离网式分布式发电系统中的铅酸蓄电池储能技术研究

摘要：采用光伏发电或风力发电等新能源的离网式分布式发电系统通常需要储能单元以满足用户

对供电稳定性的要求。本文对铅酸蓄电池储能系统在分布式发电系统中的应用特点进行了介绍，对分布
式发电系统中的蓄电池的选择、使用及管理等方面的关键问题进行了探讨。

关键词：分布式发电

铅酸蓄电池 VRLA 储能

Abstract: The energy storage unit was generally needed in the off-grid distributed generation system to

satisfy the stability of power supply for the users. The application feature of lead-acid battery storage system
used in off-grid distributed generation was introduced in this paper. The choice, operation and management of
the lead-acid battery in the energy storage system were also discussed.

Key Words: distributed generation, lead-acid battery, VRLA, energy storage

引言

由于传统能源的枯竭，各国对环境保护的日

益重视以及现有电力系统的种种弊端，采用各种
新能源的分布式发电系统日益得到人们的重视。
在分布式发电系统中，风力发电

[1]

和太阳能光伏

发电

[2]

技术由于对环境几乎不造成污染而更加受

到人们的青睐。由于光照条件和风力大小的不断
变化，为了满足用户对电力稳定性的要求，离网
式分布式发电系统中通常需要具备储能单元

[3]

。目

前可用于分布式发电系统中的储能方式主要有蓄
电池储能、飞轮储能

[4] [5]

、超导储能、超级电容储能

等

[6]

。

目前国内外对飞轮储能技术的研究非常积极。

但到目前为止，飞轮储能技术只是小功率范围内
进行了试验性应用研究，距离大规模实用化还有
一段距离。超导储能技术由于其需要复杂的制冷
设备和昂贵的高温超导材料而造成了很高的成本；
超级电容储能技术由于其储存容量较小，目前仍
在试验阶段。

用于储能系统蓄电池目前已有多种，包括铅

酸蓄电池，镍镉

(Ni-Cd)电池，镍氢(Ni-Mh)电池

[7]

，钠硫

(Na-S)电池，钒电池(VRB)等。这些电池

中有些已在储能系统中开始试验性使用，但同样
由于成本和技术等问题使它们的实用化进展缓慢。

虽然铅酸蓄电池的主要原料

1#电铅价格自

2003 年下半年以来不断猛涨，从 2003 年 7 月的
4700 元/吨上涨到目前(2007 年 5 月)的 16000 元/
吨，对应的铅酸蓄电池价格也已上涨到

0.75

元

/Wh。但与其他储能技术相比，铅酸蓄电池仍然

是唯一一种成本可以为用户所接受的大容量储能

方式。

目前世界各地已经建立了许多基于铅酸蓄电

池的储能系统。

1988 年，美国在加利福利亚洲建

立了

10MW/40MWh 铅酸蓄电池储能系统，用于

电力调峰和电能质量控制

[3]

。

1981 年，德国建成

了一台基于

VRLA 的 17MW 蓄电池储能系统并

于

1987 年投入商业运营。1996 年，美国在阿拉斯

加的

Metlakatla 岛上建立了另外一套基于 VRLA

的

1.4MWh 蓄电池储能系统，该系统作为离网式

水力发电系统的后备电源，能够以

800KVA 的功

率提供

90 分钟的应急电能

[8]

。

铅酸蓄电池简介

2.1 铅酸蓄电池基本原理
铅酸蓄电池由

G. Plant 于 1859 年发明。1882

年，

J. H. Glastone 和 A. Tribe 提出了著名的

“双硫

酸盐化理论

”，根据这一理论，铅酸蓄电池的正

负极在放电时都转化为硫酸铅，在充电时又会还
原为初始状态

[9]

。单格铅酸蓄电池的额定电压为

2V，针对其应用范围不同，其容量从数 Ah 到上
万

Ah 不等。目前已知的最大容量的单格铅酸蓄电

池为美国

“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇所使用的

PDX-57 型电池，单格容量为 10,000Ah，体积为
58×51×117cm，重量为 953Kg。该艇采用 128 个单
格电池串联构成额定电压

256V 的储能系统，额

定容量为

2.6MWh

[10]

。

2.2 VRLA 所采用的技术
普通铅酸蓄电池需要定期管理的原因在于充

电时水的损失以及开口状态下硫酸的挥发。针对
这个问题，人们研制了新型阀控铅酸蓄电池

(简

称

VRLA)。它的主要技术是使正极板在充电时析