光伏电站用储能电池的发展现状及应用前景综述

光伏电站用储能电池的发展现状及应用前景综述

索新明

山南大有新能源开发有限公司   西藏自治区山南市  856000

摘要：随着能源危机和环境污染的加剧，大力使用和发展非化石能源，特别是以风能和太阳能为代表的新能源，被能源行业视为减少温室气体排放、缓解气候变化和实现可持续性的最有效途径之一。凭借清洁低碳的优势，新能源已成为各国制定能源政策的主要选择，并在世界范围内得到了快速发展。随着双碳时代的到来，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳中和、碳达峰的主要举措。因此，本文就光伏电站用储能电池的发展和应用前景进行研究，为增强电网灵活程度，提高风电消纳能力提供了全新的解决思路。

关键词：光伏电站；储能电池；发展现状；应用前景

引言

随着新能源装机规模的不断增加，其波动性和间歇性增加了电力侧的调峰和调频压力，无法维持系统频率的稳定性，系统稳定性水平显著下降。如何提高电力系统的灵活性，确保新能源的高效消耗和电力系统的安全稳定运行，成为国家和社会关注的焦点。大规模安全高效地应用储能是支持“双碳”目标下新型电力系统发展的有效手段之一。它在提高电力系统灵活性、促进新能源消费、确保电网安全等方面具有独特优势。对于推动我国能源结构转型，保障能源供应安全具有重要意义。然而由于当前的储能经济性，储能在促进新能源消纳、提升电网灵活调节能力等方面的应用仍处在商业化初期，各国均在积极探索适合各自国情的储能发展模式。

1光伏发电系统中的储能技术

第一，储能技术在光伏发电厂中的应用。光伏离网系统首次被广泛使用。整个电网的控制和调整可以通过组件、控制器和电池的互连来完成。在充电过程中，直流电可以在控制器的帮助下通过部件直接存储在电池中，而在放电过程中，可以通过逆变器和放电控制器将直流电直接转换为交流电，然后连接到负载上使用。安装在早期离网系统中的蓄电池通常由铅酸胶体制成。家庭中使用的离网系统、光伏、路灯等是日常生活中常见的项目。第二，光伏微电网系统的应用，主要基于家庭光伏和小型光伏分布式微电网系统。它是在联网系统的基础上合并和使用电网连接的功能。当并网发生停电时，可以直接将并网状态改为孤岛运行，然后实现平滑切换。第三，通过在电站的交流侧配置储能系统，可以完成储能系统在大型光伏电站的应用，实现对整个电网的调峰，当前，大多数城市使用了地面光伏电站配置储能工作，按照10∶1的比例进行配置，并且保证充电时间不低于两小时范围内。

2 光伏电站用储能电池类型

2.1 铅酸蓄电池

铅酸蓄电池的电解液是稀硫酸溶液，电池的正极为绒状铅及二氧化铅，负极则是由酸性的蓄电池组成。铅酸蓄电池储能容量大，储能技术已经相对成熟，技术应用成本低，系统易于维护。但是，这种储能电池的比能量低，电池循环寿命很短，在使用过程中容易对环境造成重金属污染。深度放电还会对电池本身造成更大的损坏。然而，由于铅酸蓄电池技术更成熟，使用成本低且能量密度高，因此在进行光伏发电时，通常将铅酸蓄电池用作光伏电力系统的储能装置。然而，铅酸蓄电池的储能模式相对简单，存在一定的应用限制，电池续航时间不够长且电池功率有待提升。为此可以逐步升级，尝试混合型储能系统的应用。

2.2 磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池是一种新型锂离子电池，以磷酸铁锂为正极材料。与铅酸电池相比，具有比能量高、重量轻、体积小、环保、无污染、免维护、寿命长、高低温适应性好、无记忆效应、安全性高等优点。磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V，具有良好的电化学性能，充放电性能非常稳定，可以高速放电，可以接受大电流的快速充电。在80%放电深度的条件下，磷酸铁锂电池的循环寿命超过2000次（能量型磷酸铁锂的循环寿命可达6000次），表明该类型电池在深度放电条件下仍能提供高功率输出，充分满足现代动力电池和储能电池的发展需求。目前，磷酸铁锂电池已广泛应用于电动自行车、电动汽车、电动工具、汽车启动、UPS电源、通信基站、新能源存储、智能微电网等领域。未来，随着磷酸铁锂电池技术的不断成熟，与另一种国内常用的三元锂电池相比，磷酸铁锂电池因出色的安全性能和成本优势，必定会成为未来市场的主流产品。

2.3 钠硫储能电池

该类型的储能电池的正极是多硫化钠和硫，负极是熔融金属钠，电池的电解质和隔膜是钠β氧化铝。钠硫储能电池的能量密度是铅酸储能电池能量密度的3倍以上，但操作空间要求仅为其尺寸的1/3。钠硫蓄电池的充放电效率相对较高，成本较低，对系统运行空间的需求较小，后期维护难度较低。钠硫电池具有高能量、高功率密度、无自放电，便于现场安装、价格适当等优势，在大容量储能领域获得了广泛应用。目前，钠硫电池产业化应用的条件日趋成熟，中国储能用钠硫电池已进入产业化的前期准备阶段。

2.4 超级电容器

超级电容器的性能介于电解电容器和电池之间。它是一种新型储能装置，由隔膜、电解质、集电体和电极材料组成。其中，电极材料主要包括碳材料、金属氧化物和水合物材料（M

xOy）、导电聚合物，通过极化电解质储存能量。根据不同的分类标准，超级电容器可以分为不同的类型。（1）根据电解质溶液的不同，超级电容器可分为水电解质超级电容器、有机电解质超级电容和固体电解质超级电容；（2）根据超级电容器电极的组成和电极上的反应类型，可以分为对称超级电容器和不对称超级电容器；（3）根据电极的储能机制和不同的原材料，超级电容器可分为双电层超级电容器、伪电容器超级电容器和混合超级电容器。超级电容器结构简单，充放电能力强，功率密度大，容量大，循环寿命长、免维护、工作温度低、经济环保等优点，通常应用在汽车电源、电力储能、铁路、航空航天、通信、国防等领域，拥有广阔的发展前景。

3 光伏电站用储能电池的发展策略

随着时代的不断发展和能源互联网的不断变化，储能达到了一个新的高度。可再生资源正在逐渐改变人们的工作和生活。作为新能源的重要组成部分，它在未来有着良好的发展前景，但也面临着成本高的缺点。储能是智能电网的主要技术之一。它应该有效地解决能量密度、功率、密度等问题。除了效率、稳定性和可靠性问题外，由于应用范围广、密度高、容量大，应研究上述三个方面，并开发高度发达的电池材料。在传感器的帮助下，应实现监测和管理，以解决电池应用过程中的问题。不断研究各种检测技术，延长电池的使用寿命，了解各种化学反应，开发稳定的电解质，不断优化结构和设计。此外，在实际工作中，应做好储能系统放电阶段对新能源发电厂功率预测系统的影响，以免造成功率预测偏差大，增加电网对新能源发电的考核，这也是当前储能系统需要考虑和分析的问题。

结束语

综上所述，全面评估发电侧、电网侧和用户侧储能的市场潜力和效益，坚持整体、系统发展的理念，结合新能源发展需求，将光伏电站储能电池纳入能源电力总体规划，科学做好电力系统各方面储能布局和容量配置，加快制定各省储能专项规划，明确建设规模、布局和生产顺序。在电力侧储能多元化方面，加快储能电池在电力侧的应用，在有条件的地区发展光伏电站等多类型规模化储能，提升新能源发电稳定性和电能质量。

参考文献：

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