動力電池在儲能系統中的梯次利用對電能質量的影響

(華北水利水電大學電力學院，河南 鄭州 450000)

1 概述

據《動力電池藍皮書》敘述，隨著我國發展新能源汽車產業上升為國家戰略，2013年以后新能源汽車大規模推廣應用，產銷量年年不斷攀升，截至2017年底累計推廣新能源汽車180多萬輛，根據企業質保期限、電池循環壽命、車輛使用工況等方面研究測算，2018年后各大汽車企業將會面臨新能源汽車動力電池規模化退役，預計2019年動力電池回收量將達到11.14萬t，2020年將達到25.7萬t。數量如此大的退役動力電池，解決廢舊動力電池回收再將其梯次利用的問題迫在眉睫。為了解決這一問題，政府部門在2018年2月發布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，指出落實生產者責任延伸制度，汽車生產企業承擔動力蓄電池回收的主體責任，鼓勵動力電池生產企業、綜合利用企業以及其他相關企業在標準化設計、開放通信協議以及編碼溯源等方面配合整車企業充分落實動力電池回收責任，通過多種形式，合作共建、共用廢舊動力電池回收渠道，并遵從先梯次利用后再生利用原則開展多層次、多用途的合理利用。據國內外研究，當動力電池儲能降為70%～80%時，將不能將其運用在電動汽車上，將退役的動力電池應用在儲能領域是現在電力系統研究的熱潮。

為了將退役動力電池在儲能領域應用，將梯次電池與風光聯合系統形成一個風光聯合儲能系統。儲能領域作為退役動力電池的一個主要發展方向，其更大限度的將退役電池再次利用，具有優化環境、節約資源、能源二次利用等優點。對退役電池的再次利用將電池的剩余價值充分運用起來，充分發揮其容量價值、儲能特性，延長其使用壽命，進行資源回收利用，減少了電池回收的壓力以及資源的浪費。對退役動力電池的梯次利用促進了電力系統綠色健康發展，退役電池在儲能系統中的應用對社會和環境具有特別重大的意義和影響。

2 風光聯合儲能系統

風能和太陽能是當今社會特別熱門的清潔能源，越來越受到國內外關注，甚至有些國家都具有了一定規模的光伏發電系統以及風力發電系統。在我國新疆等一些省份風、光能源比較充足，發展也具有一定規模。風光聯合儲能系統由光伏發電模塊、風力發電模塊、動力電池儲能模塊、系統控制模塊以及系統負載等多個部分組成。

風能和太陽能的隨機性和不穩定性是導致它們現在還沒被大量開發和利用的重要原因[1]，但由于它們在時間和季節上有著有一定的互補性，將其綜合利用儲存在儲能系統中。然后利用儲能系統穩定地輸出電能，優化和提高電能質量。

當風、光能源充足且負荷需求較小時，儲能系統將儲存多余的能量，此時儲能系統處于充電狀態；當風光能源不足、負荷需求較大時，儲能系統將儲能的能量輸送給負荷，此時儲能系統處于放電狀態。

3 動力電池的梯次利用

資源與環境給予了當今電力系統行業極大的挑戰，所以當今社會發展新能源的趨勢是勢不可擋的。一次能源的大量消耗，讓整個自然環境產生了很大的不可逆的破壞，電能無疑來說是一種當今社會被廣泛使用的清潔能源，而這種能源的儲存方式中蓄電池儲能無疑是最簡單方便的。

電動車的面世雖然極大地減小了環境壓力，使得新能源汽車產業能夠迅速發展，但是動力電池成為制約電動汽車發展的重要因素，因為動力電池的造價較高[2]。而在2013年左右隨著電動汽車熱銷售出去的電動汽車的動力電池，經過五六年的使用，現在即將面臨淘汰退役的問題，因為當汽車的動力電池儲能低于70%～80%之后，將不能繼續在電動車上使用。但是數量極大的動力電池退役后的處理方式和去向，受到了相關人士的關注。經研究調查表明，退役的動力電池還有60%能夠梯次利用[3]，這樣的動力電池直接丟棄或者閑置，是對資源的一種極大浪費。

對動力電池在儲能上的梯次利用是動力電池現在在儲能系統中的一個研究熱點，梯次電池在儲能系統的使用使得動力電池資源得到更加合理化的分配應用。進一步減少了電力系統在儲能系統上的經濟開銷，極大地節約了成本，提高了經濟性。而且梯次電池的使用，進一步延長了電池的使用期限，增大了使用價值，減少了電池回收的壓力。

4 儲能系統提高電能質量

隨著風能和太陽能引起了電力行業的重視，清潔型的新能源的開發成為焦點。但是風能和太陽能受自然環境影響較大，具有間歇性和隨機性等問題。光伏和風力有功出力波動會引起配電網電壓波動、網損增加、電能質量變差、電網調節壓力增大等問題。隨著并網規模增大，分布式光伏、風力出力波動將逐步成為限制其接入的重要因素。由于供電可靠性比較低，如果將風力和光伏發電設備直接接入系統將會對系統產生比較大的沖擊和影響。儲能系統對于新能源的不穩定性具有一定的緩沖作用，減少新能源大量并網對系統產生的沖擊。為了減少光伏和風力對系統的不良影響，提高系統的有功頻率特性、無功電壓特性以及安全穩定特性[4]，平抑光伏、風力發電波動[5-6]，削峰填谷[7]，增加儲能裝置無疑是一個比較好的選擇。

5 結語

新能源電動汽車的快速發展，動力電池的大量退役，以及愈演愈烈的新能源發電潮流，儲能因其對能量調節作用，正深刻改變著電力與能源結構。可以預見，它將成為電力能源行業發展的又一關鍵內生推動力，將對涵蓋“源—網—荷”整體電力與能源系統的生產運行產生變革性影響，除了參與電網調峰、調頻外，也已具備了改善調節電網電能質量的能力。儲能在電力系統中的地位以及作用在不斷提高，而動力電池的梯次利用提高了儲能系統的經濟性。

本文提出了動力電池在電力系統儲能領域的梯次利用，將資源進行二次利用，進一步延長了動力電池的使用期限；進行資源回收利用，減少電池回收壓力，提高資源利用率。減少風力和光伏發電對系統的沖擊，提高電能質量以及供電可靠性。動力電池梯次利用促進了電力系統綠色健康發展，在未來會在不同的領域受到越來越多的關注。