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科普|反应迅速的超级电池——电化学储能

 zhb学习阅览室 2022-09-14 发布于上海

储能,顾名思义就是存储能量,是指通过一种介质或者设备,把一种能量形式存储起来,并基于未来应用需要,以特定能量形式释放出来的循环过程。

根据不同能量类型,广义的储能技术基本可分为四大类:基础燃料的存储(煤、石油、天然气等)、二次燃料的存储(氢、煤气、合成天然气等)、电能存储(储电)、后消费能量储存(储热等)。

狭义的储能主要是指电储能(储电)和储热。电储能按能量形式又可分为物理储能和化学储能,物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和超导磁储能等技术,化学储能主要包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠流电池、燃料电池和超级电容器等。

提到电化学储能,简单地讲就是通过介质把电存起来,等到用的时候再把电放出来。电池就是将化学能转化成电能的装置,电池又分为一次电池和二次电池。一次电池就是我们日常生活中的干电池,它只能将化学能转变成电能,放电后不能再充电使其复原,不可重复使用。二次电池又称为充电电池或者蓄电池,可以实现化学能和电能之间的频繁转化,可以重复使用。用于电化学储能的是可以重复使用的二次电池。

在电力系统中,人们常把大规模的电化学储能电站比喻为“超级大电池”。就像我们常用的充电宝一样,“超级大电池”在外部电能富余的时候充电,把电储存起来;在需要用电的时候,“超级大电池”再把电放出来。因此,“超级大电池”有一个很重要的应用就是为电力系统“削峰填谷”,保证供电的稳定性。

不同的电池类型都有各自的特点,为大规模储能应用的不同需求提供了多样化的选择。目前大规模储能用的电池主要有锂离子电池、钠硫电池、液流电池、铅酸电池等。其中,在电动汽车需求的拉动下,锂离子电池技术进步最快,性价比也接近可推广应用的阶段。锂离子电池在现有化学储能装机中占比达到了90%。目前主流锂离子电池可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池两大类型。不同于新能源车对能量密度(即续航)的追求,储能更关注循环寿命(充放电次数)、安全性、成本性这些特性,磷酸铁锂电池是目前电化学储能的发展趋势。

锂离子电池的“超级大电池”一般采用预制仓方式,一个电站由若干电池预制仓组成。一个电池预制仓采用标准集装箱进行安装,其中包含若干电池簇。若干个单体电池采用串并联的方式组织一个电池模组,多个电池模组组成一个电池簇。所以一个“超级大电池”是由若干个单体电池组成的储能系统。

预制仓

储能电站

储能电站

随着能源转型升级和“双碳”目标推进,新能源电源装机规模不断增加,其不稳定的特性使得对储能的需求也越来越大。储能已经成为新型电力系统中越来越不可或缺的调节资源,应用前景广阔。

作者:曾小超 电力行业勘察设计大师、中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司副总工程师

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