2020储能系统运行特性.docx

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1、储能系统运行特性供需瞬时平衡是电力系统运行的基本原则，而储能技术的引入，彻底颠覆了电力系统的运行规则。储能技术在电力系统的应用贯穿其发、愉、配用各个环节，在不同场合均起到了不同的技术补充作用.储能技术在发电环节的应用，目前多以与间歇式电源的联合应用为切入点。在众多储能技术中，电池储能方式凭借其响应速度快、能量密度大、规模灵活、易维护、寿命长等特点成为规模化普及的首选.电池储能系统应用于间歇式电源发电，有助于平滑功率输出，缩减其功率预测误差，并降低能源丢弃率，显著提高了间歇式电源的并网能力。了解电池储能系统运行特性.主要从储能电池本体、电池管理系统(BMS)、能量转换系统(PCS)拓扑结构等方面

2、着手，1概述现代储能技术殖着材料科学的进步得到一定程度的发展，在电力系统中发挥着重要作用，电力系统引入储能环节后.可以有效地实现需求侧管理消除昼夜峰谷差，实现负荷调平，不仅可提高电力设备利用率.降低供电成本，还可以促进可再生能源的并网应用，也可作为提高系统运行稳定性、改善供电质量、调整频率、补偿负荷波动的一种手段同时，移动式储能技术还可为电动汽车应用提供动力能源电力系统负荷的峰谷特性，使得采用储能系统调节电力负荷很有必要，可以在电力充沛时储存电能，在负荷高峰时释放电能，达到削峰填谷、减少系统备用需求的作用。在新能源技术快速发展的大背景下，储能用于风力发电、太阳能光伏发电等新能源发电，通过储能元

3、件对电能的储存与释放，可平滑新能源发电出力波动，解决新能源发电自身出力Sfi机性不可控的问题，减小新能源出力变化对电网的冲击.使得廉价的不稳定的能源变成稳定的具有较高价值的产品，目前，储能系统在提升电网接纳间歇电源能力、提高电网安全可靠运行能力、改善电能质量等诸多方面的显著作用，已逐步得到国内外业界的普遍认同储能与大容量风力发电系统的结合是可再生能源的重要组成部分，国内已有相关风电设备厂商通过与国际储能技术企业合作生产风储联合应用设备，储能技术的发展伴随着电力工业发展中存在的问题而发展起来。电能本身不能储存，然而将电能转化为机械能、化学能或电磁能等形态即可实现存储根据能量存储方式的不同可将储能

4、方式分为机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等）、电化学储能（如锂离子电池、钠硫电池、液流电池、铅酸蓄电池等）、电磁场储能（如超导储能、超级电容器储能等和相变储能（如熔融盐储能、冰蓄冷储能等）四大类型储能技术以其特有的优势成为了国内外研究的热点，世界各国都投入了大量人力、物力、财力进行储能技术的研发与示范应用.但大规模储能技术在全球都还处于发展初期，尚未形成主导性的技术路线，无论哪一种储能电池，其单体能量、功率等性能参数都不能满足大规模储能的要求：在实际应用中均采用系统集成的方式，电池储能系统正逐步向智能化、模块化、集成化、标准化方向发展，一些影响储能技术现模化应用的技术瓶颈还有待突破

5、，包括储能技术的效率、安全性、可靠性.循环使用寿命和动态响应等除电池储能技术外，超级电容器储能、超导储能.压缩空气储能等储能技术正在研究当中.各种储能技术在其能量密度、功率密度、响应速度和储能系统容量规模等方面均具有不同的表现，而同时电力系统也对储能系统各方面应用也提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以完全胜任在电力系统中的各种应用.因此，必须兼顾双方需求，选择合适的储能方式与电力应用.储能技术在电力系统能否得到大规模应用和推广，首先应该考虑基于该技术的储能系统的造价成本、运行及维护成本、运行中安全和可靠性以及规模能力等因素此外，还需要考虑储能系统的能量转换效率、系统寿命、动态性能和冗

6、余调节能力等多方面因素.表4T分别从典型额定功率、持续时间、特点及应用场合详细比较了抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能、锂寓子电池储能、液流电池储能和钠硫电池储能等在电力系统中的应用，表41应用于电力系统的储能技术比较储能类型典型额定功率持统时间优势劣势应用方向抽水储能1002000MW4-IOh大功率、大容、低成本受地理条件限制辅助削峰填谷、调频，黑启动和备用电源等压缩空气储能10-300MW1-20h大功率、大容量，低成本受地理条件限制备用电源、黑启动等飞轮储能5kW-IOMWIs-30rn-11高功率密度、长寿命低能量密度提高电力系统稔定性.电能质量调节等储能类型典

7、型额定功率持续时间优势劣势应用方向锂禹子电池100kW-100MW数小时大容、高能密度、高功率密度.高能转换效率安全性.陋环寿命及规模化平滑可再生能源功率输出、辅助削峰填谷.电能质量调节等全甄氧化还原液流电池5kW100MW120大容、长寿命低能量密度，效率不高辅助削峰填谷、平滑可再生能源功率输出等袖曰电池100kW100MW数小时大容量、高能密度、高能量转换效率安全廖虑平滑可再生能源功率输出、辅助削修填谷等超导储能IOkW50MW2s5n响应速度快低能密度，高制造成本电能质调节、提高系统稳定性和可性等超级电容器IOkW-IMW130s高能量转换效率、长寿命.高功率密度低能密度短时电能质量调节

8、、平滑可再生能源功率输出等在上述储能技术中，尚没有一种非常完美的储能技术可用于电力系统的各个环节。根据储能技术特点、技术成熟度及其产业化程度，现阶段电池储能系统是一种比较适合电力系统应用的储能电源，电池储能系统具有技术相对成熟、容量大、安全可靠、无污染、噪声低、环境适应性强、便于安装等优点:锂离子电池、全机液流电池、钠硫电池为其三大主流技术，其中，锂离子电池储能技术发展最快，逐步成为主力军，现已形成成熟的产业链.随着纳米技术、新材料合成技术的发展,锂离子电池价格下降空间较大，在储能系统规模化应用中.锂离子电池逐步成为首针对大规模储能技术应用.国内外已相继开展200多项示范工程，确立了以储能方式

9、提高间歇电源可控性的有效途径一同时在日夜峰谷差调节、电能质量调节与改善等领域也展开了实验测试，并将大规模储能系统应用于了电力系统调频，提高可再生能源并网等方面目前，国内外均有兆瓦级电池储能系统的示范应用，此外，国内外部分机构对混合储能方式进行了研究.建立了兆瓦级混合储能系统的示范工程.根据储能技术在电力系统发、输配、用各环节的典型应用，结合实际电力系统现状及相关政策，分析储能技术具有前景的应用方向如下：1）储能技术应用于新能源发电，可以平抑风能、太阳能等新能源发电的随机性和间歇性功率波动，增加风电的置信度，提高风能使用价值，增强电网对新能源发电的接纳能力。在国内外已有的储能示范工程中，新能源发

10、电配套的储能系统的容量约为新能源发电装机容量的10%30%。根据规划，到2020年我国风电装机容量将达到200GW.预计将会有大量储能设备配合风电接入电网2）储能系统用于电网削峰填谷，可以蝮解供需矛盾.应对高峰负荷供电需求，提高现有电网设备的利用率和电网运行效率，实现更加灵活的能源和资源配置随着储能成本持续下降和峰谷电价政策的实施，利用储能设备降低能源成本的需求比例会逐渐增加，借助储能技术，减小峰谷差，大幅提升电力现有资产利用率，是未来电网发展的技术方向.3）储能应用于分布式电源及微网，可以提高微网稳定性和电能利用效率。在系统黑启动或分布式发电单元检修期间，储能将起到过渡作用，保障供电的连续性

11、和可靠性：储能系统使得微网系统在负荷波动较快和较大的情况下能够运行在一个稳定的输出水平.通过储能系统充放电控制，还可以调节微网系统中不同类型分布式电源的发电计划，提高能源利用效率储能系统应用于电能质量调节与改善.可以作为备用电源和应急电源，保证重要负荷供电安全.解决诸如电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题.满足敏感负荷对电能质量的严格要求.2典型储能系统及组成方式2.1电池储能系统的结构储能系统一般由储能电池、电池管理系统BatteryManagementSystem.BMS：,能量转换系统PowerConversionSystem.PCS）及升压变压器.中央监控系统组成.

12、如图IT所示。储能电池中的电能经过PCS完成交直流变换，经升压变压器升压后与电力系统相连。电池储能电流变流器的实质是大容量的电压逆变器.它是连接储能电池和接入电网之间的接口电路，基本功能是实现直流储能电池与交流电网之间的双向能量传递，即储能系统的充放电在充电状态.PCS作为整流装置将电能从交流变成直流储存到储能系统中；在放电状态，PCS作为逆变器将储能系统中储图4T典型储能系统拓扑结构存的电能从直流变为交流，输送到电网，BMS负责管理电池堆中的所有电池，保障电池安全，监控电池的运行状态.2.2储能系统的关键技术1.储能电池的大容量化技术储能标准电池模块是组成大规模储能系统的基本单元，标准电池模

13、块的使用寿命直接决定了储能系统的使用寿命.提高模块使用寿命的关键在于电池动态一致性问题.涉及电池及电池组一致性影响因素的机理、电池动态均衡的判据方法、电池组的管理及保护技术、储能标准电池模块的设计、模块的集成技术以及电池模块的特性检测技术等关键技术，(1)储能电池及电池组一致性影响因素的机理储能电池及电池组内阻和容量受温度、电流倍率、充放深度以及循环周次等因素影响，分析各因素对电池一致性的影响水平，可以为得出电池模块可用功率预测和能量控制方法，以及电池组实际运行控制策略提供依据.(2)储能电池动态均衡策略均衡是电池管理技术的关键性技术，是防止并纠正电池一致性差异的主要技术手段，在电池成组的使用

14、寿命指标上有决定性的作用:其主要包括被动式均衡和主动式均衡.被动式均衡主要利用旁路电阻在电池单体出现过充时对电池充电电流进行旁路，但存在均衡电流小，热耗散大的问题而主动式均衡其工作原理与被动式均衡有本属区别，其主要机理是在电池间进行能量搬移来完成电池均衡充放电.由于没有热耗散问题，所以系统的均衡电流可以比较大。(3)储能电池组的管理及保护系统电池组热管理技术是储能电池组管理保护技术领域的核心内容.电池间温度场均匀度差是导致电池衰减出现雷散差异的主要原因可采用绝热量热仪对锂离子单体电池在各种应用情况下的比热.放热量和放热功率进行测量.基于数值模拟对电池及电池组模型进行求解.进而对电池组进行模拟工

15、况实验，并根据测试结果对电池箱及温度控制系统设计进行优化，实现电池模块的安全防护:H）储能标准电池模块储能标准电池模块的核心在于单体电池的串并联组合方式，涉及电池之间连接件的材料、结梅、连接方式、连接处的接触电阻等因素.基于改善的电池连接工艺，可降低接触电阻，实现标准储能电池模块.（5）基于标准电池模块的电池系统规模化集成技术在标准电池横块研究开发的基础上，对标准电池模块进行串并联，通过分析模块串联支路间的并联对电池性能的影响，以及电池系统内各个模块的电流不一致和容量不均衡的分布规律.可得出大容量储能单元内电池系统的运行和维护方法.（6）储能电池模块及系统的特性检测技术储能电池模块的特性检测技术，主要包括模块的容量、功率、效率、安全性、寿命特性、动态工况性能.温度特性等方面的性能检测。2.电池储能系统规模化集成技术电池储能系统规模化集成技术主要包括储能变流器与电池系统匹配技术,标准化储能单元的研制、大容量储能规模化集成设计、储能系统冗余及扩容方法、大容量储能系统的监控及保护平台和储能装置的特性检测技术等关键技术，（1）储能变流器与电池系统匹配技术