動力電池在儲能系統(tǒng)中的梯次利用對電能質(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)《動力電池藍(lán)皮書》敘述，隨著我國發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(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年底累計推廣新能源汽車180多萬輛，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算，2018年后各大汽車企業(yè)將會面臨新能源汽車動力電池規(guī)模化退役，預(yù)計2019年動力電池回收量將達(dá)到11.14萬t，2020年將達(dá)到25.7萬t。數(shù)量如此大的退役動力電池，解決廢舊動力電池回收再將其梯次利用的問題迫在眉睫。為了解決這一問題，政府部門在2018年2月發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，指出落實生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，汽車生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)動力蓄電池回收的主體責(zé)任，鼓勵動力電池生產(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、開放通信協(xié)議以及編碼溯源等方面配合整車企業(yè)充分落實動力電池回收責(zé)任，通過多種形式，合作共建、共用廢舊動力電池回收渠道，并遵從先梯次利用后再生利用原則開展多層次、多用途的合理利用。據(jù)國內(nèi)外研究，當(dāng)動力電池儲能降為70%～80%時，將不能將其運用在電動汽車上，將退役的動力電池應(yīng)用在儲能領(lǐng)域是現(xiàn)在電力系統(tǒng)研究的熱潮。

為了將退役動力電池在儲能領(lǐng)域應(yīng)用，將梯次電池與風(fēng)光聯(lián)合系統(tǒng)形成一個風(fēng)光聯(lián)合儲能系統(tǒng)。儲能領(lǐng)域作為退役動力電池的一個主要發(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。對退役電池的再次利用將電池的剩余價值充分運用起來，充分發(fā)揮其容量價值、儲能特性，延長其使用壽命，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。對退役動力電池的梯次利用促進(jìn)了電力系統(tǒng)綠色健康發(fā)展，退役電池在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用對社會和環(huán)境具有特別重大的意義和影響。

2 風(fēng)光聯(lián)合儲能系統(tǒng)

風(fēng)能和太陽能是當(dāng)今社會特別熱門的清潔能源，越來越受到國內(nèi)外關(guān)注，甚至有些國家都具有了一定規(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)合儲能系統(tǒng)由光伏發(fā)電模塊、風(fēng)力發(fā)電模塊、動力電池儲能模塊、系統(tǒng)控制模塊以及系統(tǒng)負(fù)載等多個部分組成。

風(fēng)能和太陽能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性是導(dǎo)致它們現(xiàn)在還沒被大量開發(fā)和利用的重要原因[1]，但由于它們在時間和季節(jié)上有著有一定的互補(bǔ)性，將其綜合利用儲存在儲能系統(tǒng)中。然后利用儲能系統(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，儲能系統(tǒng)將儲存多余的能量，此時儲能系統(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，儲能系統(tǒng)將儲能的能量輸送給負(fù)荷，此時儲能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)。

3 動力電池的梯次利用

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)今社會發(fā)展新能源的趨勢是勢不可擋的。一次能源的大量消耗，讓整個自然環(huán)境產(chǎn)生了很大的不可逆的破壞，電能無疑來說是一種當(dāng)今社會被廣泛使用的清潔能源，而這種能源的儲存方式中蓄電池儲能無疑是最簡單方便的。

電動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，但是動力電池成為制約電動汽車發(fā)展的重要因素，因為動力電池的造價較高[2]。而在2013年左右隨著電動汽車熱銷售出去的電動汽車的動力電池，經(jīng)過五六年的使用，現(xiàn)在即將面臨淘汰退役的問題，因為當(dāng)汽車的動力電池儲能低于70%～80%之后，將不能繼續(xù)在電動車上使用。但是數(shù)量極大的動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，退役的動力電池還有60%能夠梯次利用[3]，這樣的動力電池直接丟棄或者閑置，是對資源的一種極大浪費。

對動力電池在儲能上的梯次利用是動力電池現(xiàn)在在儲能系統(tǒng)中的一個研究熱點，梯次電池在儲能系統(tǒng)的使用使得動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)在儲能系統(tǒng)上的經(jīng)濟(jì)開銷，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)一步延長了電池的使用期限，增大了使用價值，減少了電池回收的壓力。

4 儲能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量

隨著風(fēng)能和太陽能引起了電力行業(yè)的重視，清潔型的新能源的開發(fā)成為焦點。但是風(fēng)能和太陽能受自然環(huán)境影響較大，具有間歇性和隨機(jī)性等問題。光伏和風(fēng)力有功出力波動會引起配電網(wǎng)電壓波動、網(wǎng)損增加、電能質(zhì)量變差、電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力增大等問題。隨著并網(wǎng)規(guī)模增大，分布式光伏、風(fēng)力出力波動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)將會對系統(tǒng)產(chǎn)生比較大的沖擊和影響。儲能系統(tǒng)對于新能源的不穩(wěn)定性具有一定的緩沖作用，減少新能源大量并網(wǎng)對系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。為了減少光伏和風(fēng)力對系統(tǒng)的不良影響，提高系統(tǒng)的有功頻率特性、無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[5-6]，削峰填谷[7]，增加儲能裝置無疑是一個比較好的選擇。

5 結(jié)語

新能源電動汽車的快速發(fā)展，動力電池的大量退役，以及愈演愈烈的新能源發(fā)電潮流，儲能因其對能量調(diào)節(jié)作用，正深刻改變著電力與能源結(jié)構(gòu)。可以預(yù)見，它將成為電力能源行業(yè)發(fā)展的又一關(guān)鍵內(nèi)生推動力，將對涵蓋“源—網(wǎng)—荷”整體電力與能源系統(tǒng)的生產(chǎn)運行產(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。儲能在電力系統(tǒng)中的地位以及作用在不斷提高，而動力電池的梯次利用提高了儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

本文提出了動力電池在電力系統(tǒng)儲能領(lǐng)域的梯次利用，將資源進(jìn)行二次利用，進(jìn)一步延長了動力電池的使用期限；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)電對系統(tǒng)的沖擊，提高電能質(zhì)量以及供電可靠性。動力電池梯次利用促進(jìn)了電力系統(tǒng)綠色健康發(fā)展，在未來會在不同的領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。