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編者按：由于光伏發(fā)電的不可控性，光伏僅在白天尤其是午間發(fā)電。利用電池將白天發(fā)的電儲(chǔ)存起來(lái)，為電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)的穩(wěn)定性起到了很有力的調(diào)節(jié)支持作用。在風(fēng)電方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要解決風(fēng)機(jī)發(fā)電波動(dòng)大的問(wèn)題，平滑風(fēng)機(jī)出力曲線、丟風(fēng)存儲(chǔ)、風(fēng)電場(chǎng)輔助調(diào)頻等。

這周開(kāi)始我們將開(kāi)啟綜合能源關(guān)鍵技術(shù)系列的第一篇——電池技術(shù)。綜合能源系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃了區(qū)域能源的生產(chǎn)及使用，并借此降低了能源使用成本，提高了能源效率。而在綜合能源系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮著連接不同子系統(tǒng)的紐帶作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電與微網(wǎng)、調(diào)峰調(diào)頻、需求側(cè)響應(yīng)等領(lǐng)域都不可或缺。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池儲(chǔ)能是重中之重的一環(huán)。

電池儲(chǔ)能相比其它常見(jiàn)儲(chǔ)能技術(shù)，有著許多特點(diǎn)。首先，電池儲(chǔ)能有著非常高的能量密度，這意味著存儲(chǔ)同等能量，電池占用的空間更少，且不像抽水蓄能及壓縮空氣儲(chǔ)能那樣對(duì)環(huán)境的要求較高。高達(dá)90%的能量存儲(chǔ)效率以及靈活的容量分配都是電池相較于其它儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。電池極快的響應(yīng)時(shí)間，使得它在電網(wǎng)輔助服務(wù)尤其是一次調(diào)頻中表現(xiàn)出色。

常見(jiàn)電池技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

不同種類(lèi)的電池原理性質(zhì)及其應(yīng)用都有所不同，本文將介紹兩種最常見(jiàn)的電池技術(shù)，鋰離子電池和鉛酸電池。

鋰離子電池

鋰離子電池作為生活中廣泛應(yīng)用的電池種類(lèi)，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，其常見(jiàn)正極材料有：鋰鈷氧化物(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳酸鋰(LiNiO2)及磷酸鋰鐵(LiFePO4)，負(fù)極材料一般為石墨，鈦酸鹽被認(rèn)為是未來(lái)更好的替代品。鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、電動(dòng)汽車(chē)及光伏儲(chǔ)能方面均有優(yōu)秀表現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.高能量密度

2.壽命較長(zhǎng)

3.輸出功率高

缺點(diǎn):

1.安全性能稍差

2.對(duì)電池管理系統(tǒng)要求較高

3.成本較高

鉛酸電池

鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)壓力、不間斷電源、光伏儲(chǔ)能及孤島電網(wǎng)領(lǐng)域均有應(yīng)用。

優(yōu)點(diǎn)：

1.今時(shí)今日已經(jīng)批量生產(chǎn)

2.對(duì)于靜態(tài)應(yīng)用來(lái)說(shuō),能量/功率密度可以接受

3.通過(guò)控制過(guò)充電反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全性

4.無(wú)需復(fù)雜的電池管理

5.大規(guī)模儲(chǔ)能經(jīng)驗(yàn)

6.短期攤銷(xiāo)和初始投資相對(duì)較低

缺點(diǎn)：

1.充電和放電并不對(duì)稱(chēng)

2.對(duì)通風(fēng)的要求較高

3.循環(huán)壽命有限

4.重金屬鉛

電池技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

電池技術(shù)在綜合能源領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：

大型風(fēng)、光電站的儲(chǔ)能系統(tǒng)

電池系統(tǒng)可以對(duì)風(fēng)、光等可再生能源輸出功率進(jìn)行平抑，緩解晝夜峰谷差，降低系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻和備用容量的需求，降低對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)、生物質(zhì)發(fā)電等發(fā)電單元的性能壓力，提高區(qū)域供電電能質(zhì)量，有效減少棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

在光伏方面，由于光伏發(fā)電的不可控性，光伏僅在白天尤其是午間發(fā)電。利用電池將白天發(fā)的電儲(chǔ)存起來(lái)，為電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)的穩(wěn)定性起到了很有力的調(diào)節(jié)支持作用。在風(fēng)電方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要解決風(fēng)機(jī)發(fā)電波動(dòng)大的問(wèn)題，平滑風(fēng)機(jī)出力曲線、丟風(fēng)存儲(chǔ)、風(fēng)電場(chǎng)輔助調(diào)頻等。

維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定性

隨著可再生能源發(fā)電比例的逐步提高，電網(wǎng)的穩(wěn)定性愈發(fā)成為一個(gè)重要問(wèn)題。尤其在綜合能源系統(tǒng)中，多能互補(bǔ)系統(tǒng)的存在對(duì)區(qū)域負(fù)荷供電電能質(zhì)量及可靠性提出了更高的要求。電池系統(tǒng)憑借其快速的響應(yīng)時(shí)間，靈活的有功，無(wú)功吞吐能力，在電網(wǎng)輔助服務(wù)領(lǐng)域表現(xiàn)出色。尤其是在一次調(diào)頻方面。一次調(diào)頻對(duì)反應(yīng)時(shí)間的苛刻要求，電池系統(tǒng)能夠完成諸如抽水蓄能等系統(tǒng)不能完成的任務(wù)。此外，電池系統(tǒng)還可以通過(guò)提供電力市場(chǎng)輔助服務(wù)進(jìn)行套利。

戶(hù)用儲(chǔ)能電池

1.戶(hù)用光伏儲(chǔ)能

對(duì)于住宅光伏客戶(hù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能大大提升自身的光伏發(fā)電量使用效率。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在提高住戶(hù)自身產(chǎn)電的電力消耗比率，從而減少?gòu)墓搽娋W(wǎng)獲取的電量。通過(guò)安裝戶(hù)用電池，理論上該比率可以增加到100%，但由于經(jīng)濟(jì)性原因很少能夠達(dá)到。目前在歐洲，戶(hù)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的自耗率平均為35％，電池價(jià)格占整個(gè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%以上。

2.需求側(cè)響應(yīng)

戶(hù)用儲(chǔ)能電池還可引用于用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)，用戶(hù)可在電網(wǎng)負(fù)荷較小的情況下，利用電池充電；在電網(wǎng)負(fù)荷較大的時(shí)候，利用電池進(jìn)行供電，能夠大大降低電網(wǎng)負(fù)荷，同時(shí)節(jié)約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶(hù)用光伏儲(chǔ)能電池和家用電動(dòng)汽車(chē)電池。

電動(dòng)汽車(chē)

電動(dòng)汽車(chē)之于電力行業(yè)的意義就是“裝在車(chē)輪上移動(dòng)電池”，而且其飛快的發(fā)展速度對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)的意義可能會(huì)是住宅儲(chǔ)能無(wú)法比擬的。Diaz-Bone舉過(guò)這樣一個(gè)例子：“100,000個(gè)家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量可能聽(tīng)起來(lái)已經(jīng)可以令人印象深刻，但如果對(duì)比電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)模，這個(gè)數(shù)字也只能相形見(jiàn)絀了。我們正在研究數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，每輛汽車(chē)的電池容量為40到100千瓦時(shí)，是一般家用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的五到十倍”。與固定式家用電池一樣，通過(guò)充電樁連接到電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)不僅可以存儲(chǔ)電力，還可以根據(jù)需要將其送入電網(wǎng)。電池的核心優(yōu)勢(shì)是，可以在短時(shí)間內(nèi)吸收和釋放大量電力，這使其成為為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的理想工具。它們可以保證電力通暢以穩(wěn)定電網(wǎng)，充當(dāng)備用電源以提高可靠性，并且能夠在供電充足且便宜的時(shí)間再充電。

德國(guó)示范案例：M5BAT項(xiàng)目

德國(guó)儲(chǔ)能示范：亞琛工業(yè)大學(xué)m5bat電池系統(tǒng)

M5BAT位于德國(guó)亞琛，是一個(gè)功率5MW，能量5MWh的龐大電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，建設(shè)始于2015年8月，于2016年9月8日開(kāi)始調(diào)試。從那天起，該電池系統(tǒng)已連接到德國(guó)亞琛地區(qū)中壓電網(wǎng)，并用于平衡能源供應(yīng)。在此期間，還將實(shí)時(shí)進(jìn)行能源市場(chǎng)容量交易。該項(xiàng)目的參與者共同投資了1,140萬(wàn)歐元，用于開(kāi)發(fā)和測(cè)試這個(gè)世界首創(chuàng)的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)。該項(xiàng)目還從德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部獲得了670萬(wàn)歐元的資金。

M5BAT是一個(gè)典型的區(qū)域儲(chǔ)能系統(tǒng)，其5MWh的電力容量可以為10000戶(hù)家庭在斷電時(shí)供電約60分鐘。M5BAT除去實(shí)際功用，還承擔(dān)著科研任務(wù)，期望了解電池存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)特征。

電池技術(shù)多種多樣。為了發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，可以將不同的電池技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以充分利用各自的優(yōu)勢(shì)。例如，廉價(jià)的高能量電池和昂貴的高功率電池可以同時(shí)使用，以在提供相同功率容量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更好的成本效益。

M5BAT使用五種不同的電池技術(shù)，并使用智能電池管理技術(shù)來(lái)優(yōu)化整體操作。M5BAT具有不同鋰“離子”技術(shù)的三個(gè)電池串，主要用作短期電力存儲(chǔ)。此外，還安裝了兩種不同技術(shù)的鉛蓄電池組，用于短時(shí)間和中等放電時(shí)間。在世界范圍內(nèi)的此類(lèi)性能級(jí)別中，M5BAT的混合模塊化系統(tǒng)首屈一指。

原標(biāo)題：需求側(cè)響應(yīng)?電網(wǎng)輔助服務(wù)?綜合能源中不可或缺的電池儲(chǔ)能技術(shù)