电化学储能介绍及优缺点

储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。储能技术按照储存介质进行分类，可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。（每个机构的分类略有不同，但原理相同）

本文介绍电化学储能。

电化学类储能

截至2021年底，我国已投运的储能项目中，抽水蓄能装机占比86.3%，电化学储能装机12.5%，其它储能装机占比1.2%。

那么，电化学储能为何成为了储能行业“耀眼的星”？

因为其受地理因素影响小，应用场景相对灵活。随着成本的持续下降和商业化的逐步成熟，电化学储能未来具有巨大的发展潜力！

何为电化学储能

电化学储能是通过电池所完成的能量储存、释放与管理过程。其工作原理是通过介质或设备把电能存储起来并在需要时释放的储能技术及措施。

电化学储能是新型电力系统的重要组成部分，是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的重要手段。

电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成 。

电池组是储能系统最主要的构成部分，成本占比最高。电池管理系统(BMS)是电池组的“司令官”，是电池和用户之间的纽带，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等。

“好方案源于顶层设计，好系统出于EMS”，能量管理系统(EMS)负责整个储能系统内信息采集、监控等，全方位了解系统运行情况，保证系统安全。

储能变流器(PCS)可以理解为一个超大号的充电器，但与手机充电器的区别在于它是双向的，可以控制储能电池组的充电和放电，进行交直流的变换。

电化学储能产业链示意图

电化学储能的种类

按技术路线，电化学储能通常可分为锂离子电池、钠硫电池、液流电池以及铅蓄电池等各种二次电池储能。

我国电化学储能发展阶段如下：

电化学储能的特征

相较于抽水蓄能等传统储能方式，电化学储能的突出优势在于其不受限于特殊的地理条件、建设周期短、可灵活运用于各类场景；再者，响应速度快、技术相对成熟、能量密度大、转换效率高等特点也让电化学储能有别于其他储能方式。

电化学类储能主要包括各种二次电池，有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等，这些电池多数技术上比较成熟，近年来成为关注的重点，并且还获得许多实际应用。在这着重讲解锂电池：

3.1铅酸电池

（1）基本原理

铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一。铅酸电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电势，这就是铅酸电池的原理。

（2）优点

技术很成熟，结构简单、价格低廉、维护方便；

循环寿命可达1000次左右；

效率可达80%至90%，性价比高。

（3）缺点

深度、快速、大功率放电时，可用容量下降；

能量密度较低，寿命较短。

（4）应用

铅酸电池常常用于电力系统的事故电源或备用电源，以往大多数独立型光伏发电系统配备此类电池。目前有逐渐被其他电池（如锂离子电池）替代的趋势。

3.2锂离子电池

（1）基本原理

锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。

（2）优点

锂离子电池的效率可达95%以上；

放电时间可达数小时；

循环次数可达5000次或更多，响应快速；

锂离子电池是电池中比能量最高的实用型电池，有多种材料可用于它的正极和负极（钴酸锂锂离子电池、锰酸锂锂离子电池、磷酸铁锂锂离子电池、钛酸锂锂离子电池等）。

（3）缺点

锂离子电池的价格依然偏高；

有时会因过充电而导致发热、燃烧等安全问题，有一定的风险，所以需要通过过充电保护来解决。

（4）应用

由于锂离子电池在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上的应用，所以它目前几乎已成为世界上应用最为广泛的电池。锂离子电池的能量密度和功率密度都较高，这是它能得到广泛应用和关注的主要原因。它的技术发展很快，近年来，大规模生产和多场合应用使其价格急速下降，因而在电力系统中的应用也越来越多。锂离子电池技术仍然在不断地开发中，目前的研究集中在进一步提高它的使用寿命和安全性，降低成本、以及新的正、负极材料的开发上。