光伏發(fā)電儲(chǔ)能電池

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1、光 伏 儲(chǔ) 能 電 池 1.概述 大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已有20多年的歷史，早期主要用于孤立電網(wǎng)的調(diào)頻、熱備用、調(diào)壓和備份等。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用，國外也已開展了一定的研究。上世紀(jì)90年代末德國在Herne 1MW的光伏電站和Bocholt 2MW的風(fēng)電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，提供削峰、不中斷供電和改善電能質(zhì)量功能。從2003年開始， 日本在Hokkaido 30.6MW風(fēng)電場安裝了6MW /6MWh 的全釩液流電池（VRB）儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于平抑輸出功率波動(dòng)。2009年英國EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置在東部

2、一個(gè)11KV配電網(wǎng)STATCOM中，用于潮流和電壓控制，有功和無功控制。 總體來說，儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的應(yīng)用目的主要考慮“負(fù)荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補(bǔ)線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷”等幾大功能應(yīng)用。比如：削峰填谷，改善電網(wǎng)運(yùn)行曲線，通俗一點(diǎn)解釋，儲(chǔ)能電站就像一個(gè)儲(chǔ)電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲(chǔ)存起來，在用電高峰的時(shí)候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費(fèi)；此外儲(chǔ)能電站還能減少線損，增加線路和設(shè)備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局，改善電能質(zhì)量。而儲(chǔ)能電站的綠色優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在：科學(xué)安全，建設(shè)周期短；綠色環(huán)保，促進(jìn)環(huán)境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。 2.系統(tǒng)架構(gòu)

3、 在本方案中，儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用，因此，整個(gè)系統(tǒng)是包括光伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、逆變器以及相應(yīng)的儲(chǔ)能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下： 儲(chǔ)能電站（配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用）架構(gòu)圖 1、光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負(fù)載進(jìn)行供電； 2、智能控制器根據(jù)日照強(qiáng)度及負(fù)載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送

4、往負(fù)載，保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性； 4、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺(tái)逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的380V市電接入用戶側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。 5、鋰電池組在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，以備供電不足時(shí)使用。 3.儲(chǔ)能電池組 (1)電池選型原則 作為配合光伏發(fā)電接入，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量應(yīng)用的儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能電池是非常重要的一個(gè)部件，必須滿足以下要求： 容易實(shí)現(xiàn)多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流； 電池容量和性能的可檢測和可診斷，使控制系統(tǒng)可在預(yù)知電池容量和性能的情況

5、下實(shí)現(xiàn)對電站負(fù)荷的調(diào)度控制； 高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在極限情況下，即使發(fā)生故障也在受控范圍，不應(yīng)該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運(yùn)行的故障； 具有良好的快速響應(yīng)和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力； 較高的充放電轉(zhuǎn)換效率； 易于安裝和維護(hù)； 具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，較寬的工作溫度范圍； 符合環(huán)境保護(hù)的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的破壞和污染； (2) 主要電池類型比較 閥控式鉛酸蓄電池 閥控式鉛酸蓄電池已有100多年的使用歷史，非常成熟。以其材料普遍、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、安全可靠而得到非

6、常廣泛的應(yīng)用，在已有的儲(chǔ)能電站中，鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有致命的缺點(diǎn)，主要就是循環(huán)壽命很低，在100%放電深度（DOD）下，一般為300 ~ 600次。其次比能量也較小，需要占用更多的空間，充放電倍率也較低，再者，在電池制造、使用和回收過程中，鉛金屬對環(huán)境的污染不可忽視。 全釩液流電池 全釩液流電池是一種新型的儲(chǔ)能電池，其功率取決于電池單體的面積、電堆的層數(shù)和電堆的串并聯(lián)數(shù), 而儲(chǔ)能容量取決于電解液容積，兩者可獨(dú)立設(shè)計(jì)，比較靈活，適于大容量儲(chǔ)能，幾乎無自放電，循環(huán)壽命長。全釩液流電池目前成本非常昂貴，尤其是高功率應(yīng)用。只有推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，才能大幅度降低成本，另外還要提高全釩液流電池

7、的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。 鈉硫電池 鈉硫電池作為新型化學(xué)電源家族中的一個(gè)新成員出現(xiàn)后，已在世界上許多國家受到極大的重視和發(fā)展。鈉硫電池比能量高，效率高，幾乎無自放電，可高功率放電，也可深度放電，是適合功率型應(yīng)用和能量型應(yīng)用的電池。但是鈉硫儲(chǔ)能電池不能過充與過放，需要嚴(yán)格控制電池的充放電狀態(tài)。鈉硫電池中的陶瓷隔膜比較脆，在電池受外力沖擊或者機(jī)械應(yīng)力時(shí)容易損壞，從而影響電池的壽命，容易發(fā)生安全事故。還存在環(huán)境影響與廢電池處置問題。目前世界范圍內(nèi)僅有日本NGK產(chǎn)品已經(jīng)成功，國內(nèi)已有上海硅酸鹽研究所研制成功的報(bào)道。由于日方原因，中國引進(jìn)NGK鈉硫電池系統(tǒng)一直沒有成功。目前應(yīng)用難度較大。 磷酸鐵鋰

8、電池 對于鋰電池，目前可應(yīng)用于電力用途的只有磷酸鐵鋰電池，所以，在此我們所涉及的鋰電池僅針對于磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池單體輸出電壓高，工作溫度范圍寬，比能量高，效率高，自放電率低，在電動(dòng)汽車和靜態(tài)儲(chǔ)能應(yīng)用中的研究也得到了開展。初始投資高是影響鋰離子電池在靜態(tài)儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用的重要因素之一；深度放電將直接降低電池的使用壽命，限制了鋰電池在充電源隨機(jī)性較大的場合的應(yīng)用；采用過充保護(hù)電路或均衡電路，可提高安全性和壽命。目前磷酸鐵鋰電池由于成本低、安全可靠和高倍率放電性能受到關(guān)注。 幾種電池性能比較 鈉硫電池 全釩液流電池 磷酸鐵鋰電池 閥控鉛酸電池 現(xiàn)有應(yīng)用規(guī)模等級(jí) 100kW~3

9、4MW 5kW~6MW kW~MW kW~MW 比較適合的應(yīng)用場合 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng) 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng) 可選擇功率型或能量型，適用范圍廣泛 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動(dòng) 安全性 不可過充電；鈉、硫的滲漏，存在潛在安全隱患 安全 需要單體監(jiān)控，安全性能已有較大突破 安全性可接受，但廢舊鉛酸蓄電池嚴(yán)重污染土壤和水源 能量密度 100-700 Wh/kg - 120-150Wh/kg 30-50 Wh/kg 倍率特性 5-10C 1.5C 5-15C 0.1-1C 轉(zhuǎn)換效率 >95% >70%

10、 >95% >80% 壽命 >2500次 >15000次 >2000次 >300次 成本 23000元/kWh 15000元/kWh 3000元/kWh 700元/kWh 資源和環(huán)保 資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 資源豐富 資源豐富；環(huán)境友好 資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) MW級(jí)系統(tǒng)占地 150-200平米/MW 800-1500平米/MW 100-150平米/MW(h) 150-200平米MW 關(guān)注點(diǎn) 安全、一致性、成本 可靠性、成熟性、成本 一致性 一致性、壽命 從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強(qiáng)的競爭力，鈉硫電池和全釩液流電池未

11、形成產(chǎn)業(yè)化，供應(yīng)渠道受限，較昂貴。從運(yùn)營和維護(hù)成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了運(yùn)營成本，而鋰電池幾乎不需要維護(hù)。根據(jù)國內(nèi)外儲(chǔ)能電站應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點(diǎn)，建議儲(chǔ)能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。 4.儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）整體發(fā)展前景 全球能源緊缺，新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行，但風(fēng)能、太陽能等清潔能源受環(huán)境影響較大，功率不穩(wěn)定，致使傳統(tǒng)電網(wǎng)無法承載，大量能量被浪費(fèi)。主要原因之一就是：儲(chǔ)能技術(shù)落后，現(xiàn)有儲(chǔ)能電站無法實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償，無法滿足功率平滑的需求?？梢哉f，儲(chǔ)能電站的發(fā)展已成為新能源開發(fā)的核心之一。 除光伏發(fā)電系統(tǒng)外，儲(chǔ)能電站也廣泛適用于如下場合： 　　(1)

12、、負(fù)荷波動(dòng)大的工廠、企業(yè)、商務(wù)中心等； 　　(2)、需要具備“黑啟動(dòng)”功能的發(fā)電站； 　　(3)、發(fā)電質(zhì)量有波動(dòng)的風(fēng)能和潮汐能發(fā)電站； 　　(4)、需要夜間儲(chǔ)存能量以供白天使用的核能、風(fēng)能等發(fā)電設(shè)施； 　　(5)、因環(huán)保原因限制小型火力調(diào)峰發(fā)電站或其它高污染發(fā)電站發(fā)展的區(qū)域； (6)、戶外臨時(shí)大型負(fù)荷中心。 采用磷酸鐵鋰電池這一儲(chǔ)能技術(shù)為核心的儲(chǔ)能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)，具有明顯的成本和運(yùn)行壽命優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益突出，需求巨大，應(yīng)用前景廣闊。隨著全球電力需求逐年增長，用電高峰和低谷的負(fù)荷差距越來越大，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）作為一項(xiàng)新興技術(shù)，將給電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)

13、域帶來革命性的技術(shù)更新，具有巨大的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。 張北國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程 2011年12月25日，國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程在河北省張北縣正式建成投產(chǎn)。這是我國首個(gè)也是目前世界上規(guī)模最大的，集風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、儲(chǔ)能和智能輸電“四位一體”的新能源綜合利用工程，有望破解我國大規(guī)模發(fā)展新能源過程中面臨的發(fā)電上網(wǎng)難題。 這項(xiàng)國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是國家“金太陽”工程重點(diǎn)項(xiàng)目，由國家電網(wǎng)公司自主設(shè)計(jì)建設(shè)。一期工程投資33億元，已建成配套10萬千瓦風(fēng)電、4萬千瓦光伏發(fā)電和2萬千瓦儲(chǔ)能電池的聯(lián)合電站。比亞迪作為最大的儲(chǔ)能電池供應(yīng)商，為整個(gè)工程提供了36MWh的儲(chǔ)能電池。 張北儲(chǔ)能電站中標(biāo)單位及價(jià)格 中標(biāo)單位 數(shù)量 中標(biāo)金額（萬元） 元/KWh 比亞迪股份有限公司 6MW6h 14839.73 4122 東莞新能源科技有限公司ATL 4MW4h 8456.0 5285 中航鋰電（洛陽）有限公司 3MW3h 6090.99 6768 萬向電動(dòng)汽車有限公司 1MW2h 1443.576 7218