一、引言

随着光伏发电技术的快速发展，其在能源结构中的占比日益增加。然而，光伏发电具有间歇性和不稳定性，这给电网的稳定运行带来了挑战。储能技术在光伏发电系统中的(de)应(ying)用，可(ke)以有效解决这些问题，提高(gao)光(guang)伏发电(dian)的(de)可(ke)靠性和稳定性，实现能(neng)量的(de)平滑输出和高(gao)效利用。本文(wen)将详细介绍光(guang)伏发电(dian)的(de)储能(neng)技术。

二、蓄电池储能技术

（一）铅酸蓄电池

原理与结构

铅(qian)(qian)(qian)酸(suan)蓄(xu)电(dian)(dian)池以二氧(yang)(yang)化铅(qian)(qian)(qian)为(wei)(wei)正极，海(hai)绵(mian)状(zhuang)(zhuang)铅(qian)(qian)(qian)为(wei)(wei)负极，稀硫酸(suan)为(wei)(wei)电(dian)(dian)解液。在充电(dian)(dian)过程中，正极二氧(yang)(yang)化铅(qian)(qian)(qian)转化为(wei)(wei)硫酸(suan)铅(qian)(qian)(qian)，负极海(hai)绵(mian)状(zhuang)(zhuang)铅(qian)(qian)(qian)也转化为(wei)(wei)硫酸(suan)铅(qian)(qian)(qian)；放电(dian)(dian)时(shi)则相反，硫酸(suan)铅(qian)(qian)(qian)分别还原为(wei)(wei)二氧(yang)(yang)化铅(qian)(qian)(qian)和(he)海(hai)绵(mian)状(zhuang)(zhuang)铅(qian)(qian)(qian)。铅(qian)(qian)(qian)酸(suan)蓄(xu)电(dian)(dian)池具有结构简单、技(ji)术成熟、成本低(di)廉等优点(dian)。其(qi)电(dian)(dian)极反应(ying)相对简单，充放电(dian)(dian)过程容易(yi)控制。

性能特点

能量密度相对较(jiao)低(di)，一般在(zai)30 - 50Wh/kg。这意味着在(zai)相同重量下，铅(qian)酸(suan)蓄(xu)电(dian)池储存的能量较(jiao)少。但(dan)是，它的功(gong)率(lv)密度较(jiao)高(gao)，能够提供较(jiao)大的瞬(shun)间(jian)放电(dian)电(dian)流，适(shi)合于需(xu)要短时间(jian)大功(gong)率(lv)输出(chu)的场合，如光伏发电(dian)系统的峰值(zhi)功(gong)率(lv)补偿。循环寿命相对较(jiao)短，一般在(zai)500 - 1000次左右。其(qi)性(xing)能受温度影响较(jiao)大，在(zai)低(di)温环境下，电(dian)池的容量和充放电(dian)性(xing)能会显著(zhu)下降。

（二）锂离子电池

原理与结构

锂离(li)(li)子(zi)电(dian)(dian)(dian)(dian)池以(yi)锂合金或锂金属氧化物为(wei)正(zheng)极(ji)材(cai)料，石墨为(wei)负极(ji)材(cai)料，有机溶(rong)剂为(wei)电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液。在(zai)(zai)充放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)过程中(zhong)，锂离(li)(li)子(zi)在(zai)(zai)正(zheng)负极(ji)之(zhi)间嵌(qian)入(ru)和脱嵌(qian)。充电(dian)(dian)(dian)(dian)时，锂离(li)(li)子(zi)从正(zheng)极(ji)脱嵌(qian)，经过电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液嵌(qian)入(ru)负极(ji)；放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)时则相反。锂离(li)(li)子(zi)电(dian)(dian)(dian)(dian)池具有能(neng)量(liang)密度高（可达150 - 250Wh/kg）、循环寿命长（1000 - 2000次(ci)以(yi)上）等优点。其自放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)率低，能(neng)够在(zai)(zai)较(jiao)长时间内保(bao)持电(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)。

性能特点

工作电(dian)(dian)(dian)压高，单体电(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)工作电(dian)(dian)(dian)压一(yi)般在3.2 - 3.7V之间，这(zhei)使得(de)锂(li)离(li)子(zi)电(dian)(dian)(dian)池(chi)在相(xiang)同容量(liang)下，所需的(de)电(dian)(dian)(dian)池(chi)数量(liang)相(xiang)对(dui)较少，系统(tong)结构更加(jia)紧凑。对(dui)充(chong)放(fang)电(dian)(dian)(dian)管理要求较高，过充(chong)、过放(fang)、过流等情况都可(ke)能对(dui)电(dian)(dian)(dian)池(chi)造成损(sun)害(hai)。同时，锂(li)离(li)子(zi)电(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)安全性问题也备(bei)受(shou)关注(zhu)，如热失(shi)控等可(ke)能导致电(dian)(dian)(dian)池(chi)起火爆炸。

（三）液流电池

原理与结构

液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池通(tong)过(guo)电(dian)(dian)(dian)解(jie)液中(zhong)活(huo)性(xing)物质(zhi)在正(zheng)负极(ji)之间(jian)的氧化还原反应(ying)来(lai)实(shi)现充放电(dian)(dian)(dian)。以全(quan)钒(fan)(fan)液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池为例(li)，正(zheng)极(ji)电(dian)(dian)(dian)解(jie)液为VO²⁺/V³⁺，负极(ji)电(dian)(dian)(dian)解(jie)液为V²⁺/V³⁺，中(zhong)间(jian)通(tong)过(guo)质(zhi)子交换膜隔开。在充放电(dian)(dian)(dian)过(guo)程中(zhong)，钒(fan)(fan)离子在电(dian)(dian)(dian)解(jie)液中(zhong)发生价态变化，离子通(tong)过(guo)质(zhi)子交换膜进行迁移。液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池的储能容量取决于电(dian)(dian)(dian)解(jie)液的体积(ji)，可(ke)以通(tong)过(guo)增加电(dian)(dian)(dian)解(jie)液的体积(ji)来(lai)扩大(da)储能容量，具有很好的可(ke)扩展(zhan)性(xing)。

性能特点

能(neng)量密(mi)度(du)相对较低，一(yi)般在20 - 50Wh/L。但(dan)是，其(qi)功(gong)率密(mi)度(du)和储能(neng)容量可以(yi)独(du)立设(she)计，适合于大(da)规模储能(neng)应用(yong)。循(xun)环(huan)寿命(ming)长，可达10000次(ci)以(yi)上。液(ye)流电(dian)池的电(dian)解(jie)液(ye)可以(yi)循(xun)环(huan)使(shi)用(yong)，具有较好的环(huan)保性能(neng)。

三、超级电容器储(chu)能技术

（一）原理与结构

原理

超级电容器基于静电吸附原理储(chu)存电能(neng)。它(ta)具有双电层(ceng)结构，当(dang)超级电容器两端(duan)施加电压时(shi)，正(zheng)负电荷分别在电极表面和电解质(zhi)界面形成双电层(ceng)，从而储(chu)存电能(neng)。

结构

超(chao)级(ji)电(dian)容(rong)器主(zhu)要由电(dian)极、电(dian)解(jie)(jie)质和隔膜组成。电(dian)极材(cai)料(liao)通常(chang)采用活(huo)性炭、金属(shu)氧化物等(deng)具有高(gao)比表(biao)面积的材(cai)料(liao)，电(dian)解(jie)(jie)质可以是有机(ji)电(dian)解(jie)(jie)质或水系电(dian)解(jie)(jie)质，隔膜用于分(fen)隔正负极，防止(zhi)短路。

（二）性能特点

功率密度高

超(chao)级(ji)电(dian)(dian)容器的(de)功(gong)率密度可高达10000 - 50000W/kg，远高于(yu)电(dian)(dian)池。这使得它能(neng)够(gou)在短时间内(nei)提供(gong)或吸收大量的(de)电(dian)(dian)能(neng)，非常适合(he)用于(yu)光伏发电(dian)(dian)系统的(de)功(gong)率平滑和峰值功(gong)率补偿。

充放电速度快

超级电容器的(de)充(chong)(chong)放(fang)(fang)电时间很短，可(ke)以在几秒到几分钟(zhong)内完(wan)成充(chong)(chong)放(fang)(fang)电过程。而且，它的(de)充(chong)(chong)放(fang)(fang)电循环次数非(fei)常(chang)多，可(ke)达数十万次甚(shen)至上百万次，具有很长的(de)使用寿命。

能量密度低

超级电容器的(de)能(neng)(neng)量(liang)密度相对较低，一般在1 - 10Wh/kg。这(zhei)意味着它(ta)储存的(de)能(neng)(neng)量(liang)相对较少(shao)，不能(neng)(neng)长时间(jian)单(dan)独作为储能(neng)(neng)设备(bei)为负载供电。

四、抽水蓄能技术

（一）原理与结构

原理

抽(chou)水(shui)(shui)蓄能(neng)(neng)是利(li)用(yong)电力(li)负荷(he)低(di)谷时的(de)(de)电能(neng)(neng)抽(chou)水(shui)(shui)至上水(shui)(shui)库，在电力(li)负荷(he)高峰期再放水(shui)(shui)至下水(shui)(shui)库发电的(de)(de)水(shui)(shui)电站。在抽(chou)水(shui)(shui)过程中，将(jiang)(jiang)电能(neng)(neng)转化为(wei)水(shui)(shui)的(de)(de)重力(li)势能(neng)(neng)储(chu)存起来；在放水(shui)(shui)发电过程中，再将(jiang)(jiang)重力(li)势能(neng)(neng)转化为(wei)电能(neng)(neng)。

结构

抽水蓄能电站(zhan)主要(yao)由上水库(ku)、下水库(ku)、输水系统(tong)、厂房和开关(guan)站(zhan)等(deng)部分(fen)组成。上水库(ku)和下水库(ku)具有足够的高度差，输水系统(tong)包括引(yin)水隧(sui)洞、调(diao)压(ya)井、压(ya)力(li)管道(dao)等(deng)，厂房内安装有水轮(lun)发(fa)电机组。

（二）性能特点

储能容量大

抽水(shui)蓄(xu)能电(dian)站的(de)储能容量可(ke)(ke)以(yi)(yi)非(fei)常大(da)，适合于大(da)规模(mo)的(de)储能需求。例如，一些大(da)型抽水(shui)蓄(xu)能电(dian)站的(de)储能容量可(ke)(ke)以(yi)(yi)达到数百兆(zhao)瓦时甚(shen)至上千兆(zhao)瓦时。

循环效率高

抽(chou)水蓄能(neng)电(dian)(dian)站(zhan)的(de)循(xun)环效率一(yi)(yi)般在70% - 85%之间(jian)。虽然(ran)低于一(yi)(yi)些电(dian)(dian)池储(chu)(chu)能(neng)技术，但由于其储(chu)(chu)能(neng)容(rong)量大，在大规模储(chu)(chu)能(neng)应用中仍然(ran)具有很大的(de)优势。

响应速度较慢

抽水蓄能电(dian)(dian)站的启动(dong)和(he)响应速度相对较慢(man)，从(cong)接(jie)到指令到开始发(fa)电(dian)(dian)或抽水需要一定的时(shi)间(jian)，一般在几(ji)(ji)分(fen)钟到几(ji)(ji)十(shi)分(fen)钟不(bu)等。

五、压(ya)缩空(kong)气储能技术

（一）原理与结构

原理

压(ya)缩(suo)空(kong)(kong)(kong)气储(chu)(chu)能(neng)是在用电(dian)(dian)低谷时，将电(dian)(dian)能(neng)用于驱动压(ya)缩(suo)机(ji)，将空(kong)(kong)(kong)气压(ya)缩(suo)并(bing)储(chu)(chu)存于地下盐穴、废弃(qi)矿井等储(chu)(chu)气室中；在用电(dian)(dian)高峰时，释放(fang)压(ya)缩(suo)空(kong)(kong)(kong)气，推动透平机(ji)发电(dian)(dian)。

结构

压(ya)缩(suo)空(kong)气储能(neng)(neng)系统(tong)主(zhu)要由压(ya)缩(suo)机、透平机、储气室、燃烧室（可选）等部分组成。压(ya)缩(suo)机用(yong)于(yu)(yu)压(ya)缩(suo)空(kong)气，透平机用(yong)于(yu)(yu)将(jiang)空(kong)气的(de)膨胀能(neng)(neng)转化(hua)为电(dian)能(neng)(neng)，储气室用(yong)于(yu)(yu)储存压(ya)缩(suo)空(kong)气，燃烧室用(yong)于(yu)(yu)在(zai)需要时(shi)补充(chong)热量以提高(gao)发电(dian)效(xiao)率。

（二）性能特点

储能容量较大

压缩空(kong)(kong)气储(chu)(chu)能(neng)的(de)储(chu)(chu)能(neng)容(rong)量也可(ke)以达到(dao)较大(da)规(gui)模，适合(he)于中长期(qi)的(de)储(chu)(chu)能(neng)需求。例如，一些大(da)型压缩空(kong)(kong)气储(chu)(chu)能(neng)项目的(de)储(chu)(chu)能(neng)容(rong)量可(ke)以达到(dao)几(ji)十兆瓦时(shi)到(dao)上百兆瓦时(shi)。

能量(liang)转(zhuan)换效率有待提高

目前，压缩(suo)空气储能的能量(liang)转换(huan)效(xiao)率(lv)(lv)相对较低，一般在40% - 60%之间(jian)。不过，随着(zhe)技术的不断发展，其(qi)效(xiao)率(lv)(lv)有望得(de)到提高。

对地(di)理条件有一(yi)定要求(qiu)

压(ya)缩空气储(chu)能需要合适的储(chu)气场所(suo)，如地下盐穴、废(fei)弃矿(kuang)井(jing)等(deng)，这在(zai)一定程度上限(xian)制了它的应用范围。

六、结论

光(guang)(guang)伏发电(dian)的储能(neng)(neng)技(ji)术各有优缺点。蓄(xu)(xu)电(dian)池储能(neng)(neng)技(ji)术中的铅酸蓄(xu)(xu)电(dian)池成本低但性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)有限，锂离子电(dian)池性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)较好但安全性(xing)(xing)(xing)(xing)需(xu)关(guan)注；超(chao)级电(dian)容(rong)器功率密度(du)高(gao)但能(neng)(neng)量密度(du)低；抽水(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)和压缩空气(qi)储能(neng)(neng)适合(he)大规模储能(neng)(neng)但对(dui)地理条件等有一定要(yao)求。在实际应用(yong)中，需(xu)要(yao)根据光(guang)(guang)伏发电(dian)系(xi)统的规模、成本、地理位置等因素综合(he)考(kao)虑(lv)，选择合(he)适的储能(neng)(neng)技(ji)术或多种储能(neng)(neng)技(ji)术相结(jie)合(he)的方(fang)式，以提高(gao)光(guang)(guang)伏发电(dian)的稳定性(xing)(xing)(xing)(xing)和可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)，促进光(guang)(guang)伏发电(dian)的大规模应用(yong)。