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摘要 新能源发电技术凭借低成本、低污染、低依赖逐步在国内外市场得到推广应用。储能系统在新能源系统中承担着转化电力形式的功能，影响发电系统效率和电能质量，但在实际应用中存在功率密度小、机制不完善、运行条件恶劣等难点。有必要对新能源发电系统中的电池储能技术应用场景、特点、优化盈利等展开研究，本文梳理国内外最新电池储能技术，分析技术特点和匹配场景，从宏观角度提出其在新能源发电中的优化应用策略，旨在形成效益和安全并重、绿色与高效兼顾的新能源电力格局。
新能源发电很大程度上受到地理环境限制，在时间上有间歇性，在空间上有地区分布不均的特点，储能系统的建立相当于在电、热、冷、气、氢等多个能源子系统间实现了融合转换，能够突破新能源发电的局限性，强化新能源生产消费的开放共享。目前，美国、欧盟、日本等国家和地区已经开展储能技术战略规划布局，在锂离子电池、钠离子电池、液流电池、金属空气电池、重力储能、压缩空气储能等方向进行前沿技术研究。电化学储能有长且复杂的产业链，既覆盖上游各种电池、储能变流器、电池管理系统和能量管理系统，也涉及中游系统集成商和下游终端用户、运维商。
1 电池储能技术在新能源发电系统中的应用研究
1.1 电池储能技术应用现状
电化学储能技术以化学电池为核心，包括磷酸铁锂电池、锂金属电池、钠硫电池等。锂金属电池使用有机电解液，减少重量和体积，现有的由磷酸铁锂电池和三元锂离子电池构成的储能系统，具有可充电、可持续使用等优点。在锂离子隔膜领域，研制出陶瓷涂覆湿法隔膜技术，提高隔膜的耐高温、耐热收缩性能和穿刺强度，防止电池正负极大面积接触，降低电池长期循环锂枝晶刺穿隔膜引发的短路。针对锂资源高纯高效提取，开发出贫锂卤水资源提取工艺，在核心锂吸附剂、中间相碳微球、两相分离、混合结构乳化方案等方面获得技术突破。符合绿色节能原则的锂提取防腐蚀剂、简易重相堰板、负载有机相反萃等将成为未来技术重点方向。
从技术原理来看，用于新能源发电系统的储能电池需要更长的循环寿命，要求容量型应用场景和功率型应用场景配合使用，对电池材料、能量密度、电极材料性能等有明确要求。在大力推动能源电子产业的政策引领下，钠硫电池、钠盐电池、钠空气电池等钠离子电池体系和液流电池、燃料电池等新型储能电池的研发取得进展。依托聚阴离子技术路线研发出硫酸铁钠电池，通过开放框架构成开阔的钠离子扩散通道，极大延长电池循环寿命。基于普鲁士蓝的技术路线从研发到商业化应用尚在探索阶段，主要通过控制结晶水和空位，保证化学性能和倍率性稳定。面对极片化成设备更新，卷绕变形控制、无偏差组装、激光模切焊接、高速叠片等工艺突破，钠离子电池储能核心器件更新，使用普鲁士白重排材料体相结构，以具有独特孔隙结构的硬碳作为负极材料，开展钠离子电池与锂离子电池生产设备、工艺的兼容研究，构建储能系统的创新模式。
1.2 电池储能技术匹配场景
电池储能技术应用场景包括发电侧、输配电侧和用电侧。新能源发电系统即其发电侧在电厂旁边的大型存储电力站。由于风电和光伏发电具有不稳定性和需求错配特征，随着新能源发电规模日益扩大，需要配备电化学储能电站以减轻机组调适压力。现阶段，磷酸铁锂电池储能系统已被应用于城市轨道交通、风电储能、光伏储能、分布式光伏等领域。钠离子储能电池的产业化布局加快，大容量储能钠硫电池可直接用于大型储能。液流电池凭借相对稳定的输出功率和容量，可以做到深度放电且不损坏电池，降低设备维护和改造的难度及成本，在智能储电站中发挥应用价值。超级电容器可以在风力发电系统中作为发电机的储能装置，强化其并网效率。针对分布式能源的负荷跟踪需求，超级电容器可以在储能装置中优化能量存储，调节功率波动功能，在电网与分布式电源间实现能量交换。
未来，储能电池的应用场景将更加丰富，细分各类储能电池的优势领域和应用模式，结合新能源系统特征打造个性化的储能解决方案。专注于电化学储能集成技术研发，与上游研发企业合作布局储能电芯规模化生产线，加快推动储能电池核心技术攻关和自主化生产，形成以电化学储能为关键模块的资源整合和协同创新机制，在系统集成、核心装备、运维控制、地下储电等方面打造自主化技术路线。
2 电池储能技术在新能源发电系统中的优化策略
2.1 建设储能补偿体机制
独立储能指储能系统不参与发电系统常规作业，只在出现电能供应短缺、电压不够等情况时以补偿核心结构的形式参与供电。建设独立的储能补偿体机制，在发电系统内部设置补偿模块，一方面接收常规发电后的多余电能，减少能源消耗；另一方面，保证充分存储电能，并能在使用需求出现时及时释放电能。补偿机制要保证精简的设计语言和智能化程序，保障功能模块在面对不同储能需求时的指令和操作。从远程端、执行端两个角度入手增强储能补偿体机制的控制效力，定期对系统工作的真实参数和变化规律进行记录、总结，形成准确的管理数据。新型发电系统的构建需要高安全、长效、环保的可调可回收式电力储能，引导部分低污染、低维护成本、回收处理可行性高的动力端电池进入规模型电力储能市场，使得新能源系统的储能项目有清晰的盈利点，提供调峰、调频、备用、可再生能源配储、黑启动、需求响应支撑等多种服务。
2.2 加强电网并入和协调
由于电化学储能电站的容量较大，调峰电流量密度小，因而需要并入电网以实现与用户和其他电源的能量交换。电网并入和协调首先需要强化集成，在风电光伏等新能源领域企业和电池企业间搭设合作渠道，组合储能系统的各个单元以维护储能电站的综合性能。要考量经济成本和效益，健全储能调度价格政策和成本分摊机制，用新技术的持续迭代和差异化应用路线提高储能电池价值量。要将技术标准、技术指标、安全隐患等要求纳入电网接入流程，满足电压、频率等技术规范，并制定备用应急处理方案。加快储能电站智慧运维进程，通过大数据监测平台实时监控每一块电池的运行状况，研究电池性能演变规律，优化储能设计。
2.3 扩大储能管理覆盖面
随着能源规模的扩大，必须拓展储能管理覆盖面，用更加精细化的参数解读和更加完整的管理内容延伸储能系统的功能。重视储能电池的参数，按照“预防为主，控制保障”的原则，将监控到的参数对应到储能系统中，从而控制热管理系统启停和单体电池均衡，系统化提升对储能电池系统的安全管控。根据电池匹配场景选择应用领域，电力调峰、离网型光伏储能和峰谷价差储能一般需要储能电池连续充放电两小时以上，适宜使用容量型电池；电力调频或平滑可再生能源波动的储能场景，要求储能电池能在瞬时快速充放电，比较适合使用功率型电池。探索建立电网储能商业模式落地机制，用“市场换项目”方式培育有技术优势的储能系统集成商，开发核验和投用安全高效的储能集成系统。
3 结论
储能电站已经成为新能源发电系统中不可或缺的部分，电池是电化学储能系统的核心器件，目前在锂离子电池、钠离子电池、液流电池、超级电容等领域的基础研究和实践应用不断深化，储能电池展现出广阔的应用前景。应细分储能电池的产品优势和应用场景，根据匹配原则建立长效的储能模式，形成包含独立储能和临时储能的补偿体机制。分析引发电池衰退、失效和故障的关键机制，开发适应系统的检测手段和缓解方案。开展电网并入和协调，引入信息技术尝试智能化管理，提高系统控制能力和应用覆盖性，为新能源发电提供更精细的保障和更安全的辅助，全面提高新能源发电系统的工作水平，为国家高质量的电能服务保驾护航。
