典型電化學系統的主要技術應用

李春陽 李立強 羅易 周承軍

摘? 要：2018年，全球投運儲能項目的累計裝機規模達到180.9 GW，同比增長3%，其中的抽水蓄能裝機規模最大，達到170.7 GW，同比增長1.0%，電化學儲能裝機規模緊跟其后，為6.5 GW，同比增長121%。相比抽水蓄能，電化學儲能的安裝地點不受限制，建設規模可根據實際要求進行設計，可以接入各種能源，是以后未來發展存儲能源的主要路線。

關鍵詞：電化學儲能;技術應用;UPS系統

中圖分類號：O646? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

目前我國當下處于能源轉型與創新時期，這對于儲能行業來說是一個巨大的挑戰和機遇。儲能系統在新能源、重要負荷、電網支撐以及智能電網建設中起到重要的作用。目前電化學儲能系統在市場上的技術應用有：削峰填谷、負荷跟蹤;平抑功率波動，提高電能質量;備用電源，提高敏感負荷供電的可靠性;參與智能電網建設、調頻調功功能等。

1 電化學儲能概述

相比其他的儲能方式，電化學儲能系統具有適應頻繁的充放電轉換、毫秒級的響應速度、較高的容量等特點以及較為成熟的商業化應用，在能源互聯網項目中得到了較大規模的應用，其主要由蓄電池組、電池管理系統（BMS）、能源管理系統（EMS）、儲能雙向變流器（PCS）、交直流配電柜、消防設施及其他相關附件構成。電化學儲能系統的不同特性主要是由蓄電池決定的，市場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、質量輕和循環壽命長等優勢，其能量密度是所有鋰電池當中排名第一的，大約為250 kWH/m3，但能量大導致安全性能較差。

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、質量輕和循環壽命長等優勢，但是其能量密度沒有三元鋰電池高，但是其安全性能是鋰電池當中較好的，且壽命在鋰電池當中最長。

1.3 鉛碳電池

鉛炭電池是近年來新興的一種蓄電池產品，是從傳統的鉛酸電池改進而來，使鉛炭電池的大倍率充放電性能和循環壽命遠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，可以實現鉛的循環使用，即使鉛炭電池壽命終止，也存在很大的商業價值。其優異的性能、較高的安全性、突出的性價比優勢使鉛炭電池在新能源和電力儲能領域得到廣泛應用。

2 電化學儲能系統典型技術應用

2.1 光伏電站棄光再利用儲能系統

在有些光伏電站棄光地區，其光伏上網電價高，限電措施是根據時間段限電，該類光伏電站可建設電化學儲能系統限發時間段的電量儲存起來，在不限發時間段一起送出至電網，其設計方案如圖1所示。

電化學儲能系統在光伏的逆變器直流側連接，采用進行DC/DC耦合方式，相比AC/DC耦合方式節省了升壓設備，降低了成本。

2.2 儲能UPS

在重要的負荷場所下，電化學儲能系統結合UPS系統設計，對重要的負荷作為備用電源，象：數據中心、學校等。與UPS系統相比，其優勢在于：無須并網手續，解決了原有UPS配套的電池長期處于浮充電狀態，激活電池，SOC設定適當的余度，保證原有負荷的應急供電余量，可以進行削峰填谷產生效益，并且對原有的UPS不動硬件的改動，只需要改變控制邏輯程序，電化學儲能系統作為UPS模塊化控制邏輯如圖2所示。

2.3 直流微電網

直流微電網是以直流配電的形式，通過直流母線很好地將各個分布式電源融合起來并加以協調控制，同時又能將直流電直接輸送給對電能質量有要求更高的直流負載。儲能系統在里面平滑功率。調節直流微電網的波動，在極端情況下保證直流微電網系統內重要負荷持續供電一段時間，其直流微電網的系統示意圖如圖3所示。

相比交流微電網，直流微電網優勢在于：分布式電源與直流母線的連接更加簡便、易于實現分布式電源間的協調控制、線路損耗低，沒有無功功率平衡和穩定問題，電網運行可靠性更高。

2.4 電網側的調峰調頻

隨著我國新能源的大規模建設和迅猛的發展，我國的可再生能源發電占比高達26.7%，其中可再生能源中的光伏發電占了很大的比例，其白天根據太陽輻射強弱發電特性也將影響到電網頻率和功率因素。加上目前電網負荷變化主要是夏季降溫，冬季取暖等特性造成電網的尖峰負荷明顯。

儲能電站充電時，可以輔助調峰，減少峰谷差，放電時，作為調峰電源，支撐負荷。相比傳統的火力發電調頻調峰，電化學儲能具有布置靈活、反應速度快（毫秒級），滿足正常調節及緊急響應調節要求，擴大源網荷規模，并且通過調節儲能充放電功率，還可實現對受電斷面功率的靈活控制，防止出現超調度運行限額，造成電網阻塞問題。 儲能系統的調峰調頻示意圖如圖4所示。

3 結語

電化學儲能系統以其具有調峰、調頻、應急、備用電源、黑啟動、需求側響應支撐等特點，在電網和新能源互聯網當中起到支撐作用，有利于提高整個電網系統的安全、穩定、經濟性能。該文對電化學儲能系統的技術應用做了簡單的探討和歸納，這幾種技術應用也是電化學儲能系統未來發展的方向，該文后續將持續關注行業內的動態，對關鍵技術和商業模式進行探討和研究。

參考文獻

[1]劉牛.電網側儲能電站的技術原理及應用[J].自動化應用，2019（2）：103-105.

[2]王偉.棄光限發區域光伏電站直流側儲能技術應用[J].建筑工程技術與設計，2017（4）：20-36.

[3]陳星宇，義琦.光伏儲能微電網經濟運行的優化設計[J].產業與科技論壇，2019（5）：41-42.