傳統化石能源的短缺以及溫室氣體的排放成為人類社會未來發展需要解決的最重要的問題之一。能源多樣化，尤其是風能、太陽能和海洋能等可再生能源的有效利用逐漸為人們所關注。然而，這些可再生能源發電受季節、氣象、時間和地域條件的影響具有明顯的不連續、不穩定性。發電的出力波動較大，可調節性差，結果導致發電機組安裝后無法并網，有的即使接上了網，也因為當地電網無法消納而被迫停機。隨著可再生能源快速發展，電網接入能力將面臨巨大挑戰。推進可再生能源發電技術的普及應用，建立包括高效儲能技術在內的智能電網，提高對可再生能源發電的兼容量和能源利用效率是解決我國能源安全、實現節能減排目標的重要途徑，是國民經濟可持續發展的重大需求。

鈉硫電池

鈉硫電池是一種最典型的鈉電池，1968年福特公司公開了鈉硫電池的發明專利。典型的設計為管式結構，如圖1所示，電池由作為固體電解質和隔膜的beta-氧化鋁陶瓷管、鈉負極、硫正極、集流體以及密封組件組成。管式鈉硫電池的工作溫度為300～350℃，典型的充放電反應為

電池在350℃下的工作電壓為1.78～2.076V。雖然目前大容量管式鈉硫電池已由日本NGK公司商業化，但由于鈉硫電池的制造成本較高，正、負極活性物質的腐蝕性強，電池對固體電解質、電池結構和運行條件的要求苛刻，因此鈉硫電池仍然需要進一步開發與提升，降低成本，提高電池系統的安全性，這也促使人們對鈉硫電池技術加快研發，從根本上改善電池的安全性。同時，中溫平板式和常溫鈉硫電池已列為部分研發機構的關注內容之一。

鈉硫（ＮａＳ）電池是一種負極用鈉、正極用硫磺、電解質用陶瓷氧化鋁類材料組成的充電電池。其具有儲能密度大、效率高、運行費用低、維護較容易、不污染環境、使用壽命長等優點。ＮａＳ電池儲能系統自２００２年實現商業化運作以來，在負荷調控、功率穩定、電能質量、直流后備電源等方面已得到廣泛應用。

ＮａＳ電池結構

典型的ＮａＳ電池結構如圖１所示。一個ＮａＳ電池單體主要包括鈉（Ｎａ）負極、硫（Ｓ）正極、固體電解質陶瓷隔膜、電池殼體等多個部件以及連接這些部件的各個界面組成。數個單體電池可以組成模塊，通過模塊的組合最終形成儲能電池堆或儲能站。在一定工作溫度下（約３００℃［１１］），鈉離子（Ｎａ＋）透過電解質隔膜與Ｓ之間發生可逆反應，形成能量的釋放和儲存。

ＮａＳ電池的應用

ＮａＳ電池作為二次電池中最成熟、最具有潛力的一種儲能電池，其應用可以分為移動應用和固定應用兩類。

移動應用

大功率ＮａＳ電池主要應用于軍事和航天等領域，如潛艇、坦克、衛星等。由于大功率ＮａＳ電池具有能量密度大、充電速度快、使用壽命長等特點，故其可在潛艇、軍艦等上取代現有的鋰離子電池和鉛酸電池，提高行駛里程、降低維護成本；減輕潛艇的自身載重，提高速度和機動性，同時節省出大量的空間，保證艇員的生活供給物品、武器及彈藥的儲存，提高潛艇的作戰能力。ＮａＳ電池特有的瞬間大電流特點更可以應用到導彈、火箭、大炮等的發射裝置上，它能使彈頭出膛速度達到３～５０ｋｍ／ｓ，實現超高速運行，且性能穩定，可控性好；同樣該項技術也可用于航天等領域?？傊?，大功率ＮａＳ電池為軍用、航天設備提供燃料能源，將提高軍用設備的作戰能力，提升航空設備的能量供給能力，對于國防實力的提高有著重要的意義。

大功率ＮａＳ電池也可用于交通工具，如電動車上，可提高一次性充電行駛里程，極大地減少各類交通工具上石油燃料的使用，同時還可大大降低汽車排放廢氣對人們生存環境的污染。

固定應用

大功率ＮａＳ電池主要用于削峰填谷、應急電源、風力發電等可再生能源的穩定輸出，以提高電能質量。

當前我國電力消耗的晝夜峰谷差日益擴大，要解決這種電力使用嚴重不對稱造成的電力緊張現象，利用大功率ＮａＳ電池儲能是最有效的途徑。當用電需求小于發電量時，使用ＮａＳ電池將多余的電能儲存起來；當需求大于供給時，則用以補充電能。通過這種儲能手段進行削峰填谷，能使現有發電站的資源消耗量減少約５０％，相應地這些有限的不可再生資源的使用年限可增加１００％。

目前，中國新能源發展較快，但風力發電、太陽能發電均存在著難以克服的瓶頸，即并網問題。統計顯示，我國目前完成的風電裝機總量只有不到２０％的比例實現了發電并網。許多風力發電場經常發生“棄風”、“停機”現象，造成了大量的投資浪費。許多業內人士認為，缺乏大容量電池儲能系統是風能并網的瓶頸所在，我國應加快相關技術的研發，以便更好地服務于我國可再生能源的發展。由于可再生能源的電力輸出隨著風、光照等的強度同步變化和波動，而目前我國傳統的電力網絡沒有能力接納這些不穩定的電力來源，故無法直接向電網輸出或向用戶出售，需要經過穩定后方可與電網安全對接輸出。大功率ＮａＳ電池作為一種先進的儲能電池，其使用壽命長、充電快速等特性，可從根本上解決風能、太陽能輸出電力不穩定的問題，提高電能質量，使其能成為與風能、太陽能等發電方式配套的一種理想的儲能電池。

大容量ＮａＳ電池可用于電網調峰、照明、應急、高耗能企業、分布電站、電信通訊基站、國家重要部門的備用電站等大型儲能領域。

鈉硫電池在微電網中的應用

談到電網，大家都知道從上到下有四個方面，發電、輸電、配電、用電，再加上（離島）電網和微電網。鈉硫電池已經被證實在每個環節都有與之相適應的作用。在發電側包括可再生能源穩定、調峰調頻、輸電側、配電側、輔助服務、投資延期。用電側可能能動性沒有那么大，削峰填谷，備用電源彈性應用，存儲本地電能發電，它也是必不可少的一個重要部分。鈉硫電池可以吸收可再生能源波動。比如說在太陽能發電和風力發電的非高峰時段，鈉硫電池可以提供6-8小時長期穩定的電池供應。

因為一個鈉硫電池系統可以提供額外的6-8小時的穩定電力供應，所以對于一個化石峰值的電場起到了綠色環保的作用。同一套鈉硫電池系統還可以起到高峰時段和非高峰時段錯峰的速率。在輸電側和配電側，我們都知道供需不平衡可以導致頻率的波動，鈉硫電池可以通過高速響應性，可以最大程度的減小波動。鈉硫電池還可以起到延期或者是消除輸電和配電升級的需求。

安放在負荷側附近的鈉硫電池，在負荷輕的時候，鈉硫電池可以通過充電把電能引入到輸電受限制的區域。在負荷高的情況下，鈉硫電池可以通過放電可以為滿負荷的電網提供額外的容量。用電側鈉硫電池可以通過簡單的設置峰值和臨近值的程度，避免減少客戶在高峰使用，用戶通過這樣可以減少需求的費用。同時如果發生電網的斷電，鈉硫電池對于關鍵的負荷可以提供長期穩定的6-8小時的供電，起到電網安全的作用。隨著太陽能成本的不斷下降，用戶對太陽能進行廣泛的部署。

鈉硫電池可以通過時間平移把白天富庶的電量移到晚上使用，可以很大程度的減少用戶對電網電能的需求，不是通過太陽能發電、調頻還是減少費用需求，都是可以最大程度減少用戶的用電成本。對于微電網的一個遙遠電網，鈉硫電池可以起到電網所有功能的作用，這些功能包括支持高水平的可再生能源發電、時間平移、穩定可再生能源發電、調節頻率，防止以外事故發生的頻率，基本上電網所起的功能鈉硫電池都可以起到。接下來介紹一下光伏過剩發電削峰填谷的項目。

項目業主是日本的九州電力公司，這個項目也是被日本資源和能源廳評為大規模儲能電池改善供需的穩定性示范工程。項目的輸出功率是50MW，容量是300MWH。在高部署的光伏發電中午的時候，把中午的電存起來晚上使用，同時可以提供多樣的支持，起到平滑可再生能源間歇性的這樣一個作用?？梢詮膱D中看出，電站大概占14200平方米，由252個集裝箱電池組成。

電力位置靠近海邊，可以說鈉硫電池的穩定性和安全性對于潮濕惡劣的海島環境基本無事。這個項目為物阿聯酋阿布扎比，業主是阿布扎比水電局，業主也是因為這個項目獲得了2015年安全能源獎。這個項目一共是108MW，鈉硫電池系統分布在各個子變電站中，統一接入管理系統中，既起到了電網級規模的需求側管理作用。