鉅大LARGE | 點擊量：14646次 | 2018年07月12日
電池儲能技術(shù)的原理和特點及主要用途
6月21日，位于鎮(zhèn)江丹陽的110kV建山儲能電站正式投運，該變電站是鎮(zhèn)江儲能電站重點建設(shè)項目之一。
為緩解諫壁電廠燃煤機(jī)組退役對鎮(zhèn)江東部地區(qū)2018年夏季高峰期間用電的影響，江蘇公司結(jié)合電化學(xué)儲能電站建設(shè)周期短、布點靈活的特點，在鎮(zhèn)江東部地區(qū)(鎮(zhèn)江新區(qū)、丹陽、揚中)建設(shè)全世界最大規(guī)模的儲能項目，包括在丹陽地區(qū)建設(shè)丹陽儲能電站、建山儲能電站，在揚中地區(qū)建設(shè)新壩儲能電站、長旺儲能電站、三躍儲能電站，在鎮(zhèn)江新區(qū)建設(shè)大港儲能電站、五峰山儲能電站、北山儲能電站。
該項目電網(wǎng)側(cè)總功率為101兆瓦，總?cè)萘繛?02兆瓦時，是世界范圍內(nèi)最大規(guī)模的電池儲能電站項目，在分布式儲能領(lǐng)域的探索實踐具有示范作用，有望在全國儲能產(chǎn)業(yè)推廣。該項目建成后，可以為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動、需求響應(yīng)等多種服務(wù)，充分發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)峰的作用，促進(jìn)鎮(zhèn)江地區(qū)電網(wǎng)削峰填谷，有效緩解今年夏季鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)供電壓力。
據(jù)悉，本次投運的建山儲能電站為功率為5兆瓦、電池容量10兆瓦時的儲能電站示范項目。項目占地面積1.8畝，采用全預(yù)制艙式布置，通過10千伏電纜線路接入建山變10千伏母線電網(wǎng)側(cè)。
另外，作為江蘇電網(wǎng)“源網(wǎng)荷”精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的重要組成部分，揚中地區(qū)的儲能項目還配備智能網(wǎng)荷互動終端、防孤島過程控制系統(tǒng)等設(shè)備，可對調(diào)度端達(dá)到毫秒級響應(yīng)，實現(xiàn)故障的快速切除。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池儲能技術(shù)介紹
1.電池儲能技術(shù)的原理
儲能技術(shù)是指通過物理或化學(xué)等方法實現(xiàn)對電能的儲存，并在需要時進(jìn)行釋放的一系列相關(guān)技術(shù)。一般而言，根據(jù)儲存能量的方式不同可將其分類為機(jī)械儲能、電磁儲能及電化學(xué)儲能。機(jī)械儲能又可劃分為抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能。電磁儲能主要包括超導(dǎo)磁儲能和超級電容器儲能。電化學(xué)儲能的方式是將電能以化學(xué)能形式進(jìn)行儲存和釋放。目前的電化學(xué)儲能主要包括電池和電化學(xué)電容器的裝置實現(xiàn)儲能，常用的電池有鉛酸電池、鉛炭電池、鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等。電化學(xué)儲能技術(shù)具有高效率、應(yīng)用靈活性、響應(yīng)速度快等優(yōu)點逐漸在電力儲能市場占有越來越重要的地位。
表1不同電池性能比較
2.電池儲能技術(shù)的特點及主要用途
為促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，實現(xiàn)清潔低碳發(fā)展，近年來，我國大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)電、光伏實現(xiàn)跨越式大發(fā)展，新能源裝機(jī)容量占比日益提高。然而，在清潔能源高速發(fā)展的同時，波動性、間歇式新能源的并網(wǎng)給電網(wǎng)從調(diào)控運行，安全控制等諸多方面帶來了不利影響，極大地限制了清潔能源的有效利用。電池儲能電站可與分布/集中式新能源發(fā)電聯(lián)合應(yīng)用，是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問題的有效途徑之一，將隨著新能源發(fā)電規(guī)模的日益增大以及電池儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，成為支撐我國清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大關(guān)鍵技術(shù)。
電池儲能作為電能存儲的重要方式，具有功率和能量可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活配置，響應(yīng)速度快，不受地理資源等外部條件的限制，適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢，使得電池儲能在配合集中/分布式新能源并網(wǎng)，電網(wǎng)運行輔助等方面具有不可替代的地位。
圖1儲能電池在分布式電源及微電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用
大規(guī)模電池儲能電站在發(fā)電側(cè)，可作為獨立電站參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)壓、提供備用、削峰填谷，同時也可與可再生能源發(fā)電配合提高可再生能源上網(wǎng)電量;在輸電側(cè)可作為輸電網(wǎng)投資升級替代方案，延緩電網(wǎng)升級，并為電網(wǎng)提供二次調(diào)頻服務(wù);在配電側(cè)可延緩配電網(wǎng)的升級改造，提高配電網(wǎng)運行的安全性與經(jīng)濟(jì)性并提升接納分布式電源的能力;在用戶側(cè)可通過峰谷價差進(jìn)行價格套利、參與需求側(cè)響應(yīng)獲取收益。
3.國內(nèi)外電池儲能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，世界各國都投入了大量的人力、物力進(jìn)行大規(guī)模電池儲能技術(shù)的研究。近年來，國內(nèi)外連續(xù)建成大量規(guī)?；碾姵貎δ茈娬尽Ｒ悦绹鵀榇淼奈鞣絿医陙韺τ诖笠?guī)模電池儲能電站建設(shè)的投入巨大，美國在加利福尼亞、賓夕法尼亞等州建立了大量不同儲能形式的儲能電站，其應(yīng)用涵蓋發(fā)電、輔助服務(wù)、輸配電、用戶端、分布式發(fā)電與微電子工業(yè)網(wǎng)、大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域，且對不同儲能電站的功能和作用進(jìn)行了分類和界定，為全世界大規(guī)模儲能電站的發(fā)展指明了方向。
表2國外大規(guī)模電池儲能項目
國內(nèi)基于大規(guī)模電池儲能技術(shù)也開展了大量研究工作，在大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電基地、輸配電及用戶側(cè)以及分布式發(fā)電與微電網(wǎng)等領(lǐng)域，已建成了多項示范工程，并開展了儲能系統(tǒng)容量配置、控制策略等多項研究工作，取得了許多研究成果。
國家風(fēng)光儲輸示范工程是以“電網(wǎng)友好型”新能源發(fā)電為目標(biāo)，是目前世界上規(guī)模最大，且集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中，一期工程建設(shè)風(fēng)電98.5MW、光伏發(fā)電40MW和儲能裝置20MW(包括14MW/63MWh鋰離子電池和2MW/8MWh全釩液流電池)，并配套建設(shè)220kV智能變電站一座。通過大規(guī)模儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對多種儲能設(shè)備的協(xié)調(diào)控制和能量管理，具備平抑可再生電源出力波動、輔助可再生電源按計劃曲線出力及調(diào)峰填谷等各項功能。
圖2國家風(fēng)光儲輸示范工程全景
示范工程儲能電站(一期)設(shè)計總裝機(jī)容量為20MW，總儲存電量95MWh，目前已經(jīng)安裝磷酸鐵鋰儲能裝置14MW(共63MWh)和液流儲能裝置2MW(8MWh)。通過大規(guī)模電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)十兆瓦級多類型電池儲能電站的系統(tǒng)集成、統(tǒng)一調(diào)度及工程應(yīng)用，解決了電池儲能電站協(xié)調(diào)控制及能量管理關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了平滑風(fēng)光功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷等高級應(yīng)用功能，提高了風(fēng)/光伏電站發(fā)電的可預(yù)測性、可控性及可調(diào)度性。
圖3國家風(fēng)光儲輸示范工程電池儲能系統(tǒng)
基于儲能電站的上層能量管理策略可實現(xiàn)風(fēng)光儲出力互補，從而達(dá)到風(fēng)光儲聯(lián)合出力波動率滿足小于7%的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，跟蹤發(fā)電計劃滿足誤差小于3%的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。
圖4國家風(fēng)光儲輸示范工程監(jiān)控界面
4.未來電池儲能電站的應(yīng)用前景
未來大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用需要從以下幾個方面重點開展一些工作：
(1)從大規(guī)模儲能電池的設(shè)計、集成、安裝、運行、監(jiān)控等生產(chǎn)運行全過程，充分重視電池的安全問題，提出不同類型儲能系統(tǒng)的安全邊界，對可能出現(xiàn)的電池過熱、變形、燃燒、電解液泄露等安全隱患設(shè)計具有充分可靠性的安全措施，避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。
(2)充分考慮大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)數(shù)量龐大的儲能單元及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提出站域集中管理與子系統(tǒng)分區(qū)自治相結(jié)合的大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲能電站優(yōu)化控制架構(gòu)，從根本上解決各儲能單元差異性與應(yīng)用目標(biāo)統(tǒng)一性之間的矛盾，全面提升電池儲能系統(tǒng)的綜合管控能力。
(3)有效利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等方法，兼顧歷史和實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)實時運行狀態(tài)診斷與分析，性能衰減與安全預(yù)警等，確保大規(guī)模集中/分布式電池儲能電站安全、穩(wěn)定、可靠運行。
(4)針對大規(guī)模集中/分布式電池儲能電站與集中/分布式新能源發(fā)電聯(lián)合應(yīng)用場景，考慮智能化運行調(diào)度、安全穩(wěn)定控制、全壽命周期管理、多目標(biāo)控制管理、運行效益最優(yōu)等多方面需求，提出不同集成架構(gòu)下的電池儲能電站多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化控制方法，破解不同形式電池儲能系統(tǒng)能量管理與科學(xué)控制的難題。
(5)考慮大規(guī)模集中/分布式電池儲能系統(tǒng)可能由不同種類、不同壽命階段的電池儲能單元/梯次利用動力電池儲能單元等混合集成，研究并揭示上述多類型電池儲能電站中不同類型儲能單元健康狀態(tài)、性能衰減、充放電倍率的差異特性，分析各電池單元動態(tài)連接后的充放電特性，提出針對不同類型電池儲能系統(tǒng)的動態(tài)、智能、差異化的充放電控制方法，解決電池優(yōu)化管理難題。
(6)從電池儲能模塊級、裝置級和系統(tǒng)級等不同層面，研究不同類型大容量電池儲能技術(shù)的充放電特性、工況適用性、安全性及經(jīng)濟(jì)性評估方法，掌握先進(jìn)大容量儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的量化分析與綜合評估方法，支撐電池儲能技術(shù)的深入研究和工程化應(yīng)用。
