摘要：分布式發(fā)電與儲能技術(shù)的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。該文在簡單分析了各種可用于分布式發(fā)電的各種儲能技術(shù)之后，重點(diǎn)對比研究了各種電池儲能技術(shù)，認(rèn)為鋰離子電池儲能系統(tǒng)是目前最有發(fā)展前景、最有應(yīng)用優(yōu)勢的儲能方式。

　　分布式發(fā)電，一般指為滿足用戶特定的需要、支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或同時(shí)滿足這兩方面的要求，且在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場配置功率為數(shù)千瓦到50MW的小型且與環(huán)境兼容的發(fā)電機(jī)組；從更廣泛的定義來看，分布式發(fā)電指的是任何安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施，包含熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)以及各種蓄能技術(shù)等，而不論這種發(fā)電形式的規(guī)模大小和一次能源的使用類型[1]。

　　分布式發(fā)電技術(shù)有多種分類方式，按發(fā)電能源是否可以再生分為兩大類：一類利用可再生能源，主要包括風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏、小水電、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、海洋能等發(fā)電形式；另一類利用不可再生能源，主要包括熱電聯(lián)產(chǎn)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式。其中的風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏技術(shù)，具有的波動性、隨機(jī)性、間歇性成為制約新能源并網(wǎng)的關(guān)鍵問題，而儲能技術(shù)則是解決這一問題的有效手段。

　　目前儲能技術(shù)在全球范圍得到關(guān)注，取得了迅速的發(fā)展，儲能在分布式發(fā)電中起的作用可概括為三個(gè)方面[3]：對系統(tǒng)起穩(wěn)定的作用；適量的儲能可以在分布式發(fā)電單元不能正常運(yùn)行的情況下起過渡作用；儲能使得不可調(diào)度的分布式發(fā)電單元能夠作為可調(diào)度機(jī)組單元運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，提供削峰、緊急功率支持等服務(wù)。

　　1適用于分布式發(fā)電的儲能技術(shù)

　　儲能技術(shù)具有極高的戰(zhàn)略地位，長期以來世界各國都在一直不斷支持儲能技術(shù)研究和應(yīng)用，并給予大力的財(cái)政資助?？捎糜诜植际桨l(fā)電的儲能方式主要有電池儲能、抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、超導(dǎo)儲能。超導(dǎo)儲能目前受制于技術(shù)的進(jìn)步，短期內(nèi)看不到大規(guī)模應(yīng)用的前景；飛輪儲能轉(zhuǎn)換效率較低，大功率飛輪實(shí)現(xiàn)難度大；壓縮空氣儲能對安全要求較高，實(shí)現(xiàn)存在一定難度。國內(nèi)主要倡導(dǎo)的是抽水蓄能和電池儲能。抽水蓄能電站技術(shù)成熟、存儲容量大、運(yùn)行壽命長，適宜于電力系統(tǒng)的大容量儲能，但是受水資源和地理?xiàng)l件的限制。因此，電池儲能的技術(shù)研究是目前分布式發(fā)電領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。

　　1.1鈉硫電池

　　鈉硫電池由美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明，至今已有40多年的歷史。然而，受困于電池的性能提升、安全可靠性保障技術(shù)、成本以及規(guī)?；a(chǎn)的工藝和裝備技術(shù)，尤其是核心部件氧化鋁陶瓷管(在電池中起隔膜作用)的制造及保持電池一致性的批量化生產(chǎn)工藝，使世界上多家曾經(jīng)涉足過鈉硫電池研發(fā)的公司陸續(xù)退出。

　　1.2液流電池

　　液流電池全稱為全釩離子氧化還原液流電池，液流電池中的兩個(gè)氧化-還原電對的活性物質(zhì)，分別裝在兩個(gè)大儲液罐中的溶液中，各用一個(gè)泵，使溶液流經(jīng)電池，并在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)。單電池通過雙極板串聯(lián)成堆。釩液流電池作為儲能電源，主要用于電廠(電站)調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及邊遠(yuǎn)地區(qū)儲能系統(tǒng)、不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)等。

　　1.3鎳氫電池

　　作為堿性電池的鎳氫電池與鉛酸電池比較，具有容量大、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、充放循環(huán)次數(shù)多的特點(diǎn)，但價(jià)格也高一些。鎳氫電池是新型環(huán)保的二次堿性電池，正極材料為羥基氧化鎳，負(fù)極材料為儲氫合金粉，不含鉛、鉻、汞等有毒物質(zhì)。鎳氫電池是密封免維護(hù)電池，正常使用過程中也不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。

　　1.4鋰離子電池

　　鋰離子電池是新型綠色環(huán)保蓄電池，主要結(jié)構(gòu)分為正極、負(fù)極、電解液、隔膜。當(dāng)放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極釋放出進(jìn)入正極，充電時(shí)，鋰離子從正極釋放進(jìn)入負(fù)極。鋰離子電池按正極材料分類主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰等。各種系列鋰電池特性比較如下：磷酸亞鐵鋰，因?yàn)楦叻烹姽β?、成本低、可快速充電且循環(huán)壽命長(1000次以上)，在高溫高熱環(huán)境下的穩(wěn)定

　　性高(300℃高溫以上才有安全隱患)，在大容量、高功率、安全性方面表現(xiàn)出最佳的性能；三元材料是鈷錳鎳混合材料，所表現(xiàn)出的電化學(xué)性能兼?zhèn)淞蒜掑i鎳三者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點(diǎn)，多在小型功率型電池設(shè)計(jì)中采用；錳酸鋰安全性比鈷酸鋰高，但高溫環(huán)境的循環(huán)壽命較差(500次)；鈷酸鋰容量較高，最大的問題是安全性差、成本高、循環(huán)壽命短。

　　2各種電池儲能優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1鈉硫電池

　　鈉硫電池最早發(fā)明于20世紀(jì)60年代中期，以鈉和硫分別用作陽極和陰極，Beta-氧化鋁陶瓷同時(shí)起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。

　　鈉硫電池優(yōu)點(diǎn)：比能量高；可大電流、高功率放電；充放電效率高。缺點(diǎn)：工作溫度較高(300～350℃)；充電狀態(tài)只能用平均值計(jì)量，需要周期性的離線度量；由于硫具有腐蝕性，電池殼體需經(jīng)過嚴(yán)格耐腐處理；技術(shù)受國外壟斷。

　　目前，全球只有日本NGK擁有成熟的鈉硫電池生產(chǎn)和研發(fā)體系，在市場上也有成熟的應(yīng)用業(yè)績。我國在大容量鈉硫電池關(guān)鍵技術(shù)和小批量制備(年產(chǎn)2MW)上也取得了突破，但在生產(chǎn)工藝、重大裝備、成本控制和滿足市場需求等方面仍存在明顯不足。上海市電力公司與上海硅酸鹽所聯(lián)合開發(fā)儲能鈉硫電池，已建立了鈉硫電池的2MW中試線，并制備了650Ah的鈉硫單體電池樣品，但是在循環(huán)壽命、充放倍率、生產(chǎn)成本等關(guān)鍵性能指標(biāo)上距離NGK仍然有較大的差距。

　　2.2液流電池

　　液流電池優(yōu)點(diǎn)：電池的功率和儲能容量可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，電池系統(tǒng)組裝設(shè)計(jì)靈活；電池系統(tǒng)可高功率輸出；電池系統(tǒng)易于維護(hù)，安全穩(wěn)定；環(huán)境友好；可超深度放電(100%)而不引起電池的不可逆損傷；響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是：需要額外的動力電源維持電池的正常運(yùn)行，降低了其整體的能量效率；電解液易泄露，需事故預(yù)防；液流電池的造價(jià)較高，與鐵鋰電池相比性價(jià)比差。

　　液流電池最早由美國航空航天局(NASA)資助研發(fā)，澳大利亞的PinnacleVRBLtd公司及加拿大的VRBPowerSystems公司在大型液流電池儲能系統(tǒng)(VRBESS)的開發(fā)上走在世界前列。我國研究始于20世紀(jì)90年代，中國科學(xué)院大連物化所、中國工程物理研究院電子工程研究所、中國科學(xué)院金屬研究所和中南大學(xué)等先后加入到VRB的研究中來。2006年，中國科學(xué)院大連物化研制成功10kW級VRB系統(tǒng)，但釩電解液和隔膜的高成本阻礙其商業(yè)化推廣。

　　2.3鎳氫電池

　　鎳氫電池優(yōu)點(diǎn)：具有較高的容量、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、充放循環(huán)次數(shù)多的特點(diǎn)；鎳氫電池是密封免維護(hù)電池，不含鉛、鉻、汞等有毒物質(zhì)，正常使用過程中也不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，鎳氫電池具有較好的低溫放電特性，自放電率很小，可深度放電，價(jià)格相對便宜且普及。缺點(diǎn)是：有記憶效應(yīng)，能量密度低，充電速度較慢，原材料制造成本較高。