[科普中国]-钠/硫系统

1966年美国福特汽车公司提出了硫化钠(NAS)电池原理，并且对其在电动汽车上的应用展开了积极的研究。由于硫化钠电池是一种特性优良的二次电池，具有能量密度高、无自放电现象、运行寿命长、便于现场安装与维护以及与外界环境友好等诸多优点，近年来硫化钠电池在日本、北美、欧洲的电力系统中得到迅速发展。

钠硫储能系统在电力系统应用的目的和意义储能系统在电力系统中应用的目的主要为电力调峰、提高系统运行稳定性及提高电能质量。

1 ）电力调峰的作用

电力生产过程的连续性，要求发、输、变、配电和用电在同一瞬间完成，因此发电、供电、用电之间必须随时保持平衡，电力系统内的发电端必须有一定的备用容量。电力的需求在白天和黑夜、不同季节间存在巨大的峰谷差，从建设成本和资源保护的角度出发，通过新增发输配电设备来满足高峰负荷的需求变得越来越困难。同时，分布式电源得到越来越多的应用，电网可靠性和调峰的要求也越来越高。这些特点使得分散的储能系统的重要性日益增加。如果能将夜间多余的电能储存起来，在白天用电高峰时再释放出来，则可以减少发电设备的投资，提高电力设备的使用率，减小线路损耗，提高供电可靠性，并获得可观的经济效益。抽水蓄能电站、电池储能系统就是能起到削峰填谷作用的电能储存系统。

2 ）提高系统运行稳定性

储能装置用于电力系统稳定控制时，可以通过快速的电能存取来响应负荷的波动，吸收多余的能量或补充缺额的能量，实现大功率的动态调节，很好地适应频率调节和电压与功率因数的校正，从而提高系统运行的稳定性。

3 ）提高供电质量

1、对于供电紧张的电力系统来说，分布式储能系统可以有三种方式来实现可靠供电：

2、在关键时刻提供辅助电能；

3、将对供电负荷需求从峰值时刻转移到负荷低谷时刻；在强制停电或供电中断的情况下向用户提供电能。另外，储能系统还可以通过快速的无功调节来稳定供电端的电压质量。

电力储能技术可分为：1 ）直接电磁储能，如超导储能；2 ）化学储能，如钠硫电池储能；3 ）机械能储能，如抽水蓄能、飞轮储能。从技术发展水平看，抽水蓄能已实用化，但受很大的局限性，如必须有合适的自然条件，远离负荷中心，建设周期长；超导及飞轮储能离应用还有一定距离，小容量的化学储能已普遍使用，而对于大容量（百kW级）的化学能储能，目前只有钠硫电池有希望发展成为实用的储能电池。1

钠硫电池及其储能系统的特点钠硫电池的特点NAS 电池采用钠和硫作为电极反应物质、陶瓷β-铝作为电解液（固态），正常工作温度范围维持在300℃~360℃。高温下的电极物质处于熔融状态，使得钠离子流过β-铝固态电解液的电阻大为降低，以获得电池转换高效率；而陶瓷β-铝电解液则是 NAS 电池的关键性技术，要求具备高钠离子传导能力、高机械强度和优异的空间稳定性等特性。

NAS 电池的电极反应原理：

上式表明在电池放电时，作为负极的Na放出电子到外电路，同时Na+经β-铝移至正极与S发生反应形成钠硫化物Na2Sx；在对电池充电过程中，钠硫化物在正极分解，Na+返回负极并与电子重新结合 。

优势对电力系统中多种电能储存技术进行比较分析表明，NAS电池在容量、能量密度、使用寿命、运行效率等方面均具有显著优势，非常适于电能储存在大功率、大容量的应用场合。

经二十多年发展，日本 NGK公司已研制出具有商业用途的大容量NAS电池模块，构成方式为在一个内置有加热装置的密闭隔热容器内，将许多NAS电池单元依规格不同以串联、并联方式紧密地安放于内部，并将正、负极通过一对金属母线连接至外部使模块作为整体使用，而将若干电池模块组合连接可构建兆瓦级系统。密封的模块式结构对环境要求度低且对环境无化学污染、噪声低，便于现场安装，灵活可靠。1

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学