随着人类社会发展、科学技术进步和生活节奏加快，人们对能源消耗的需求持续增强；目前，全球电力消费量超过25万亿千瓦时，人均年用电量约为3400千瓦时/人。按燃料来看，电力生产依靠的燃料主要有石油、煤炭、天然气、核能、再生能源等；石油、煤炭和天然气等化石燃料依然生产和生活的重要能量来源；但这些资源都是不可再生资源，而且会产生大量的温室气体，对我们赖以生存的环境产生了恶劣的影响（如全球变暖、动植物多样性锐减等），进而危及人类的生存和发展。因此，人能通过寻求清洁能源发电来寻求突破化石能源的制约。目前，潮汐能、水能、风能、太能能等清洁、安全且可再生的能源得到和广泛关注和迅速发展，这些能源很大程度上受限于时间、空间、季节和气候变化等因素，尤其风能和太阳能天然具备间歇性和波动性等不足，受制于电网消纳能力，高比例间歇性可再生能源并网，不仅会对现有电网稳定性造成冲击，而且还有可能导致弃风、弃光率回升。储能技术的接入，不仅可以降低弃风、弃光率，更能平抑新能源波动，跟踪计划出力，并参与系统调峰调频，增强电网的稳定性。

1锂电池的基本原理

1）磷酸铁锂电池磷酸铁锂(LiFePO4，LFP)电池是以LFP材料作为电池正极的锂电池，此种锂电池的价格低廉、结构稳定，在反复充放电过程中能够保持结构的稳定性，循环可逆性高。LFP为有序的橄榄石结构，属于Pnma空间群，由于P原子(图中浅色阴影部分)占据了O原子四面体的4c位置，Fe原子占据了八面体的4c位置，Li原子占据了八面体的4a位置，由此形成了三维空间的网状结构。LFP材料的高温稳定性明显优于其他材料，橄榄石结构晶格中，P—O形成的强共价键形成了PO4聚阴离子，起到了支撑结构的作用，不易受Li+脱出和嵌入的影响，使作为电池正极的LFP材料具有良好的热稳定性，且其与有机电解液的反应活性也很低。但另一方面，LFP的晶体结构中的PO4四面体限制了Li+的自由移动，使Li+仅有一维的传输通道，降低了Li+的扩散迁移速率，因此也影响了LFP电池的放电倍率性能。由于LFP电池在充放电过程中，其正极材料LFP会转化为磷酸铁(FePO4)，但转化后的体积仅增大约6.9%，因此在充放电过程中，正极材料的体积变化率较小，使LFP电池具有良好的循环性能。2）充放电原理LFP电池在充放电过程中发生的电化学反应主要是在LiFePO4与FePO4之间进行。在充电过程中，LiFePO4失去电子，Li+从橄榄石结构晶格中脱出，LiFePO4转变为FePO4；在放电过程中，FePO4得到电子，同时Li+嵌入橄榄石结构晶格中，FePO4转变为LiFePO4。

2锂电池储能技术发展方向

2.1钠离子电池储能系统度电成本分析

在储能系统投资成本中，初始容量投资成本一般占据初始投资的60%以上，该成本主要用于电芯购置。钠离子电池，尤其铜基钠离子电池，其正极材料主要元素Na、Cu、Fe和Mn都是价格低廉、来源广泛的大宗元素，相比锂离子电池Li、Ni、Co等元素成本优势明显；另外，负极采用的无烟煤前驱体，在材料来源和成本亦有优势，且碳化温度（约1200℃）远低于生产石墨负极时的石墨化温度（约2800℃），钠离子电池负极材料在原材料和生产制造方面成本明显；集流体方面，由于铜箔的价格是铝箔价格的3倍左右，钠离子电池负极不需要使用铜箔，而是使用铝箔，也是降低钠离子电池成本的路径之一；综合正极材料、负极材料和集流体几个方面，钠离子电池材料成本约370元/kWh，而且随着产业链成熟，材料成本有望进一步下探，结合结构件好电气件成本，初始容量投资有望控制在500~700元/kWh；性能方面，随着研发持续投入和技术迭代，电池循环寿命有望突破8000次以上。

2.2储能变流器（PCS）

目前，集中式塔式PCS的功率提升已近极限，集中式储能变流器的功率和电压提升要比光伏逆变器进度慢。因为锂电池串联电压越高，危险性越大，集中式变流器功率再往上升，其冷却方式可能要使用液冷方式或是做成大模块化的变流器。另外，由于大容量直流高压保护器件的限制，目前集中式大功率PCS直流侧不是配置安全性更高的断路器（这是因为1500V且大电流的直流断路器尺寸太大，成本也非常高，目前还没有成熟产品推出），而是选择安装成本较低的隔离开关加熔断器。因为设备在检修维护或出现安全故障时，不能带载断开直流侧连接电池电路，导致系统安全性降低。所以，集中式PCS的电压越高，功率越大，安全性越低。大功率集中式的PCS直流侧电池簇并联数也较多，电池簇并联越多，因直流侧并联存在环流或浪涌倒灌现象，其安全性越低。此外，集中式并联的储能电池的实际DOD有效利用率值要低于其标称值，短板效应明显，所以集中式塔式机的PCS未来不会再往高电压、高功率的方向发展。组串式或模块化的PCS与直流侧电池的连接，有些是一对一或一对二的连接方式，使得组串式PCS的单路电流和功率值不大，电气安全风险相对较低。组串式储能系统直流侧不存在并联，簇与簇间相互隔离，电池DOD有效利用率值高。未来，组串式PCS的发展，其功率大小的开发设计，将随着主流锂电池容量的大小和放电倍率适配出不同功率的PCS。

2.3在负荷侧中的应用

在配电侧，配电网络的复杂性越来越高，温度、湿度等环境条件也对标准化的储能产品提出挑战，钠离子电池储能系统可凭借其宽温区特性，适应不同纬度地区的气候条件，提高分布式电源渗透率，提升配电网运行稳定性和经济性。另外，利用储能系统在负荷低谷时储能，在负荷高峰时发电，平滑负荷曲线，通过储能系统降低基本电费，延缓设备扩容，改善电能质量，提高电网运行经济性。

3发展趋势

1）智能化能源局和发展改革委号召开展充电设备与电网的互动研究，实现充电——储能——用电智能一体化，建立能源互联网体系，实现智能化用电。在锂电池储能电动汽车中，将会持续推进停车充电一体化建设，促进能源交通事业的发展，实现新能源汽车动力电池的储能化应用。2）标准化能源局号召各部门完成储能标准体系建设，建立标准储能工作机制，健全储能标准化技术组织，实现与国际接轨的标准化储能体系。锂电池储能机制将会进一步完善统一的标准，从锂电池型号和充放电电压等细节进行规范使用标准化。