锂电池在安全性、能量转换效率、便利性等方面均具备明显优势，随着大规模应用，成本将进一步下降，竞争优势将更加明显，具备巨大的发展空间与应用前景。