储能系统比较
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2025-03-28
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1.1 储能技术比选
在电力系统中抽水储能、压缩空气储能、超导储能、钠硫电池、铅酸电池、
氧化还原液流电池可用于电网能源管理，其中抽水储能、压缩空气储能、大型超
导储能和氧化还原液流电池储能适合于大规模储能，可用于发电厂调峰，稳定电
网，平衡负载。各种化学电池、超级电容器、飞轮储能、铅酸电池等可用于电源
质量调节和不间断电源，金属空气电池、钠硫电池、超导磁储能、铅酸电池、氧
化还原液流电池可用于备用电源。
从技术发展水平来看，抽水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化学
储能技术，铅酸电池、小型电池早已普遍实用化，氧化还原液流储能电池已经达
到了商业化示范阶段，而超导储能和飞轮储能技术离实际应用还有相当大的距离。
各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，而同时电力
系统也对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以
完全胜任在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需求，选择匹配的储能
方式与电力应用。表 4.3 列出了几种适用于电力系统的储能技术在电力系统中的
应用方向及其技术需求。
表4.3 各种储能技术的应用能力
储能类型
典型额定功率
额定容量
特点
应用场合
机械
储能
抽
水
储
能
100~2000MW
4-10h
适于大规模，技术成熟
响应慢，需要地理资源
日负荷调节，频率控制
和系统备用
压
缩
空
气
10~300MW
1~20h
适于大规模
响应慢，需要地理资源
调峰，系统备用
飞
轮
储
能
5kW~1.5MW
15s~15min
比功率较大
成本高、噪音大
调峰、频率控制、UPS
和电能质量
电磁
储能
超
导
储
能
1~100kW
2s~5min
响应快，比功率高
成本高、维护困难
电能质量控制、输配电
稳定，UPS
电
容
器
1~100kW
1s~1min
响应快，比功率高
比能量太低
输电系统稳定、电能质
量控制
超
级
10kW~1MW
1~30s
响应快，比功率高
与FACTS 结合
储能类型
典型额定功率
额定容量
特点
应用场合
电
容
成本高、储能量低
电化
学储
能
铅
酸
电
池
1kW~50MW
1min~3h
技术成熟，成本较小
寿命短，环保问题
电能质量、频率控制、
电站备用、黑启动、可
再生储能
液
流
电
池
5kW~100MW
1~20h
寿命长，可深放，适于
组合，效率高，环保性
好，储能密度低
电能质量、备用电源、
调峰填谷、能量管理、
可再生储能
钠
硫
电
池
100kW~100MW
数小时
比能量与比功率较高
高温条件、运行安全问
题有待改进
电能质量、备用电源、
调峰填谷、能量管理、
可再生储能
锂
电
池
kW~MW
分钟~小
时
比能量高
成组寿命、安全问题有
待改进
电能质量、备用电源、
UPS
在现有的储能技术中，铅酸电池、镍铬电池系统由于循环寿命低，还有环保
问题，目前还难以大规模用于建设储能电站。所以，当前技术条件下，能够满足
应用的储能系统有蓄能储能、空气压缩储能、钠硫电池和液流电池储能装置以及
磷酸铁锂电池。抽水蓄能方式可实现大功率、大容量电能储存，但是对场址要求
较高。大型压缩空气储能系统存在着场址的特殊要求以及建设周期长的问题。
因此，综合对比下能够满足本工程的应用条件和应用目的储能电池主要有
以下三种：钠硫电池储能、液流电池储能和磷酸铁锂电池储能。而单从满足储
能容量和功率而言，上述三种电池在技术上都是可行的。
就三种电池而言，其技术分析应充分考虑以下三个方面：
1) 首先要考虑如何减少储能系统建设与运行的技术风险；
2) 其次要考虑如何提高经济合理性；
3) 还应考虑如何提高技术灵活性。
1.1.1 三种电池的技术风险分析
1) 储能系统运行可靠性分析
储能系统可靠性与储能系统构成的复杂程度、系统的可控性及复杂程度、系
统的冗余性、运行限制条件有极大的关系。
a) 钠硫电池储能系统
钠硫电池储能系统的系统构成比较复杂，尽管电池已经模块化，毕竟属于高
温电池，电池模块对辅机（高温加热单元、温控单元、保护单元以及监测单元）
依赖性比较大，而在系统集成时又要对主辅设施进行电气、控制隔离。系统复杂
导致设备隐患增大；
钠硫电池的剩余容量、运行功率、运行温度、过载能力、调节深度、电池电
流以及电压等各个参数之间耦合非常复杂，此外，电池运行温度必须控制在
290～320℃之间，导致电池的灵活调节范围变窄；
钠硫电池运行本身有设置限制条件，如 1MW 电池一天只能储能 6MWh 能
量存储与释放，若按全充全放运行，一天只能工作一个满量程电池循环，一年只
能进行 300 次满量程循环；电池熄火后重新启动需要两天时间；
故障维修响应慢，由于是日本产品，一旦出现故障，日方人员的响应时间比
较慢，到达现场需要 72 小时以上；
钠硫电池储能系统中，至少需要 10 个50kW 电池模块串联才能构成一个电
池组串，这样变流器部分最小基本功率单元是 500kW。若进行冗余配置，会导
致冗余成本过高。
b) 液流电池储能系统
液流电池实际上就是一个现场化工厂，除了电堆、变流器以及监控系统之外，
还有循环泵、输液管道、储液罐、电解液、换热器、管道控制阀、氮气瓶等等。
影响系统可靠运行的隐患较多。从以往的运行和试验经历来看，管道会出现电解
液“跑、冒、滴、漏”的概率，需要配置储液池。
液流电池系统的剩余容量、运行功率、运行温度、调节深度、气压、泵速、
电池电流以及电压等各个参数之间存在耦合，导致电池的灵活调节范围变窄；
液流电池的电解液散热需要借助于液冷机组，需要定期维护，来保证液流电
池系统正常运行。
c) 磷酸铁锂电池储能系统
磷酸铁锂电池储能系统结构相对简单，没有辅机系统。设备故障的几率低；
在允许的环境温度范围内，电池系统各参数之间关联简单清晰，易于控制；
电池模块中都内置了电池监控管理系统，可以与变流器以及更上层监控系统通讯。
增强了系统调控的灵活性和可控范围；
对于磷酸铁锂电池储能系统而言，影响系统运行可靠性的隐患主要是电池组
内单体的不一致性。通过增加电池均衡系统方法，可以减少这一隐患的发生。目
前电池均衡技术仍然处于瓶颈期，有待突破。因此，主要通过引入冗余电池组串，
提高运行可靠性。所以冗余成本相对较高。
2) 系统的安全与环保风险分析
a) 钠硫电池储能系统
针对钠硫电池，NGK 公司虽然做过类似电池穿刺、跌落、燃烧等安全测试，
摘要：
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1.1储能技术比选在电力系统中抽水储能、压缩空气储能、超导储能、钠硫电池、铅酸电池、氧化还原液流电池可用于电网能源管理，其中抽水储能、压缩空气储能、大型超导储能和氧化还原液流电池储能适合于大规模储能，可用于发电厂调峰，稳定电网，平衡负载。各种化学电池、超级电容器、飞轮储能、铅酸电池等可用于电源质量调节和不间断电源，金属空气电池、钠硫电池、超导磁储能、铅酸电池、氧化还原液流电池可用于备用电源。从技术发展水平来看，抽水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化学储能技术，铅酸电池、小型电池早已普遍实用化，氧化还原液流储能电池已经达到了商业化示范阶段，而超导储能和飞轮储能技术离实际应用还有相当大的距离...
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