許科

摘 要：針對抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、熔融鹽儲能、電磁儲能、電化學儲能目前幾種典型的儲能技術進行了分析，其中對于電化學儲能技術中，特別對比分析了鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池和鋰離子電池集中典型技術方向，通過以上對比評估，從技術角度對于鋰離子電池在儲能領域的前景進行了分析。

關鍵詞：儲能、鋰離子電池、應用

一.前言

儲能產(chǎn)業(yè)是伴隨著新能源產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。上世紀70年代以來，新能源開發(fā)利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發(fā)利用新能源作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分。儲能是構建智能電網(wǎng)的關鍵支撐技術之一，儲能技術的發(fā)展和應用，將有助于打破風電、光伏發(fā)電等的接入和消納瓶頸問題，能夠降低配套輸電線路容量需求，緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力。目前我國已將儲能技術及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入中重點發(fā)展規(guī)劃領域。

二.常見儲能技術分類

2.1抽水蓄能

抽水蓄能是全球范圍內(nèi)廣泛采用的一種能源儲存技術，其原理是在負荷低谷時，利用電動機帶動水輪機高速旋轉，把低水庫的水通過管道抽到高水庫，將電能轉化成勢能儲存起來；在高峰負荷時，將高水庫的蓄水通過管道放下，以水輪機帶動發(fā)電機，再將勢能轉換回電能。抽水蓄能電站的綜合效率一般在65%--75%，需要配備大火電機組運行，且推廣應用受地域限制。

2.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣能源儲存（CAES）的基本做法就是將基礎核電或煤電設施產(chǎn)出的非高峰時期的電能轉移到用電高峰時期，而僅僅消耗原本用于用電高峰時期發(fā)電（比如傳統(tǒng)的燃氣輪機）的燃氣或燃油的一部分。在需要時壓縮空氣被釋放，通過渦輪進行發(fā)電。壓縮空氣釋放后會產(chǎn)生較強的冷卻效應，這時必須進行加熱，這樣才能使壓縮空氣在環(huán)境溫度下釋放出來，這種儲能方式往往效率較低，同樣收到地域條件限制。

2.3飛輪儲能

在負荷低谷時，利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成動能存起來，在高峰負荷時，飛輪利用慣性帶動發(fā)電機發(fā)電。它的優(yōu)越性還包括：作為智能電網(wǎng)的一部分，能遙控，能檢測；20年生命周期中完成數(shù)十萬次充電-發(fā)電循環(huán)，按無維護操作而設計、建造；不需要燃料，不含危險化學物，避免潛在的地面污染，零二氧化碳或其他不良排放。這些，都使其被譽為真正的可持續(xù)技術解決方案，受到行家的關注，然而目前飛輪儲能的機組收到限制，且成本較高，還無法批量推廣應用。

2.4電磁儲能

是指把能量保存在電場、磁場或交變等電磁場內(nèi)儲能技術。主要技術發(fā)展方向為超導電磁蓄能等。超導電磁儲能（SMES）是利用超導體制成的線圈，由電網(wǎng)供電勵磁而產(chǎn)生的磁場儲存能量，這是一種不需要經(jīng)過能量轉換而直接儲存電能的方式，目前該技術正處于研發(fā)階段。

2.5熔融鹽儲能

熔融鹽儲能技術是目前國際上最為主流的高溫蓄熱技術之一，具有成本低、熱容高、安全性好等優(yōu)點。熔融鹽技術是利用硝酸鈉等原料作為傳熱介質(zhì)，一般與太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)結合，是光熱發(fā)電系統(tǒng)具備儲能和夜間發(fā)電能力，可滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要。

2.6電化學儲能

電化學儲能也就是電池儲能。其原理是在正向化學反應中吸收能量（充電），把電能儲存在化學反應的產(chǎn)品中；在逆向反應中則再釋放出電能。產(chǎn)品主要有鉛酸電池、二次電池（鎳氫電池、鋰離子電池）、液流電池、鈉硫電池、和各種燃料電池等。電化學儲能基本沒有地理自然環(huán)境的限制，基本涵蓋了所有的儲能應用領域，通過技術成熟度、成本、使用壽命和應用領域覆蓋面的綜合比較，電化學儲能是儲能產(chǎn)業(yè)中長期的發(fā)展方向，是主要的投資機會所在。

三.典型電化學儲能技術對比

3.1鈉硫電池

鈉硫電池由熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成的，比能量大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍，可以3倍率電流放電。電化學反應時副反應少，充放電效率高。但是鈉硫電池其工作溫度在必須保持在300-350℃，電池工作時需要一定的加熱保溫，總應用量少，而且價格昂貴，折人民幣15000-20000/kW，無論從產(chǎn)能及價格方面都無法在短期內(nèi)帶動儲能技術發(fā)展。

3.2釩液流電池

釩液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。其將存儲在電解波中的能量轉換為電能，這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現(xiàn)的。釩液流電池優(yōu)點主要為：1）深度放電后壽不會受影響；2）電解液可以無限期使用；3）能量的存儲量（SOC）可以精確地測量出來。但其目前最大技術難題是電池壽命與成本受到隔膜技術的制約，高分子聚合物隔離膜占成本的60%以上，目前釩液流電池系統(tǒng)的價格約為10000-15000元/kW。

3.3鉛酸電池

為人們所熟知的鉛酸電池也在儲能系統(tǒng)中也有一定的應用，其低廉價格已經(jīng)無法彌補其短暫的使用壽命與大功率充放電性能方面的不足。為了保證大功率性能及安全的管理控制，在現(xiàn)有鉛酸電池技術上將電池容量做大并加入電子器件進行控制，將導致用于大功率儲能系統(tǒng)的鉛酸電池價格成倍上漲，甚至達到2000元/kW以上。

3.4鋰電池

相比之下鋰離子電池優(yōu)勢更為明顯，其比能量高、使用壽命長、高功率性能好、自放電小、使用條件要求低等，幾乎涵蓋了上述幾種電池的所有優(yōu)點，而且重量輕，組合簡單，拆分方便，更適合于偏遠地區(qū)的運輸、安裝。但由于大容量、高功率鋰離子電池尚未形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。隨著電動汽車、混合動力汽車等技術的日益成熟，車用鋰離子電池必定會在幾年內(nèi)形成完善的產(chǎn)業(yè)，在其成本、成組一致性、安全等問題進一步解決后，鋰離子電池將會在在各領域的廣泛應用。目前行業(yè)中鋰離子電池成組成本平均在1500-2500元/kWh左右，隨著車用鋰離子電池應用的進一步大規(guī)模推廣，成本有望降低至1000元/kWh一下，再結合車用鋰離子電池梯次利用，成本仍可大幅降低，將在儲能領域中占據(jù)越來越大的市場份額。

結束語：

各種儲能技術雖然在能量、功率密度方面存在差異，但都有著其獨有的特點及優(yōu)劣勢，都有其對應的應用領域，但綜合比較，鋰電池在安全性、能量轉換效率、便利性等方面均具備明顯優(yōu)勢，隨著大規(guī)模應用，成本將進一步下降，競爭優(yōu)勢將更加明顯，具備巨大的發(fā)展空間與應用前景。