新能源发电系统中储能系统的应用

高磊

摘要：虽然储能系统在新能源发电系统中起着非常重要的作用，但由于其自身功率密度小、工作环境恶劣等问题，当前仍无法被广泛应用。为了解决这些问题，储能技术不断发展创新。其中，以电池为主的电化学储能技术、以超级电容为主的压缩空气储能技术、以锂电池为主的储热技术等得到了广泛应用。

关键词：新能源发电系统；储能系统；应用

1新能源发电系统中储能系统应用的重要性

（1）平衡供需。储能系统可以帮助平衡供需之间的差异。新能源发电系统如太阳能和风能等具有间歇性和波动性，而电力消费需求是24小时不间断的。储能系统可以在能源供应超过需求时存储多余能量，在能源供应不足时释放储能，以平衡能源供需之间的差异。（2）调峰填谷。储能系统还可以用于电力系统的调峰填谷。在电力需求波峰期，储能系统可以释放储存的能量，满足电力需求高峰；而在电力需求低谷期，可以利用廉价电力进行储能充电，以便在高峰期供应电力。这样可以提高电力系统的运行效率、降低峰谷差价，减轻对传统电源的依赖。（3）应对电网不稳定性。储能系统在新能源发电系统中也可以用于应对电网不稳定性。新能源发电系统中，不可控的因素如气候变化等可能影响能源输出的稳定性。通过储能系统的引入，可以平滑输出功率，减少对电网和能源系统的冲击，提高电网的稳定性和可靠性。

2新能源发电系统中储能系统的应用

2.1电化学储能技术

2.1.1磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池的优点是化学性质稳定、安全性高、循环寿命长以及体积小，但其缺点也比较明显，首先是成本较高，其次是在高温条件下使用时性能不稳定。因此，在储能系统中通常采用铅酸电池作为储能系统的电源，以保证系统的可靠性。由于磷酸铁锂电池的这些优点，所以在储能系统中应用非常广泛。目前使用最多的是磷酸铁锂电池，尤其是宁德时代生产的磷酸铁锂电池，因其性能稳定、价格适中、安全性高以及寿命长等优点被广泛应用于储能系统。根据宁德时代的官网介绍，其磷酸铁锂电池储能系统已广泛应用于城市轨道交通、风电储能、光伏储能以及分布式光伏等领域。不过由于磷酸铁锂电池在充放电时存在电压平台低、倍率性能差和循环寿命短等缺点，因此其应用受到了一定限制。为了解决这些问题，相关企业一直在进行技术创新，包括将其与其他材料混合使用以及开发新型磷酸铁锂电池等。

2.1.2三元锂离子电池

三元锂离子电池是一种高电压、大容量的锂离子电池，其工作电压高达3.6V，可以实现对新能源发电系统的能量补充。三元锂离子电池具有很好的充放电特性，其循环寿命可达到2000次以上，同时电池的功率密度也非常高，与传统的磷酸铁锂电池相比，三元锂离子电池的能量密度更高。由于三元锂离子电池具有工作电压高、充放电速度快等优点，所以可以使储能系统的功率密度更高。三元锂离子电池中含有碳材料和金属材料，虽然这些材料的成本较高，但其能量密度较低，使用寿命短等缺点也需要通过技术创新加以解决。近年来，三元锂离子电池在储能领域得到了广泛应用。未来随着技术创新和商业模式探索不断推进，三元锂离子电池将有广阔应用前景。

2.1.3锂金属电池

锂金属电池是一种以锂金属作为负极、使用有机电解液的锂离子电池。相较于传统的锂离子电池，锂金属电池具有更高的能量密度。实际上，通过将多个锂离子电池串联起来，可以构建一个超大规模的储能系统。此外，锂金属电池还具有更长的循环寿命、更小的体积和重量等优点。近年来，随着新能源发电系统的广泛应用，锂金属电池在电化学储能系统中扮演着越来越重要的角色。该储能系统具有可充电、可持续使用和快速充电等特点。目前，锂金属电池储能系统已经在新能源发电系统中进行试用，并取得了良好的效果。

2.2压缩空气储能

2.2.1压缩机

压缩机是压缩空气储能系统中的核心组件。目前主要有往复式压缩机和螺杆式压缩机两种类型。往复式压缩机利用活塞的往复运动实现空气的压缩和排气过程。在吸气过程中，空气压力逐渐上升，进入气缸内形成低压区。当活塞向下移动时，压缩空气被吸入气缸，然后排出。螺杆式压缩机则利用螺杆将气缸内的压缩空气吸入气缸并压缩，然后通过排气口排出。螺杆式压缩机具有结构紧凑、稳定工作和高效率的特点，广泛应用于压缩空气储能系统中。中国的研究工作起步较早，已经开发出多种类型的压缩机，并在风力发电、燃气发电和海上平台等领域取得了成功应用。近年来，中国还研制出适用于压缩空气储能系统的离心式、内转子往复活塞式和离心-旋转活塞式压缩机。虽然离心-旋转活塞式压缩机具有长时间稳定运行的能力，但由于复杂的结构和高要求的制造工艺，以及运营和维护的难度较大，在大规模储能系统中的应用仍然面临一定的困难。目前，中国的压缩空气储能系统主要依赖进口的离心式压缩机，国产化程度较低，限制了离心式压缩机在大规模储能系统中的推广应用。

2.2.2膨胀机

膨胀机是压缩空气储能系统中的核心设备之一。其主要作用是将压缩空气释放出来，使其膨胀而产生动能。膨胀机的类型包括定压式膨胀机和可变压式膨胀机。定压式膨胀机是指工作时气体的出口压力保持恒定的膨胀机，其运行稳定，但能量转化效率相对较低。可变压式膨胀机是指工作时可以调节气体出口压力的膨胀机，能够根据需要进行灵活调节，提高能量转化效率。在压缩空气储能系统中，膨胀机起到将储存的压缩空气释放出来，驱动透平或涡轮等设备转动，从而再次产生电能的作用。膨胀机的主要性能指标包括膨胀比、转速范围、功率输出和转速扭矩特性等。膨胀比是指膨胀机输出的气体压力与进气压力的比值，较高的膨胀比可以提高系统的效率。转速范围的宽窄直接影响膨胀机的适用性，转速范围宽的膨胀机可以适应不同负载情况下的工作需求。功率输出和转速扭矩特性是衡量膨胀机性能的重要指标，对于不同规模的压缩空气储能系统来说，需要选择合适的膨胀机以满足系统需求。

2.3储热技术

2.3.1串联电池组

锂电池与其他电池串联的方式可以提高锂电池的能量密度。电池组由多个电池串联而成，通过控制开关来管理电池的放电和充电过程。为了有效管理和控制锂电池，需要设计一个能够自动检测、管理和充电的控制系统。这个系统可以使用温度传感器、电流传感器等传感器来检测锂电池放电时的温度和电流，也可以使用电压传感器、电流传感器等来检测锂电池充电时的电压和电流。除了锂电池，超级电容器也可以在锂电池串联中起到补充作用。超级电容器具有高功率密度、长循环寿命和大放电电流等优点，因此可以被应用于新能源发电系统中作为储能元件，提高系统的运行效率。

2.3.2封装技术

封装技术是将锂电池进行封装，从而使其具有更高的能量密度。锂电池封装技术主要包括两种形式：（1）将多个电池封装在一起；（2）将锂电池单独封装在一起。目前，常用的锂电池封装技术主要包括以下三种：（1）将多个单体锂电池进行串联，构成一个整体的电池组；（2）将多个单体锂电池进行串联，再对其进行封装；（3）将多个单体锂电池单独封装。不同的锂电池封装技术具有不同的优点和缺点。与第一种方法相比，第二种方法在能量密度上具有明显的优势。但是，由于目前国内锂电池的生产技术还不够成熟，生产成本较高，因此在实际应用中还存在一定的困难。在未来一段时间内，锂电池的封装技术还将不断发展和完善。

2.4光伏制氢技术

光伏制氢技术是一种利用光伏发电系统将太阳能转化为电能，然后利用这些电能来驱动水分解产生氢气的技术。该技术结合了光伏发电和水电解的原理，可实现清洁能源的生产和储存。光伏制氢技术的主要过程如下：（1）光伏发电。利用太阳辐射能，通过光伏电池转化为直流电能。光伏电池由多个半导体材料组成，当太阳光照射到光伏电池上时，光子会激发电子，产生电流。（2）水电解。将光伏发电系统产生的直流电能输入到电解水设备中，水电解器将水分解成氢气和氧气。水电解器通常使用贵金属催化剂（如铂）来降低电解水的能耗，提高反应效率。（3）氢气储存。将产生的氢气从电解器中收集和分离，然后将其储存起来。氢气可以存储在高压气瓶或通过吸附材料（如金属氢化物）储存。

3结语

综上所述，新能源发电系统中的储能技术是未来新能源发电技术的重要组成部分。随着相关技术的不断发展和完善，其在新能源发电系统中的应用前景将会更加广阔。

参考文献

[1]张颖业.新能源电力系统中储能技术的应用[J].低碳世界，2023，13（05）：73-75.

[2]张金平，周强，王定美，等.储能在高比例新能源电力系统中的应用及展望[J].内燃机与配件，2023（08）：97-99.