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摘要：新能源发电将是未来的国家新兴产业之一。随着中国可再生能源工业的蓬勃发展，储能技术成为可再生能源发电的关键支撑与辅助，因此新能源科技备受重视。本文阐述了当前可再生能源发展状况和多种常用的储能技术，提出了未来可再生能源发电中储能科技所面对的机会与挑战。

关键词：储能技术；新能源发电；分布式发电

引言

中国目前拥有大量的可再生能源。而新能源和可再生能源中还含有可作为资源的地热能源、海浪能、潮汐能、生物质能，此外固体污染物和温差能源等也存在着巨大的发展潜能。中国作为当今世界最大的能源消耗强国，应特别关注于新能源和可再生能源技术的研究与运用。而众所周知，分布式网络结构发电是中国当今最具潜力的技术之一。

一、储能技术的特点

存储科学技术主要分为本体科学技术和运用科学技术，本体科学技术是现代存储科学技术的基石。而存储本身根据电能贮存类型，可分成机器存储、电磁存储、化工存储和相变存储。化学储能体系目前来说，主要有电化学传感器储能、氢储能等；电化学传感器储能体系又分为锂离子脱嵌电池、液流电池、铅酸电池、钠硫电池等经典的二次电池体系，另外还有新型的二次电池体系（钠离子电池、锂硫电池、锂空气电池等）。

对电力应用来说，储能系统的基本技术特点主要表现在功率等级以及作用持续时间上，而储能的作用持续时间是区分于电力常规即发即用装置的显著标志，是储能技术意义的主要表征，是特有的技术特点。储能所具备的这一独有技术特征将改善当前电力供求瞬时均衡的传统模式，在电能革命中具有关键性意义。

储能技术在发电系统在促进集中式与分布式可再生能源消纳等领域的广泛应用，已受到国际重视。其在集中式可再生能源领域所应用的项目规模、装机容量及占比都最高，且上升趋势也最明显，在分布式可再生能源领域所应用的项目规模与占比，上升速度也较快。

据不完全统计，在最近10年内全国MW量级以上容量的储能技术示范项目有一百九十个，其中大约一百二十个与分布式发电技术有关，主要的储能类型及项目数占如图一所显示。上述研究均选择了燃料电池为主要装置介质，选择的燃料电池种类涵盖了钠硫、液体流动、锂离子电池、铅酸等，以及国际上各示范工程中储能本体的选择，说明了现阶段关于电化学储能的材料研究已积累了高于其他种类的储能材料。

二、储能技术的作用分析

2.1提高电能质量

新能源发电并网运营，若需要满足电网对电能品质的需求，可采用控制并网逆变器来改善微供电输出至国家电网时的有功与无功，以改善电力品质。在孤岛运行下，由于新能源发电功率的产出受气候变化的负面影响非常显著，电流变化也很大，因此储能设备可以压抑输出功率变化，从而保证了接通后电压的稳定性，克服了诸如电压暂降等电力品质问题。

2.2电力调峰

负荷量永远是在波动变化的，而目前发电生产与消费方式的主流战略都是即发即用，这极易引起企业为了应付峰值需要而过多加装机组，从而引起无谓的资源浪费。储能管理系统可以有效克服此问题，在负载低落时吸取过剩的能量，在负载尖峰时刻放出能量，起到削峰填谷的效应。

2.3短时供电

目前情势下，能源危机日趋严重，全国多次发生大范围地用电紧张的状况，大范围停电对生产和生活造成十分严重的负面影响。在并网运营的新技术下，如果电网出现重大事故，可再生能源发电系统可切断与电网之间的联系，从而进入孤岛运营模式，而在这之间通常具有一定的电量缺失，但通过控制储能系统的双向电量变换器，就可以使用储能设备，从而很好地弥补了这种缺失，进一步完成由并网模式到孤岛运营的平稳转换。此外，也因为可再生能源发电系统受气候的影响较大，因此储能系统也可以在无风无光或弱风弱光的极端气候下来用电，以保证最大负荷下的顺利运行。

三、研究现状

据文献资料调查，目前有关分布式储能与可再生能源等发电应用领域的研究成果，其重心主要聚集在大规模风电场、光伏电站和微供电系统的应用领域方面，并大致上可总结为如下方向。

储能用于削峰填谷。储能系统有调节供电负载大小的功能，利用储能系统可有效提升电气设备的利用效能，从而保证配电网设备容量，延缓其升级改造的步伐，从而节约成本，并通过峰谷电价差提升运行效益。鲍冠南等人指出在动态规范基础上，在建模中引入非连续性制约要求，以处理具有非连续性制约的优化问题；修晓青教授等在充分考虑储能体系的充放电性稳定约束、循环寿命等情况，对电网负载削峰填谷的控制策略开展了研究。储能管理系统用于跟踪分布式的可再生能源发电预测。通过理论研究和实践经验都表明，分布式可再生能源发电中存在着的随机性，而这些随机性也提高了城市供电网络潮流和压力调控的复杂性。但是，从另一角度考虑，储能系统因为实现迅速充放电，所以能够通过速度跟踪为散布式可再生能源发电预测输送提供支持。

储能主要用于提高电网能源品质。陈奕等通过实验在输配电网络中接入了储能系统，并使用管理策略，可以双向调整输出功率和无功功率，从而大大提高了电力的品质；而王云玲等人认为﹐在储能器件中，将超级电容作为调节器，然后串联在主电网的拓扑架构中，可以有效减少由于电源电压暂降、不对称电流和闪变所引起的负荷影响，同时，还能够控制正负序分量电流变化对电源的影响。

四、新能源发电技术中的储能技术

在科学技术高速发展的大力推动放下，各种储能技术与新型设备不断涌现出来（如下表一所示），笔者并对其中比较典型的储能设备进行了简要分析：

4.1超级电容器

超级电容也叫双电层电容器、黄金电容器、法拉电容，利用极化电解质来储能。这是一个电化学器件，因为这个内部储能流程是可逆的，它也使得超级电容器可能反反复复地充放电几十万次。超级电容器可被看作漂浮于电解液中的两片无化学反应活性的多孔阴极板，在极板上相互加电，正极板吸收了电解液中的阳离子，负极板则吸收了正分子，实际上可以产生两个相容性电荷储存层，被隔离的正分子在负极板周围，而阳离子则在正极板周围。所说的超级电容器，其最大储存容积是一般电器皿的20-1000倍。由于超级电容器在很多应用领域中都有着很大的应用前景，尤其是在电动汽车上的使用有着非常明显的优越性，目前不少发达国家企业都投入了大批人力、物力对超级电容器进行了研制开发，部分企业的产品甚至已经投入商业化生产。

4.2超导磁能

超导储能系统具备以下一些显著特点：无噪声污染，反应快速，工作有效率（达百分之九十五），不受施工地点的影响且非常安全可靠。而最大弊端则是生产成本太高，其次是由于必须利用压缩机和水泵保证液化冷却剂的稳定温度，使控制系统显得比较复杂，需要经常定时的保养。又因为超导磁能控制系统具备了高速反应的特点，所以不但可用来调整峰值，同时还能够储备应急的后备电能。至于小型超导磁能，尤其是微型超导磁能系统，则可以运用其高速调整有功、无功的特点来提高功率因数，平衡供电频率，调节电流的瞬时波形，以确保重要应用不间断电源供应等多项功效，进而大幅提升电能品质，以适应军队、工业生产、民用电力市场的需求。在分布式的发电体系中，超导磁能系统主要适用于光伏发电和风能发电等，并且是对电能品质和安全性都有严格要求的关键场所。

4.3蓄电池储能

铅酸电池。虽然具有一定的缺点，但铅酸电池依然在储能中使用最为普遍。其主要正负阴极都是二氧化铅和铁，以硫酸为主要电解液。铅酸电池组采用了吸附式电解质技术，在运行中产生的金属氧可以复合，并可在浮充和深循环使用条件下运行。该电池技术作为光伏或其他再生能源体系最完美、最合适。铅酸电池存在着以下几个重要的优点：生产成本相对低廉，且原材料供应充裕，生产工艺较为成熟，可以进行规模化制造，并且产品销售渠道

MH-Ni动力电池。MH-Ni动力电池是一款碱性动力电池，其正极为镍氢氧化物，而负极则为贮氢合金材质。充满时氢从正极到负极，释放时氢从负极到正极，由于电解液温度并无增减过程，因此燃料电池可进行完全封闭设计。同时因为具有的高能密度特性，再加上占用容量又小，因此我们可以预计其将在电动机车方面具有很大的使用空间。在分布式发电方面，因为其生产成本较高，和铅酸电池比较除体积小以外，并没有突出的优点

其他蓄电池。由于考虑到蓄电池的分布式计算发电自身的成本，所以目前在使用蓄电池储能中更多地使用了铅酸电池。国外也不断进行着试探性的研究工作，以寻找更理想的动力电池。目前发现的比较先进的蓄电池主要有：镍蝠强碱动力电池、钠硫动力电池等。但它们目前都仍处于实验性发展阶段。

4.4飞轮储能

飞轮存储，是一个全新的机器存储方式，其根本上不同于传统蓄电池储能、超导磁能以及电容器存储。它把电力以动力的方式贮存于高速旋转的飞轮机械中。整个翼轮储能系统最基本的构造都包含了如下五个部分：翼轮转子、轴承类型、动力/汽轮机、电力转换器以及真空仓。在飞轮及储能设备中还需要加入监控系统，以监视飞轮的位移、振动方向、速度、真空度、电气温度等运动参数。飞轮储能系统的功率密度很大，虽然占用空间相对较小但是由于其功率密度比较小，因此无法像超级电容器一样迅速地放出所储存的电能。但是，只要方案设计正确，加之飞轮储能系统具备见效迅速、施工周期短、使用寿命长等优势，将飞轮储能系统运用到分布式发电体系中是非常具备竞争力的。考虑到飞行器的高速储能，高能量密度，且充电速度快速，充放电次数无限，所以国外的许多科研机构都已经把翼轮储能技术导入了风力发电体系中，如风力发电机组+内燃机。实验结果表明，风能发电系统能量输出特性和经济特性较好，比未使用的飞轮储能系统有较大提高。作为储能系统，飞轮储能科技在太阳光、海潮、地热等领域方面，均有着不错的应用前景。

五、储能技术的机遇和挑战

5.1机遇

综合而言，不论是可再生燃料发电技术，或是可再生电力生产技术等，其规模化推广与商品化运用，除了政府扶持的先决条件之外，关键在于安全、绿色的储能科技与产业的配套发展。新能源行业和新能源汽车良好发展必将促进储能技术的蓬勃发展，中国储能行业也正走向历史上最好的发展机遇期。

5.2挑战

目前，由于中国大多数的储能产品，其在核心材料等方面的需求比较多，而且前期投入都很大，导致成本的高居不下，从经济性方面考虑，吸引力并不强。而另一方面，对于规模储能领域，由于中国的规模储能技术投入收益机制系统还未形成，因此建设储能装置的投资成本与运营费用在中国现行电价体制中还找不到有效收益途径，因此市场主体对规模储能领域的技术投入兴趣也还未能激发。

一方面，在规模储能生产方面，由于电力行业对生产稳定性的要求较高，产品一般要经过五次以上的现场稳定性检验和试运行方可达到供电系统的最低标准，因此产品的生产前基本定型周期较长，同时，中国国内的风能、光伏等领域还没有严格的技术标准和规范化管理制度，倒逼规模发电商积极应用预测技术和规模储能设备生产的激励机制还未形成，对规模储能设备大规模使用推进技术的生产积极性还不够。

另一方面，由于政府主管部门对储能关键技术进展情况和储能在新能源蓬勃发展中的特殊作用了解还不够，储能产业的未来发展计划还没有有效跟上行业发展趋势；另外，关于怎样选取合适的储能关键技术、怎样在电力系统中实现大规模应用以及怎样形成产业机制等多方面的问题，由于行业研究还相对滞后，也不能形成系统的技术预案，所以引导功能发展比较有限。

六、应用技术

储能的多资源有效整合作用不断凸显。能量生产商、消费者以及二者并存的小能量产品消费者，分层扩散连接，新类型产品层出不穷，形成了小能量局域网。能源管理与控制工作也呈现了离散自治与集中协作相结合的新模式。储能系统作用也从简单迈向复杂多样。存储能量使用场合也越来越多，功能时间范围也由s级至h级，从简单功能向融合多资源的新型供电模式多元化转变。紧凑型、模块式和相应成为现代存储能量设施的主要发展趋势。分布式储能体系将推动终端用户的供电模式多元化。随着市场电力要求的变化，在各种电力等级下交直流应用共存，利用储能技术满足终端客户用电需求变化、供能系统的能量缓冲、灵活互动和智慧交互已是当前技术潮流。

结语：储能科技在清洁燃料发电中具有举足轻重的意义，文章阐述了一些常用的储能科技并就它们在电力系统运营中的实际应用、关键技术的成熟度以及性能优势等进行了对比，并预测了在未来的发展趋势中储能科技将面临的机会与挑战。怎样处理在储能设备的经济性与应用性上的问题已变成学者在未来面临的重点课题，可预期的将是储能技术作为未来新能源蓬勃发展的一项关键点与必要环节。

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