典型電化學(xué)系統(tǒng)的主要技術(shù)應(yīng)用

李春陽 李立強(qiáng) 羅易 周承軍

摘? 要：2018年，全球投運(yùn)儲能項(xiàng)目的累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到180.9 GW，同比增長3%，其中的抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模最大，達(dá)到170.7 GW，同比增長1.0%，電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模緊跟其后，為6.5 GW，同比增長121%。相比抽水蓄能，電化學(xué)儲能的安裝地點(diǎn)不受限制，建設(shè)規(guī)模可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計，可以接入各種能源，是以后未來發(fā)展存儲能源的主要路線。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)儲能;技術(shù)應(yīng)用;UPS系統(tǒng)

中圖分類號：O646? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前我國當(dāng)下處于能源轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新時期，這對于儲能行業(yè)來說是一個巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。儲能系統(tǒng)在新能源、重要負(fù)荷、電網(wǎng)支撐以及智能電網(wǎng)建設(shè)中起到重要的作用。目前電化學(xué)儲能系統(tǒng)在市場上的技術(shù)應(yīng)用有：削峰填谷、負(fù)荷跟蹤;平抑功率波動，提高電能質(zhì)量;備用電源，提高敏感負(fù)荷供電的可靠性;參與智能電網(wǎng)建設(shè)、調(diào)頻調(diào)功功能等。

1 電化學(xué)儲能概述

相比其他的儲能方式，電化學(xué)儲能系統(tǒng)具有適應(yīng)頻繁的充放電轉(zhuǎn)換、毫秒級的響應(yīng)速度、較高的容量等特點(diǎn)以及較為成熟的商業(yè)化應(yīng)用，在能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中得到了較大規(guī)模的應(yīng)用，其主要由蓄電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、儲能雙向變流器（PCS）、交直流配電柜、消防設(shè)施及其他相關(guān)附件構(gòu)成。電化學(xué)儲能系統(tǒng)的不同特性主要是由蓄電池決定的，市場上主流的蓄電池如下。

1.1 三元鋰電池組

三元鋰電池具有電壓高、比能量大、體積小、質(zhì)量輕和循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，其能量密度是所有鋰電池當(dāng)中排名第一的，大約為250 kWH/m3，但能量大導(dǎo)致安全性能較差。

1.2 磷酸鐵鋰電池組

磷酸鐵鋰電池同樣具有鋰電池的電壓高、比能量大、體積小、質(zhì)量輕和循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，但是其能量密度沒有三元鋰電池高，但是其安全性能是鋰電池當(dāng)中較好的，且壽命在鋰電池當(dāng)中最長。

1.3 鉛碳電池

鉛炭電池是近年來新興的一種蓄電池產(chǎn)品，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池改進(jìn)而來，使鉛炭電池的大倍率充放電性能和循環(huán)壽命遠(yuǎn)高于普通鉛酸蓄電池。鉛炭電池中鉛資源的回收利用率極高，可以實(shí)現(xiàn)鉛的循環(huán)使用，即使鉛炭電池壽命終止，也存在很大的商業(yè)價值。其優(yōu)異的性能、較高的安全性、突出的性價比優(yōu)勢使鉛炭電池在新能源和電力儲能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2 電化學(xué)儲能系統(tǒng)典型技術(shù)應(yīng)用

2.1 光伏電站棄光再利用儲能系統(tǒng)

在有些光伏電站棄光地區(qū)，其光伏上網(wǎng)電價高，限電措施是根據(jù)時間段限電，該類光伏電站可建設(shè)電化學(xué)儲能系統(tǒng)限發(fā)時間段的電量儲存起來，在不限發(fā)時間段一起送出至電網(wǎng)，其設(shè)計方案如圖1所示。

電化學(xué)儲能系統(tǒng)在光伏的逆變器直流側(cè)連接，采用進(jìn)行DC/DC耦合方式，相比AC/DC耦合方式節(jié)省了升壓設(shè)備，降低了成本。

2.2 儲能UPS

在重要的負(fù)荷場所下，電化學(xué)儲能系統(tǒng)結(jié)合UPS系統(tǒng)設(shè)計，對重要的負(fù)荷作為備用電源，象：數(shù)據(jù)中心、學(xué)校等。與UPS系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢在于：無須并網(wǎng)手續(xù)，解決了原有UPS配套的電池長期處于浮充電狀態(tài)，激活電池，SOC設(shè)定適當(dāng)?shù)挠喽龋ＷC原有負(fù)荷的應(yīng)急供電余量，可以進(jìn)行削峰填谷產(chǎn)生效益，并且對原有的UPS不動硬件的改動，只需要改變控制邏輯程序，電化學(xué)儲能系統(tǒng)作為UPS模塊化控制邏輯如圖2所示。

2.3 直流微電網(wǎng)

直流微電網(wǎng)是以直流配電的形式，通過直流母線很好地將各個分布式電源融合起來并加以協(xié)調(diào)控制，同時又能將直流電直接輸送給對電能質(zhì)量有要求更高的直流負(fù)載。儲能系統(tǒng)在里面平滑功率。調(diào)節(jié)直流微電網(wǎng)的波動，在極端情況下保證直流微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)重要負(fù)荷持續(xù)供電一段時間，其直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

相比交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)優(yōu)勢在于：分布式電源與直流母線的連接更加簡便、易于實(shí)現(xiàn)分布式電源間的協(xié)調(diào)控制、線路損耗低，沒有無功功率平衡和穩(wěn)定問題，電網(wǎng)運(yùn)行可靠性更高。

2.4 電網(wǎng)側(cè)的調(diào)峰調(diào)頻

隨著我國新能源的大規(guī)模建設(shè)和迅猛的發(fā)展，我國的可再生能源發(fā)電占比高達(dá)26.7%，其中可再生能源中的光伏發(fā)電占了很大的比例，其白天根據(jù)太陽輻射強(qiáng)弱發(fā)電特性也將影響到電網(wǎng)頻率和功率因素。加上目前電網(wǎng)負(fù)荷變化主要是夏季降溫，冬季取暖等特性造成電網(wǎng)的尖峰負(fù)荷明顯。

儲能電站充電時，可以輔助調(diào)峰，減少峰谷差，放電時，作為調(diào)峰電源，支撐負(fù)荷。相比傳統(tǒng)的火力發(fā)電調(diào)頻調(diào)峰，電化學(xué)儲能具有布置靈活、反應(yīng)速度快（毫秒級），滿足正常調(diào)節(jié)及緊急響應(yīng)調(diào)節(jié)要求，擴(kuò)大源網(wǎng)荷規(guī)模，并且通過調(diào)節(jié)儲能充放電功率，還可實(shí)現(xiàn)對受電斷面功率的靈活控制，防止出現(xiàn)超調(diào)度運(yùn)行限額，造成電網(wǎng)阻塞問題。 儲能系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻示意圖如圖4所示。

3 結(jié)語

電化學(xué)儲能系統(tǒng)以其具有調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急、備用電源、黑啟動、需求側(cè)響應(yīng)支撐等特點(diǎn)，在電網(wǎng)和新能源互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中起到支撐作用，有利于提高整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性能。該文對電化學(xué)儲能系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用做了簡單的探討和歸納，這幾種技術(shù)應(yīng)用也是電化學(xué)儲能系統(tǒng)未來發(fā)展的方向，該文后續(xù)將持續(xù)關(guān)注行業(yè)內(nèi)的動態(tài)，對關(guān)鍵技術(shù)和商業(yè)模式進(jìn)行探討和研究。

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