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        典型電化學(xué)系統(tǒng)的主要技術(shù)應(yīng)用

        2019-08-17 02:01:58李春陽(yáng)李立強(qiáng)羅易周承軍
        關(guān)鍵詞:技術(shù)應(yīng)用

        李春陽(yáng) 李立強(qiáng) 羅易 周承軍

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

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

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

        0 引言

        目前我國(guó)當(dāng)下處于能源轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新時(shí)期,這對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)在市場(chǎng)上的技術(shù)應(yīng)用有:削峰填谷、負(fù)荷跟蹤;平抑功率波動(dòng),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(chǔ)能概述

        相比其他的儲(chǔ)能方式,電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有適應(yīng)頻繁的充放電轉(zhuǎn)換、毫秒級(jí)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的不同特性主要是由蓄電池決定的,市場(chǎng)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(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),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(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),但是其能量密度沒(méi)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(zhǎng)。

        1.3 鉛碳電池

        鉛炭電池是近年來(lái)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(lái),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(jià)值。其優(yōu)異的性能、較高的安全性、突出的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)使鉛炭電池在新能源和電力儲(chǔ)能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

        2 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)典型技術(shù)應(yīng)用

        2.1 光伏電站棄光再利用儲(chǔ)能系統(tǒng)

        在有些光伏電站棄光地區(qū),其光伏上網(wǎng)電價(jià)高,限電措施是根據(jù)時(shí)間段限電,該類光伏電站可建設(shè)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)限發(fā)時(shí)間段的電量?jī)?chǔ)存起來(lái),在不限發(fā)時(shí)間段一起送出至電網(wǎng),其設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

        電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能UPS

        在重要的負(fù)荷場(chǎng)所下,電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì),對(duì)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(shì)在于:無(wú)須并網(wǎng)手續(xù),解決了原有UPS配套的電池長(zhǎng)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(duì)原有的UPS不動(dòng)硬件的改動(dòng),只需要改變控制邏輯程序,電化學(xué)儲(chǔ)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(guò)直流母線很好地將各個(gè)分布式電源融合起來(lái)并加以協(xié)調(diào)控制,同時(shí)又能將直流電直接輸送給對(duì)電能質(zhì)量有要求更高的直流負(fù)載。儲(chǔ)能系統(tǒng)在里面平滑功率。調(diào)節(jié)直流微電網(wǎng)的波動(dòng),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(shí)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(shì)在于:分布式電源與直流母線的連接更加簡(jiǎn)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(méi)有無(wú)功功率平衡和穩(wěn)定問(wèn)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(guó)新能源的大規(guī)模建設(shè)和迅猛的發(fā)展,我國(guó)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(yáng)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(chǔ)能電站充電時(shí),可以輔助調(diào)峰,減少峰谷差,放電時(shí),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(chǔ)能具有布置靈活、反應(yīng)速度快(毫秒級(jí)),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(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)能充放電功率,還可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wèn)題。 儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻示意圖如圖4所示。

        3 結(jié)語(yǔ)

        電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)以其具有調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急、備用電源、黑啟動(dòng)、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(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性能。該文對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用做了簡(jiǎn)單的探討和歸納,這幾種技術(shù)應(yīng)用也是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)未來(lái)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(dòng)態(tài),對(duì)關(guān)鍵技術(shù)和商業(yè)模式進(jìn)行探討和研究。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉牛.電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站的技術(shù)原理及應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2019(2):103-105.

        [2]王偉.棄光限發(fā)區(qū)域光伏電站直流側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2017(4):20-36.

        [3]陳星宇,義琦.光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2019(5):41-42.

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