儲能電源的應(yīng)用及其意義.doc

儲能電源的應(yīng)用及其意義儲能系統(tǒng)可以說是調(diào)節(jié)微電源性能、保證負(fù)荷供電質(zhì)量、維持電網(wǎng)穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)，因此研究儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)儲能在微網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用具有十分重要的意義。1、微網(wǎng)的儲能技術(shù)種類及其特性伴隨著科技的發(fā)展，已發(fā)明的儲能技術(shù)形式多種多樣。根據(jù)微網(wǎng)的特點(diǎn)，適用于微網(wǎng)的儲能技術(shù)可以分為物理儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能，電化學(xué)儲能可以分為鉛酸電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能，電磁儲能包括超級電容儲能和超導(dǎo)磁儲能等。11蓄電池儲能系統(tǒng)構(gòu)成蓄電池儲能系統(tǒng)主要由電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、(PCS)、隔離變壓器、雙向變流器、變流器監(jiān)控裝置及輔助設(shè)備。系統(tǒng)可以滿足頻繁充放電及微網(wǎng)孤島運(yùn)行功能的需求。系統(tǒng)可根據(jù)上級調(diào)度指令完成各種充電、放電等高級控制策略，在微電網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛且最具有發(fā)展前途。能量控制裝置PCS控制器通過LAN通信信道接收后臺控制指令，根據(jù)功率指令的符號及大小控制變流器對電池進(jìn)行充電或放電，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)。PCS控制器通過CAN接口與電池管理系統(tǒng)通訊，獲取電池組狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)對電池的保護(hù)性充放電，確保電池運(yùn)行安全。12鉛酸電池鉛酸電池主要由鉛及其氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸溶液。荷電狀態(tài)下，主要成分為二氧化鉛，主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛，以密度為128132gmL(濃度為2737)的硫酸溶液作為電解液，統(tǒng)稱為鉛酸蓄電池(亦稱“鉛蓄電池”)。目前鉛酸蓄電池在電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是電力調(diào)峰、提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和提高供電質(zhì)量。閥控鉛酸電池的電化學(xué)反應(yīng)式如下：充電：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4(電解池)陽極：PbSO4+2H，O一2e=PbO+4HS042一陰極：PbSO4+2e=Pb+SO4z當(dāng)溶液的密度升到128mL時，應(yīng)停止充電：放電：PbO2+Pb+2HSO4=2PbSO4+20(電解池)負(fù)極：Pb+S042一一2e-=PbSO4正極：PbO2+4HS04一+2ePbSO4+2H2O13鋰離子電池目前鋰離子電池的負(fù)極一般采用石墨或其嵌鋰化合物，正極為氧化鈷鋰LiCoO：、LiNiO：及LiMnO等過渡金屬氧化物，電解液采用鋰鹽液態(tài)非水電解液。鋰離子電池的性能主要取決于正負(fù)極材料，磷酸鐵鋰作為新興的正極材料，其安全性能與循環(huán)壽命較其它正極材料具有明顯優(yōu)勢。鋰電池具有以下幾個特點(diǎn)：能量密度高，其理論比容量為170mAhg，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過140mAWg(02C，25)；儲能密度高；工作電壓適中(單體工作電壓為37v或32V)；壽命長；正常使用條件下，2500次循環(huán)后電池放電容量不低于初始容量的80；無害，不含任何對人體有害的重金屬元素；充放電轉(zhuǎn)化率高(90以上)。但是，鋰離子電池性能易受工藝和環(huán)境溫度等因素的影響。14超級電容器超級電容器是一種新型儲能裝置，通過極化電解質(zhì)來儲能。由于隨著超級電容器放電，正、負(fù)極板上的電荷被泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。超級電容器具有比功率大、充電速度快的優(yōu)點(diǎn)，適合大電流和短時間充放電的場合，且使用壽命長，不易老化，是一種綠色能源，缺點(diǎn)是能量存儲率有限，價(jià)格較為昂貴，還不能完全取代蓄電池提供能源，在電力系統(tǒng)中多用于短時間、大功率功率輸出的場合。15飛輪儲能技術(shù)飛輪儲能以動能的形式存儲能量，經(jīng)過功率變換器，完成機(jī)械能一電能相互轉(zhuǎn)換。飛輪儲能比功率一般大于5kWkg，比能量超過20Whkg，循環(huán)使用壽命長，工作溫區(qū)較寬，無噪聲，無污染，最大能量已達(dá)5kWhp。飛輪儲能的特點(diǎn)是壽命長、無污染、維護(hù)量小，但能量密度較低，可作為蓄電池系統(tǒng)的補(bǔ)充。16超導(dǎo)磁儲能技術(shù)超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)利用由置于真空絕熱冷卻環(huán)境的超導(dǎo)線圈把電網(wǎng)供電勵磁產(chǎn)生的磁場能量儲存起來，需要時再將儲存的能量送回電網(wǎng)或作它用。超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)功率密度高，響應(yīng)時間短，儲能量大。17其他儲能技術(shù)除了上述的幾種儲能方式外，在電力系統(tǒng)中儲能方式還有抽水蓄能、壓縮空氣儲能等。抽水儲能在現(xiàn)代電網(wǎng)中大多用來調(diào)峰，在集中式發(fā)電中應(yīng)用較多。壓縮空氣儲能通常應(yīng)用在調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，對于同樣的電力輸出，它所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40。鎘鎳蓄電池與鉛酸蓄電池一樣，被列為不環(huán)保電池，充電效率較高，放電時端電壓變化不大，內(nèi)阻較小，且對充電環(huán)境要求不高。氫鎳電池是鎘鎳電池的改良，無記憶效應(yīng)且無環(huán)境污染。但以上兩種儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用較少，在推廣應(yīng)用前仍需經(jīng)歷長期的安全性和可靠性的運(yùn)行檢驗(yàn)。鈉硫電池正、負(fù)極活性物質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，對電池材料、電池結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件的要求苛刻；電池的充放電狀態(tài)(soc)不能準(zhǔn)確在線測量，需要周期性的離線度量；運(yùn)行溫度在3o0350，需要附加供熱設(shè)備來維持溫度；并且鈉硫電池僅只在達(dá)到300左右下才能運(yùn)行，由此造成啟動時間很長，這在一定程度上限制了其應(yīng)用，而且技術(shù)門檻較高。液流電池具有循環(huán)壽命長(大于16000次)、蓄電容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、可以頻繁充放電，已成為規(guī)模儲能領(lǐng)域的重要技術(shù)。輸出功率為數(shù)千瓦至數(shù)十兆瓦，儲能容量數(shù)小時以上級的規(guī)?；潭▋δ軋龊?，液流電池儲能具有明顯的優(yōu)勢，液流電池還沒有進(jìn)入大規(guī)模商用階段。2、儲能技術(shù)的混合應(yīng)用21微電網(wǎng)對儲能設(shè)備的要求儲能技術(shù)應(yīng)用模式可以分為容量型和功率型兩種，不同的應(yīng)用模式和應(yīng)用場合對儲能技術(shù)性能指標(biāo)提出了不同的要求。電力系統(tǒng)削峰填谷、頻率調(diào)節(jié)以及系統(tǒng)備用等應(yīng)用模式對儲能設(shè)備的容量提出了較高的要求，是容量型的儲能應(yīng)用模式。另一方面，系統(tǒng)穩(wěn)定控制和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)應(yīng)用模式則是功率型的儲能應(yīng)用模式，要求儲能系統(tǒng)具備快速的響應(yīng)速度，能給予電網(wǎng)足夠的瞬時功率動態(tài)支撐。大容量儲能技術(shù)的應(yīng)用打破了電力供需實(shí)時平衡的限制，其大規(guī)模應(yīng)用可有效降低晝夜峰谷差、提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量水平、促進(jìn)新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)。儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為未來電網(wǎng)發(fā)展的一個必然趨勢。2.2選擇方案比較在物理儲能方式中抽水蓄能和壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但要受到外部條件的限制，需要特殊的地理?xiàng)l件和場地，建設(shè)的局限性較大，且一次性投資費(fèi)用也較高，滿足響應(yīng)速度慢，無法滿足微電網(wǎng)并、離網(wǎng)轉(zhuǎn)換及正常運(yùn)行時實(shí)時控制的動態(tài)需求。電磁儲能供電力系統(tǒng)調(diào)峰用的大規(guī)模超導(dǎo)蓄能裝置、大型線圈產(chǎn)生的電磁力的約束、制冷技術(shù)等方面還未成熟，該項(xiàng)技術(shù)尚不能進(jìn)入大規(guī)模業(yè)化應(yīng)用。目前儲能主要采用的鉛酸蓄電池存在循環(huán)壽命較短、不可深度放電、其容量與放電的功率密切相關(guān)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，如不進(jìn)行技術(shù)方面的提高很難滿足作為未來電力系統(tǒng)儲能設(shè)備大容量發(fā)展的要求。鎘鎳蓄電池與鉛酸蓄電池相比具有體積小，可深放電，耐過充和過放電，以及使用壽命長，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是內(nèi)阻大，電動勢較低，造價(jià)高，有記憶效應(yīng)。同低成本的鉛酸電池比較，鎘鎳電池初始成本高34倍，因此在微電網(wǎng)供電系統(tǒng)中較少采用。與飛輪儲能和超導(dǎo)儲能相比，超級電容器在工作過程中沒有運(yùn)動部件，維護(hù)工作極少，可靠性非常高，使得它在小型的分布式發(fā)電裝置中應(yīng)用有一定優(yōu)勢。23儲能設(shè)備的復(fù)合應(yīng)用分布式發(fā)電系統(tǒng)，特別是在基于可再生能源的分布式發(fā)電(distributedgeneration，DG)中加入蓄能裝置可以有效地提高能源利用率、降低環(huán)境污染、改善系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。使DG按照預(yù)先制定的規(guī)劃進(jìn)行發(fā)電，提高并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和調(diào)度靈活性。超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而蓄電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。如果蓄電池經(jīng)常受高功率脈沖影響，其壽命將會大打折扣。蓄電池與其體積相當(dāng)?shù)某夒娙萜飨啾瓤梢源鎯Ω嗟哪芰?。超級電容器可以快速充電并且反?fù)循環(huán)數(shù)十萬次，而蓄電池僅允許幾百個循環(huán)。超級電容器目前由于受容量和價(jià)格方面的限制，不適合于大規(guī)模儲能場合。因此將超級電容器的高功率特性和蓄電池的高能量存儲能力結(jié)合起來，是一種較好的儲能方式。3、結(jié)論目前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟(jì)性等方面取得重大突破，鋰電池是能量密度和綜合循環(huán)效率最高的儲能電池，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件日趨成熟，被認(rèn)為是未來