光伏發(fā)電儲(chǔ)能電池.doc

光 伏 儲(chǔ) 能 電 池1.概述大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已有20多年的歷史，早期主要用于孤立電網(wǎng)的調(diào)頻、熱備用、調(diào)壓和備份等。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用，國(guó)外也已開展了一定的研究。上世紀(jì)90年代末德國(guó)在Herne 1MW的光伏電站和Bocholt 2MW的風(fēng)電場(chǎng)分別配置了容量為1.2MWh的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，提供削峰、不中斷供電和改善電能質(zhì)量功能。從2003年開始， 日本在Hokkaido 30.6MW風(fēng)電場(chǎng)安裝了6MW /6MWh 的全釩液流電池（VRB）儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于平抑輸出功率波動(dòng)。2009年英國(guó)EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置在東部一個(gè)11KV配電網(wǎng)STATCOM中，用于潮流和電壓控制，有功和無功控制。總體來說，儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的應(yīng)用目的主要考慮“負(fù)荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補(bǔ)線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷”等幾大功能應(yīng)用。比如：削峰填谷，改善電網(wǎng)運(yùn)行曲線，通俗一點(diǎn)解釋，儲(chǔ)能電站就像一個(gè)儲(chǔ)電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲(chǔ)存起來，在用電高峰的時(shí)候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費(fèi)；此外儲(chǔ)能電站還能減少線損，增加線路和設(shè)備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局，改善電能質(zhì)量。而儲(chǔ)能電站的綠色優(yōu)勢(shì)則主要體現(xiàn)在：科學(xué)安全，建設(shè)周期短；綠色環(huán)保，促進(jìn)環(huán)境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。2.系統(tǒng)架構(gòu)在本方案中，儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用，因此，整個(gè)系統(tǒng)是包括光伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、逆變器以及相應(yīng)的儲(chǔ)能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：儲(chǔ)能電站（配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用）架構(gòu)圖1、光伏組件陣列利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；2、智能控制器根據(jù)日照強(qiáng)度及負(fù)載的變化，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；4、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺(tái)逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的380V市電接入用戶側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。5、鋰電池組在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，以備供電不足時(shí)使用。3.儲(chǔ)能電池組(1)電池選型原則作為配合光伏發(fā)電接入，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量應(yīng)用的儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能電池是非常重要的一個(gè)部件，必須滿足以下要求： 容易實(shí)現(xiàn)多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流； 電池容量和性能的可檢測(cè)和可診斷，使控制系統(tǒng)可在預(yù)知電池容量和性能的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電站負(fù)荷的調(diào)度控制； 高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在極限情況下，即使發(fā)生故障也在受控范圍，不應(yīng)該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運(yùn)行的故障； 具有良好的快速響應(yīng)和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力； 較高的充放電轉(zhuǎn)換效率； 易于安裝和維護(hù)； 具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，較寬的工作溫度范圍； 符合環(huán)境保護(hù)的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的破壞和污染；(2) 主要電池類型比較 閥控式鉛酸蓄電池 閥控式鉛酸蓄電池已有100多年的使用歷史，非常成熟。以其材料普遍、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、安全可靠而得到非常廣泛的應(yīng)用，在已有的儲(chǔ)能電站中，鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有致命的缺點(diǎn)，主要就是循環(huán)壽命很低，在100%放電深度（DOD）下，一般為300 600次。其次比能量也較小，需要占用更多的空間，充放電倍率也較低，再者，在電池制造、使用和回收過程中，鉛金屬對(duì)環(huán)境的污染不可忽視。 全釩液流電池全釩液流電池是一種新型的儲(chǔ)能電池，其功率取決于電池單體的面積、電堆的層數(shù)和電堆的串并聯(lián)數(shù), 而儲(chǔ)能容量取決于電解液容積，兩者可獨(dú)立設(shè)計(jì)，比較靈活，適于大容量?jī)?chǔ)能，幾乎無自放電，循環(huán)壽命長(zhǎng)。全釩液流電池目前成本非常昂貴，尤其是高功率應(yīng)用。只有推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，才能大幅度降低成本，另外還要提高全釩液流電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。 鈉硫電池鈉硫電池作為新型化學(xué)電源家族中的一個(gè)新成員出現(xiàn)后，已在世界上許多國(guó)家受到極大的重視和發(fā)展。鈉硫電池比能量高，效率高，幾乎無自放電，可高功率放電，也可深度放電，是適合功率型應(yīng)用和能量型應(yīng)用的電池。但是鈉硫儲(chǔ)能電池不能過充與過放，需要嚴(yán)格控制電池的充放電狀態(tài)。鈉硫電池中的陶瓷隔膜比較脆，在電池受外力沖擊或者機(jī)械應(yīng)力時(shí)容易損壞，從而影響電池的壽命，容易發(fā)生安全事故。還存在環(huán)境影響與廢電池處置問題。目前世界范圍內(nèi)僅有日本NGK產(chǎn)品已經(jīng)成功，國(guó)內(nèi)已有上海硅酸鹽研究所研制成功的報(bào)道。由于日方原因，中國(guó)引進(jìn)NGK鈉硫電池系統(tǒng)一直沒有成功。目前應(yīng)用難度較大。 磷酸鐵鋰電池對(duì)于鋰電池，目前可應(yīng)用于電力用途的只有磷酸鐵鋰電池，所以，在此我們所涉及的鋰電池僅針對(duì)于磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池單體輸出電壓高，工作溫度范圍寬，比能量高，效率高，自放電率低，在電動(dòng)汽車和靜態(tài)儲(chǔ)能應(yīng)用中的研究也得到了開展。初始投資高是影響鋰離子電池在靜態(tài)儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用的重要因素之一；深度放電將直接降低電池的使用壽命，限制了鋰電池在充電源隨機(jī)性較大的場(chǎng)合的應(yīng)用；采用過充保護(hù)電路或均衡電路，可提高安全性和壽命。目前磷酸鐵鋰電池由于成本低、安全可靠和高倍率放電性能受到關(guān)注。幾種電池性能比較鈉硫電池全釩液流電池磷酸鐵鋰電池閥控鉛酸電池現(xiàn)有應(yīng)用規(guī)模等級(jí)100kW34MW5kW6MWkWMWkWMW比較適合的應(yīng)用場(chǎng)合大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng)大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng)可選擇功率型或能量型，適用范圍廣泛大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng)安全性不可過充電；鈉、硫的滲漏，存在潛在安全隱患安全需要單體監(jiān)控，安全性能已有較大突破安全性可接受，但廢舊鉛酸蓄電池嚴(yán)重污染土壤和水源能量密度100-700 Wh/kg-120-150Wh/kg30-50 Wh/kg倍率特性5-10C1.5C5-15C0.1-1C轉(zhuǎn)換效率95%70%95%80%壽命2500次15000次2000次300次成本23000元/kWh15000元/kWh3000元/kWh700元/kWh資源和環(huán)保資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)資源豐富資源豐富；環(huán)境友好資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)MW級(jí)系統(tǒng)占地150-200平米/MW800-1500平米/MW100-150平米/MW(h)150-200平米MW關(guān)注點(diǎn)安全、一致性、成本可靠性、成熟性、成本一致性一致性、壽命從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，鈉硫電池和全釩液流電池未形成產(chǎn)業(yè)化，供應(yīng)渠道受限，較昂貴。從運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了運(yùn)營(yíng)成本，而鋰電池幾乎不需要維護(hù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能電站應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點(diǎn)，建議儲(chǔ)能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。4.儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）整體發(fā)展前景全球能源緊缺，新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)在必行，但風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源受環(huán)境影響較大，功率不穩(wěn)定，致使傳統(tǒng)電網(wǎng)無法承載，大量能量被浪費(fèi)。主要原因之一就是：儲(chǔ)能技術(shù)落后，現(xiàn)有儲(chǔ)能電站無法實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償，無法滿足功率平滑的需求?？梢哉f，儲(chǔ)能電站的發(fā)展已成為新能源開發(fā)的核心之一。除光伏發(fā)電系統(tǒng)外，儲(chǔ)能電站也廣泛適用于如下場(chǎng)合：(1)、負(fù)荷波動(dòng)大的工廠、企業(yè)、商務(wù)中心等；(2)、需要具備“黑啟動(dòng)”功能的發(fā)電站；(3)、發(fā)電質(zhì)量有波動(dòng)的風(fēng)能和潮汐能發(fā)電站；(4)、需要夜間儲(chǔ)存能量以供白天使用的核能、風(fēng)能等發(fā)電設(shè)施；(5)、因環(huán)保原因限制小型火力調(diào)峰發(fā)電站或其它高污染發(fā)電站發(fā)展的區(qū)域；(6)、戶外臨時(shí)大型負(fù)荷中心。采用磷酸鐵鋰電池這一儲(chǔ)能技術(shù)為核心的儲(chǔ)能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)，具有明