動(dòng)力電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的梯次利用對(duì)電能質(zhì)量的影響

(華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院，河南 鄭州 450000)

1 概述

據(jù)《動(dòng)力電池藍(lán)皮書(shū)》敘述，隨著我國(guó)發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，2013年以后新能源汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用，產(chǎn)銷量年年不斷攀升，截至2017年底累計(jì)推廣新能源汽車180多萬(wàn)輛，根據(jù)企業(yè)質(zhì)保期限、電池循環(huán)壽命、車輛使用工況等方面研究測(cè)算，2018年后各大汽車企業(yè)將會(huì)面臨新能源汽車動(dòng)力電池規(guī)模化退役，預(yù)計(jì)2019年動(dòng)力電池回收量將達(dá)到11.14萬(wàn)t，2020年將達(dá)到25.7萬(wàn)t。數(shù)量如此大的退役動(dòng)力電池，解決廢舊動(dòng)力電池回收再將其梯次利用的問(wèn)題迫在眉睫。為了解決這一問(wèn)題，政府部門在2018年2月發(fā)布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，指出落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，汽車生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)動(dòng)力蓄電池回收的主體責(zé)任，鼓勵(lì)動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)、綜合利用企業(yè)以及其他相關(guān)企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、開(kāi)放通信協(xié)議以及編碼溯源等方面配合整車企業(yè)充分落實(shí)動(dòng)力電池回收責(zé)任，通過(guò)多種形式，合作共建、共用廢舊動(dòng)力電池回收渠道，并遵從先梯次利用后再生利用原則開(kāi)展多層次、多用途的合理利用。據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，當(dāng)動(dòng)力電池儲(chǔ)能降為70%～80%時(shí)，將不能將其運(yùn)用在電動(dòng)汽車上，將退役的動(dòng)力電池應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域是現(xiàn)在電力系統(tǒng)研究的熱潮。

為了將退役動(dòng)力電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用，將梯次電池與風(fēng)光聯(lián)合系統(tǒng)形成一個(gè)風(fēng)光聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能領(lǐng)域作為退役動(dòng)力電池的一個(gè)主要發(fā)展方向，其更大限度的將退役電池再次利用，具有優(yōu)化環(huán)境、節(jié)約資源、能源二次利用等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)退役電池的再次利用將電池的剩余價(jià)值充分運(yùn)用起來(lái)，充分發(fā)揮其容量?jī)r(jià)值、儲(chǔ)能特性，延長(zhǎng)其使用壽命，進(jìn)行資源回收利用，減少了電池回收的壓力以及資源的浪費(fèi)。對(duì)退役動(dòng)力電池的梯次利用促進(jìn)了電力系統(tǒng)綠色健康發(fā)展，退役電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用對(duì)社會(huì)和環(huán)境具有特別重大的意義和影響。

2 風(fēng)光聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)

風(fēng)能和太陽(yáng)能是當(dāng)今社會(huì)特別熱門的清潔能源，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注，甚至有些國(guó)家都具有了一定規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在我國(guó)新疆等一些省份風(fēng)、光能源比較充足，發(fā)展也具有一定規(guī)模。風(fēng)光聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)由光伏發(fā)電模塊、風(fēng)力發(fā)電模塊、動(dòng)力電池儲(chǔ)能模塊、系統(tǒng)控制模塊以及系統(tǒng)負(fù)載等多個(gè)部分組成。

風(fēng)能和太陽(yáng)能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性是導(dǎo)致它們現(xiàn)在還沒(méi)被大量開(kāi)發(fā)和利用的重要原因[1]，但由于它們?cè)跁r(shí)間和季節(jié)上有著有一定的互補(bǔ)性，將其綜合利用儲(chǔ)存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中。然后利用儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定地輸出電能，優(yōu)化和提高電能質(zhì)量。

當(dāng)風(fēng)、光能源充足且負(fù)荷需求較小時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將儲(chǔ)存多余的能量，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)光能源不足、負(fù)荷需求較大時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將儲(chǔ)能的能量輸送給負(fù)荷，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)。

3 動(dòng)力電池的梯次利用

資源與環(huán)境給予了當(dāng)今電力系統(tǒng)行業(yè)極大的挑戰(zhàn)，所以當(dāng)今社會(huì)發(fā)展新能源的趨勢(shì)是勢(shì)不可擋的。一次能源的大量消耗，讓整個(gè)自然環(huán)境產(chǎn)生了很大的不可逆的破壞，電能無(wú)疑來(lái)說(shuō)是一種當(dāng)今社會(huì)被廣泛使用的清潔能源，而這種能源的儲(chǔ)存方式中蓄電池儲(chǔ)能無(wú)疑是最簡(jiǎn)單方便的。

電動(dòng)車的面世雖然極大地減小了環(huán)境壓力，使得新能源汽車產(chǎn)業(yè)能夠迅速發(fā)展，但是動(dòng)力電池成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素，因?yàn)閯?dòng)力電池的造價(jià)較高[2]。而在2013年左右隨著電動(dòng)汽車熱銷售出去的電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，經(jīng)過(guò)五六年的使用，現(xiàn)在即將面臨淘汰退役的問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)汽車的動(dòng)力電池儲(chǔ)能低于70%～80%之后，將不能繼續(xù)在電動(dòng)車上使用。但是數(shù)量極大的動(dòng)力電池退役后的處理方式和去向，受到了相關(guān)人士的關(guān)注。經(jīng)研究調(diào)查表明，退役的動(dòng)力電池還有60%能夠梯次利用[3]，這樣的動(dòng)力電池直接丟棄或者閑置，是對(duì)資源的一種極大浪費(fèi)。

對(duì)動(dòng)力電池在儲(chǔ)能上的梯次利用是動(dòng)力電池現(xiàn)在在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，梯次電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用使得動(dòng)力電池資源得到更加合理化的分配應(yīng)用。進(jìn)一步減少了電力系統(tǒng)在儲(chǔ)能系統(tǒng)上的經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷，極大地節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟(jì)性。而且梯次電池的使用，進(jìn)一步延長(zhǎng)了電池的使用期限，增大了使用價(jià)值，減少了電池回收的壓力。

4 儲(chǔ)能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量

隨著風(fēng)能和太陽(yáng)能引起了電力行業(yè)的重視，清潔型的新能源的開(kāi)發(fā)成為焦點(diǎn)。但是風(fēng)能和太陽(yáng)能受自然環(huán)境影響較大，具有間歇性和隨機(jī)性等問(wèn)題。光伏和風(fēng)力有功出力波動(dòng)會(huì)引起配電網(wǎng)電壓波動(dòng)、網(wǎng)損增加、電能質(zhì)量變差、電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力增大等問(wèn)題。隨著并網(wǎng)規(guī)模增大，分布式光伏、風(fēng)力出力波動(dòng)將逐步成為限制其接入的重要因素。由于供電可靠性比較低，如果將風(fēng)力和光伏發(fā)電設(shè)備直接接入系統(tǒng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生比較大的沖擊和影響。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于新能源的不穩(wěn)定性具有一定的緩沖作用，減少新能源大量并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。為了減少光伏和風(fēng)力對(duì)系統(tǒng)的不良影響，提高系統(tǒng)的有功頻率特性、無(wú)功電壓特性以及安全穩(wěn)定特性[4]，平抑光伏、風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)[5-6]，削峰填谷[7]，增加儲(chǔ)能裝置無(wú)疑是一個(gè)比較好的選擇。

5 結(jié)語(yǔ)

新能源電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，動(dòng)力電池的大量退役，以及愈演愈烈的新能源發(fā)電潮流，儲(chǔ)能因其對(duì)能量調(diào)節(jié)作用，正深刻改變著電力與能源結(jié)構(gòu)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，它將成為電力能源行業(yè)發(fā)展的又一關(guān)鍵內(nèi)生推動(dòng)力，將對(duì)涵蓋“源—網(wǎng)—荷”整體電力與能源系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生變革性影響，除了參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻外，也已具備了改善調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能質(zhì)量的能力。儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的地位以及作用在不斷提高，而動(dòng)力電池的梯次利用提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

本文提出了動(dòng)力電池在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域的梯次利用，將資源進(jìn)行二次利用，進(jìn)一步延長(zhǎng)了動(dòng)力電池的使用期限；進(jìn)行資源回收利用，減少電池回收壓力，提高資源利用率。減少風(fēng)力和光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)的沖擊，提高電能質(zhì)量以及供電可靠性。動(dòng)力電池梯次利用促進(jìn)了電力系統(tǒng)綠色健康發(fā)展，在未來(lái)會(huì)在不同的領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。