电化学储能技术在内蒙古西部电网的应用前景

吴立霞,吴可心

(1.内蒙古电力(集团)有限责任公司 内蒙古电力科学研究院分公司,内蒙古 呼和浩特 010020;2.内蒙古电力(集团)有限责任公司 乌拉盖供电分公司，内蒙古 锡林郭勒 026321)

针对我国能源战略格局的重大改变，能源系统不再是原来以化石能源主导，而是向低碳环保新能源方向转变。新能源发电类型有很多，目前在内蒙古地区广泛使用的新能源类型主要是风电和水力发电，太阳能发电也在逐步扩大应用市场。输出的不稳定性和不可预测性是新能源区别于传统化石能源的最大问题，这些问题对电网的稳定性造成很大的影响，而引入储能技术，可以有效改善电力需求与供给不相匹配的问题，使输出稳定性得到进一步提升、使电力质量得到进一步改善。储能技术种类很多，每种储能技术都有各自的优点与缺点，在内蒙古地区应用较广的储能技术是电化学储能技术，电化学储能技术优点很多，例如不会对环境造成大面积污染，使用方便，应用地域广，转换效率高等优点。使用安全，较少资金的投入以及不会对环境造成大面积污染是使用储能技术必须具备的3个硬性指标。

1 储能技术的参数介绍

电化学储能包含多种储能技术，表1重点介绍了4种类型电池，主要列出4种电池的各项参数，通过比较就能看出最适合引入的电池类型。

表1 储能技术的综合比较

2 电化学储能技术介绍

2.1 铅酸电池

铅酸电池，顾名思义是以硫酸溶液为电池的电解液，以铅元素与铅的氧化物为电极的二次电池。铅酸电池的应用技术较为成熟，由于铅酸电池具有表2的优点，所以能使电能质量有很大的提升，电源和备用容量也得到很大提升。目前已成为通信、运营、电力等行业最广泛使用的储能电池。

表2 铅酸电池优点

但是，铅酸电池也存在一些缺点阻碍了铅酸电池的大范围应用，见表3。

表3 铅酸电池缺点

科学家们致力于研究一种电池可以弥补铅酸电池的不足，所以铅碳电池问世，铅碳电池虽然投入资本比铅酸电池高，但是充电速度和充放电功率提高、循环利用次数增多，在不间断电源、电动车等行业中可以广泛使用。

2.2 锂离子电池

锂离子电池的工作原理是锂离子在正极金属氧化物和负极石墨中，以嵌入和脱出方式进行能量的存储和释放。

锂离子电池有如表4的优点。虽然在手机、笔记本电脑、照相机等电子产品和电动汽车领域有较多应用，制造成本在新能源汽车市场不断扩大的情况下也在不断下降，而使用安全性高的电极材料、优化电池结构设计以及做了安保措施，所以安全性问题也得到了很大改善。

表4 锂离子电池优点

2.3 钠硫电池

钠硫电池处于正极的钠离子通过陶瓷隔膜的固体电解质与负离子的硫元素发生可逆反应，形成能量的存放。电池能量密度为150 Wh/kg～240 Wh/kg，功率密度为150 W/kg～230 W/kg，拥有很高的能量转化效率，能达到90%左右，使用寿命很长，能达到10年以上之久，不会对环境造成污染。钠硫电池的优点，见表5。

表5 钠硫电池优点

但是也存在安全隐患，见表6。如果隔膜出现破碎现象，导致钠和硫发生化学反应，那么就会释放出大量热，很有可能会造成严重事故。为了钠硫电池大规模发展，需要在稳定性和抗腐蚀性方面下功夫。目前，已经研发出来的全固态钠硫电池，解决了需要高温下工作的条件，但是其他性能还有待提高。

表6 钠硫电池的安全隐患

2.4 液流电池

液流电池的电解质盛放在不同的容器里，不在电池体内，而电池仅提供氧化还原反应的场所，其循环流动是泵来驱动。所以储能容量不受电极体积的限制，极大加速了电解质的流动，因此应用范围更广。

在液流电池技术中，锌溴液流电池和全钒液流电池应用较广。其中应用最广的是全钒液流电池。全钒液流电池优点，见表7。

表7 全钒液流电池优点

但是因电解液与隔膜的制造成本高是阻碍全钒液流电池大规模发展的限制因素。

3 适合内蒙古西部地区的储能技术

内蒙古西部电网存在的主要问题是新能源接纳能力差、电网调峰调频问题和旋转备用容量问题。为了提升电能质量和合理的改善外送能力，应根据内蒙古西部电网现有问题，将化学储能、抽水蓄能和压缩空气储能大规模接入电网。内蒙古西部地区特点是缺乏水力资源，所以抽水蓄能与其他形式的储能技术相结合才能满足内蒙古西部地区对于储能的要求。

液流电池及钠硫电池配置灵活、对环境影响较小、并且可以做到较大容量。所以液流及钠硫电池可以作为抽水蓄能电站的补充解决目前存在的问题。

内蒙古西部电网是火电调峰型的电网，抽水蓄能电站作为补充。冬天，机组还要承担供热任务，就会影响火电机组的调峰灵活性，调峰能力下调，甚至可能需要弃风弃光。因此，需要建立投入资金少、反应灵敏的大规模储能系统和调峰电站，这样就可以改善电网的调峰能力、同时对融入新能源提供了重要支撑。

内蒙古西部电网风电场主要聚集在锡林郭勒盟、巴彦淖尔市以及包头市北部的达茂旗，距负荷中心较远，与电网主网架联系不通畅，电网末端的系统稳定性强烈不稳。为了有效解决这一困难，利用液流电池储能的容量大、使用寿命长、循环次数多的特点，与风电场相结合，有效改善了电能质量，大幅提高了电网末端的稳定运行。目前全钒液流电池已大规模使用在风电场中，大量的运行数据充分证明，全钒液流电池可以抑制风电场功率波动、改善输出的电能质量、增强风机低电压过渡能力。

4 总结与展望

本文介绍了4种电化学储能，并对4种储能技术进行了对比，针对内蒙古西部电网存在的问题，提出了改善思路，解决了问题。从而提高电力系统稳定运行，改善了电能质量。电化学储能技术与新能源的相互融合，使储能技术的优点充分发挥，作为短板的补充，提高了其性价比和实用效果。与多种储能技术相融合是未来发展的方向。同时并网型储能技术越来越成熟、应用范围越来越广，储能投入的成本就会越来越少，性能方面也可以得到大幅提升。