分布式發(fā)電與儲能技術的結合大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟性。該文在簡單分析了各種可用于分布式發(fā)電的各種儲能技術之后，重點對比研究了各種電池儲能技術，認為鋰離子電池儲能系統(tǒng)是目前最有發(fā)展前景、最有應用優(yōu)勢的儲能方式。

分布式發(fā)電，一般指為滿足用戶特定的需要、支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行或同時滿足這兩方面的要求，且在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場配置功率為數(shù)千瓦到50MW的小型且與環(huán)境兼容的發(fā)電機組;從更廣泛的定義來看，分布式發(fā)電指的是任何安裝在用戶附近的發(fā)電設施，包含熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)以及各種蓄能技術等，而不論這種發(fā)電形式的規(guī)模大小和一次能源的使用類型[1]。

分布式發(fā)電技術有多種分類方式，按發(fā)電能源是否可以再生分為兩大類：一類利用可再生能源，主要包括風力發(fā)電、太陽能光伏、小水電、地熱能、生物質(zhì)能、海洋能等發(fā)電形式;另一類利用不可再生能源，主要包括熱電聯(lián)產(chǎn)、微型燃氣輪機、燃料電池等發(fā)電形式。其中的風力發(fā)電和太陽能光伏技術，具有的波動性、隨機性、間歇性成為制約新能源并網(wǎng)的關鍵問題，而儲能技術則是解決這一問題的有效手段。

目前儲能技術在全球范圍得到關注，取得了迅速的發(fā)展，儲能在分布式發(fā)電中起的作用可概括為三個方面[3]：對系統(tǒng)起穩(wěn)定的作用;適量的儲能可以在分布式發(fā)電單元不能正常運行的情況下起過渡作用;儲能使得不可調(diào)度的分布式發(fā)電單元能夠作為可調(diào)度機組單元運行，實現(xiàn)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，提供削峰、緊急功率支持等服務。

1適用于分布式發(fā)電的儲能技術

儲能技術具有極高的戰(zhàn)略地位，長期以來世界各國都在一直不斷支持儲能技術研究和應用，并給予大力的財政資助?？捎糜诜植际桨l(fā)電的儲能方式主要有電池儲能、抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、超導儲能。超導儲能目前受制于技術的進步，短期內(nèi)看不到大規(guī)模應用的前景;飛輪儲能轉(zhuǎn)換效率較低，大功率飛輪實現(xiàn)難度大;壓縮空氣儲能對安全要求較高，實現(xiàn)存在一定難度。國內(nèi)主要倡導的是抽水蓄能和電池儲能。抽水蓄能電站技術成熟、存儲容量大、運行壽命長，適宜于電力系統(tǒng)的大容量儲能，但是受水資源和地理條件的限制。因此，電池儲能的技術研究是目前分布式發(fā)電領域研究熱點之一。

1.1鈉硫電池

鈉硫電池由美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明，至今已有40多年的歷史。然而，受困于電池的性能提升、安全可靠性保障技術、成本以及規(guī)模化生產(chǎn)的工藝和裝備技術，尤其是核心部件氧化鋁陶瓷管(在電池中起隔膜作用)的制造及保持電池一致性的批量化生產(chǎn)工藝，使世界上多家曾經(jīng)涉足過鈉硫電池研發(fā)的公司陸續(xù)退出。

1.2液流電池

液流電池全稱為全釩離子氧化還原液流電池，液流電池中的兩個氧化-還原電對的活性物質(zhì)，分別裝在兩個大儲液罐中的溶液中，各用一個泵，使溶液流經(jīng)電池，并在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應。單電池通過雙極板串聯(lián)成堆。釩液流電池作為儲能電源，主要用于電廠(電站)調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風能發(fā)電的儲能電源以及邊遠地區(qū)儲能系統(tǒng)、不間斷電源或應急電源系統(tǒng)等。

1.3鎳氫電池

作為堿性電池的鎳氫電池與鉛酸電池比較，具有容量大、結構堅固、充放循環(huán)次數(shù)多的特點，但價格也高一些。鎳氫電池是新型環(huán)保的二次堿性電池，正極材料為羥基氧化鎳，負極材料為儲氫合金粉，不含鉛、鉻、汞等有毒物質(zhì)。鎳氫電池是密封免維護電池，正常使用過程中也不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。

1.4鋰離子電池

鋰離子電池是新型綠色環(huán)保蓄電池，主要結構分為正極、負極、電解液、隔膜。當放電時，鋰離子從負極釋放出進入正極，充電時，鋰離子從正極釋放進入負極。鋰離子電池按正極材料分類主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰等。各種系列鋰電池特性比較如下：磷酸亞鐵鋰，因為高放電功率、成本低、可快速充電且循環(huán)壽命長(1000次以上)，在高溫高熱環(huán)境下的穩(wěn)定

性高(300℃高溫以上才有安全隱患)，在大容量、高功率、安全性方面表現(xiàn)出最佳的性能;三元材料是鈷錳鎳混合材料，所表現(xiàn)出的電化學性能兼?zhèn)淞蒜掑i鎳三者的優(yōu)點，彌補了各自的不足，具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點，多在小型功率型電池設計中采用;錳酸鋰安全性比鈷酸鋰高，但高溫環(huán)境的循環(huán)壽命較差(500次);鈷酸鋰容量較高，最大的問題是安全性差、成本高、循環(huán)壽命短。

2各種電池儲能優(yōu)缺點及應用現(xiàn)狀

2.1鈉硫電池

鈉硫電池最早發(fā)明于20世紀60年代中期，以鈉和硫分別用作陽極和陰極，Beta-氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。

鈉硫電池優(yōu)點：比能量高;可大電流、高功率放電;充放電效率高。缺點：工作溫度較高(300～350℃);充電狀態(tài)只能用平均值計量，需要周期性的離線度量;由于硫具有腐蝕性，電池殼體需經(jīng)過嚴格耐腐處理;技術受國外壟斷。

目前，全球只有日本NGK擁有成熟的鈉硫電池生產(chǎn)和研發(fā)體系，在市場上也有成熟的應用業(yè)績。我國在大容量鈉硫電池關鍵技術和小批量制備(年產(chǎn)2MW)上也取得了突破，但在生產(chǎn)工藝、重大裝備、成本控制和滿足市場需求等方面仍存在明顯不足。上海市電力公司與上海硅酸鹽所聯(lián)合開發(fā)儲能鈉硫電池，已建立了鈉硫電池的2MW中試線，并制備了650Ah的鈉硫單體電池樣品，但是在循環(huán)壽命、充放倍率、生產(chǎn)成本等關鍵性能指標上距離NGK仍然有較大的差距。

2.2液流電池

液流電池優(yōu)點：電池的功率和儲能容量可以獨立設計，電池系統(tǒng)組裝設計靈活;電池系統(tǒng)可高功率輸出;電池系統(tǒng)易于維護，安全穩(wěn)定;環(huán)境友好;可超深度放電(100%)而不引起電池的不可逆損傷;響應速度快。缺點是：需要額外的動力電源維持電池的正常運行，降低了其整體的能量效率;電解液易泄露，需事故預防;液流電池的造價較高，與鐵鋰電池相比性價比差。

液流電池最早由美國特種航天局(NASA)資助研發(fā)，澳大利亞的PinnacleVRBLtd公司及加拿大的VRBPowerSystems公司在大型液流電池儲能系統(tǒng)(VRBESS)的開發(fā)上走在世界前列。我國研究始于20世紀90年代，中國科學院大連物化所、中國工程物理研究院電子工程研究所、中國科學院金屬研究所和中南大學等先后加入到VRB的研究中來。2006年，中國科學院大連物化研制成功10kW級VRB系統(tǒng)，但釩電解液和隔膜的高成本阻礙其商業(yè)化推廣。

2.3鎳氫電池

鎳氫電池優(yōu)點：具有較高的容量、結構堅固、充放循環(huán)次數(shù)多的特點;鎳氫電池是密封免維護電池，不含鉛、鉻、汞等有毒物質(zhì)，正常使用過程中也不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，鎳氫電池具有較好的低溫放電特性，自放電率很小，可深度放電，價格相對便宜且普及。缺點是：有記憶效應，能量密度低，充電速度較慢，原材料制造成本較高。

1982年美國Ovonic公司申請儲氫合金用于電池制造的專利，1985年荷蘭的飛利浦公司突破了儲氫合金在充放電過程中容量衰減的問題，使鎳氫電池廣泛應用。在美國和日本，鎳氫電池技術主要應用于混合動力汽車領域。日本松下電池公司是從事電動車用鎳氫電池開發(fā)的主要代表性廠家，不但開發(fā)了純電池電動車用的EV型電池組，還開發(fā)了供汽油機—電池混合動力源的HEV用的高功率型鎳氫電池。

在國家863計劃的推動下，國內(nèi)鎳氫電池產(chǎn)業(yè)得到了較大的發(fā)展，目前單體電池的技術指標與國外的相差不大，但一致性和循環(huán)壽命與國外有一定差距，特別是集成大規(guī)模電池組后各項指標相差較大。北京有色金屬總院進行了電動車用方形鎳氫電池的研究試驗，共涉及10、44、80和100Ah四種單體電池，比能量分別為55、58、60、67Wh/kg。由鎳氫電池整合而成的電池電源系統(tǒng)已在國內(nèi)一汽、二汽、上海汽車工業(yè)集團、上海磁懸浮樣車的備用電源上廣泛使用，包括北京2008年奧運會中標企業(yè)在內(nèi)的國內(nèi)混合電動車企業(yè)大都采用鎳氫蓄電池作為電源。目前，國內(nèi)已在上海市電力公司建設的100kW儲能試驗園區(qū)內(nèi)建立了100kW×1.5h的鎳氫電池儲能系統(tǒng)，整個系統(tǒng)含100kW×1.5h鎳氫電池、120kVAPCS和專門開發(fā)的儲能用監(jiān)控系統(tǒng)組成。

由于使用大量有色金屬鎳和稀土元素，鎳氫電池制造成本相對較高，與鋰離子電池相比，比能量較低，正逐漸被鋰離子電池所替代。

2.4鋰離子電池

鋰離子電池不僅具備高比能量、高比功率、高能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，而且兼具長循環(huán)壽命。鋰離子動力電池是電動技術產(chǎn)業(yè)興起的關鍵，現(xiàn)已廣泛應用于電動自行車、電動汽車等領域，成本也在逐年下降，磷酸亞鐵鋰、鈦酸RURALELECTRIFICATION鋰等新材料的開發(fā)和應用，大大改善了鋰離子電池的安全性和循環(huán)壽命，從而可能將鋰離子電池用于更大規(guī)模的儲能。目前飽受困擾的則是有

的體系安全性稍差，價格還較高。相對于其他體系鋰電池，磷酸亞鐵鋰電池是最有希望的儲能電池。磷酸亞鐵鋰材料的單位價格不高，其成本在幾種電池材料中是最低的，而且對環(huán)境無污染。磷酸亞鐵鋰比其他材料的體積要大，成本低，適合大型儲能系統(tǒng)。

目前，高功率鋰離子電池儲能技術日益成熟，逐步取代鎳氫電池在動力車應用的部分市場。美國能源部DOE和USABC已支持了3代動力鋰離子電池的研發(fā)。USABC在2007年2月發(fā)布了油電混合動力(PHEV)研究目標，計劃開發(fā)高比功率/能量型(比功率為500W/kg，比能量為56.7Wh/kg)和高比能/功率型(比能量為96.7Wh/kg，比功率為208.3W/kg)兩類鋰離子電池組，兩類電池壽命均要求15年/30萬次，同時對價格、高低溫性能提出要求。

3結論

儲能技術的不斷發(fā)展，會促使分布式發(fā)電系統(tǒng)更快地發(fā)展。同時，分布式發(fā)電與儲能技術的結合大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟性。該文在簡單分析了各種可用于分布式發(fā)電的各種儲能技術之后，重點對比研究了各種電池儲能技術，認為鋰離子電池儲能系統(tǒng)是目前最有發(fā)展前景、最有應用優(yōu)勢的儲能方式，隨著鋰離子電池技術的完善和成本下降，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的應用優(yōu)勢將更為明顯。