电池储能电站专栏 电池储能 城市电力储能的最佳选择 电池储能电站发展扶持政策研究课题组 在城市里。作为电化学储能技术的代表一电 通过对液流电池充电，将电能转化为化学能存储在 池储能因其特殊的优势正在获得领先发展。 不同价态的离子中；当发电装置低于电网吸纳能力 时，液流电池放电将储存的化学能转化为电能，使 1储能电池的类别 电功率输出稳定。 1)铅酸电池 目前已在电力系统液流电池储能中应用的是 铅酸电池的主要特点是采用稀硫酸为电解液。其 全钒液流电池。全钒液流电池由电解质溶液、碳素 电极由铅及其氧化物制成。铅酸电池荷电状态下，正 材料电极、导电塑料双极板和离子交换膜等部件构 极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为绒状铅；放 成，通过流体输送设备使电解液在电堆与储槽之间 电状态下，正负极主要成分均为硫酸铅。到目前为止。 循环流动，在充电／放电过程中完成不同价态的钒 铅酸电池是技术最成熟、成本最低的化学蓄电池。铅 离子相互转化及电能的储存与释放。 酸电池在交通运输、通讯、国防、航空航海等领域应用 液流电池储能系统所储存的能量由储能容器 广泛，在电力系统中主要应用于备载容量、频率控制、 中的电解液容积决定，输出功率由电池的反应面积 不间断电源等。但其存在储存能量密度低、循环寿命 决定。通过改变储槽中电解液数量，能满足大规模 短、充电速度慢、过充电容易析出异常气体、生产使用 蓄电储能需求；通过调整电池堆中单电池的串连数 过程溢出的硫酸会污染环境等缺陷。 量和电极面积，能满足额定放电功率要求。在电池 2)锂离子电池 关键材料制备方面，如质子交换膜、导电双极板等电 锂离子电池的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、磷酸 池关键材料，通过实现国产化进行大规模、低成本生 铁锂，具有高效率、高能量密度的特点，并具有工作电 产。全钒液流电池成本低于燃料电池等化学电源。 压高放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储 适合于几十千瓦至数兆瓦规模的场合使用。由于正 存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。多应用于通 负半电池电解液中的活性物质分别储存在不同的 讯、电子、电动汽车等方面，但目前锂离子电池在大尺 储槽中，完全避免电解液保存过程的自放电消耗， 寸制造方面存在一定问题，在安全性、循环寿命和经 经过优化的电池系统充放电能量效率高达80％。 济性方面需要改进。目前被应用于电力系统电池储能 4)钠硫电池 电站的锂离子电池为磷酸铁锂电池。日前有报道称复 钠硫电池是一种二次电池，以金属钠作为负 旦大学已经发明先进的水锂电池，其性能比现有锂电 极。硫作为正极，电解质隔膜由陶瓷管制成。在工作 池有明显提高，但尚未商业运用。 温度下，钠离子透过电解质隔膜与正极硫之间发生 3)液流电池 的可逆反应，形成了能量的释放和储存。钠硫储能 液流电池适用于大规模电能储存系统，当风 电池能够做到容量大、体积小，能量储存和转换效 能、太阳能发电装置的功率超过电网吸纳能力时， 率高，寿命长，对环境影响小、无污染气体、无振动、 洲删脏旧…碱黛网 万方数据 电池储能电站专栏 低噪声，不受地域限制，故较适合电力储能使用。钠 3电池储能电站的应用领域 硫电池储能电站在日本已经成功地商业运行。目前 3．1发电方面： 钠硫电池单体最大容量为650Ah，标称电压2V，功 1)削峰填谷。 率约120W，额定放电电流为80A，能量体积比约 发电、供电和用电是瞬间同时完成的，电能不能 为40．8kWh／m3。设计为800次深度充放电，预期大规模、长时间地存储。而用电负荷是不均衡的。峰谷 将来实现使用寿命为15年。直流充放电效率 差大已成为电网运行中最突出的问题之一。目前我国 90％，储能系统转换效率75％，电池工作时需要加电源结构仍以火电为主，电网中绝大部分的调峰任务 热保温(工作温度在300～350。Co钠硫电池已经 依靠常规电厂承担。其中绝大部分要由燃煤电厂负 成功地用于削峰填谷、应急电源和风力发电等可再 担。为保持低谷负荷时候的电力平衡，大型火电机组 生能源的稳定输出及提高电力质量等方面。 通常要减至最低出力，部分机组需日开夜停。实行两 班制运行，影响机组运行的安全性、经济性。以上海 2储能电池的基本特性 各种电池的基本特性参见表1。上述三种电池 时，单位煤耗在3209／kWh左右，而出力降低到 综合比较，参见表2。钠硫电池的优势项较多；从实 120MW时，单位煤耗率增加到4009／kWh左右， 际安装容量比较，钠硫电池也处于遥遥领先地位。 电池储能系统通过削峰填谷。可以改善部分火电 机组的运行条件，使其从压荷 表1主要电池种类的基本特性 运行变为稳定出力运行，降低 单体 比容量 比功率 常温循环 充放电 自放电 火电厂的运行费用和发电成 电池种类 电压(V)(Wh／kg)(W／kg) 寿命(次) 效率(％)(％／月) 本，减少运行事故。在低谷负荷 铅酸 2．0 35-50150～350500～1500O～80 25 镍镉 1．25 45～80150～500500～1000O一705～20 情况下启动储能装置进行储 镍氢 1．25 80～90500～1000400～5000～705～20 能，火电机组运行在比较经济 锂离子 3．6 110～0O～95 0～1 的出力区间。从而获得较高的 钠硫 2．08 150～24090～230 2500 0～90 0 全钒液流 1．4 80～13050—140 13000 0～80 0 经济效益。电池储能电站的投 注：循环寿命为降至初始容量80％时的寿命，使用循环次数会因充放电方式、放电 入运行可使电网负荷得到合理 深度、环境温度而有较大变化。 调整，使承担调峰任务的火电 机组可更多地承担系统的基荷 表2钠硫电池、液流电池和锂电池的综合比较表 和腰荷。一旦储能系统形成规 模，提高了低谷负荷时的机组 综合性能、＼ 钠硫电池 液流电池 锂电池 裔≯芝 效率，即使考虑储能系统的存 ．一 低 ．一 能量密度 局 同 储效率，每吨标准煤还可多发 应用场合 能量管理、功率调节 能量管理、功率调节 能量管理、功率调节 布置方式 户外／户内，地下 户内 户内，车载 电50～150kWh。同时。相应减 -～ ．一 环境要求 低 同 局 少煤炭燃烧对环境的污染，在 资源制约 低 高(钒) 中(锂) 相同发电量的情况下可促进其 原材料成本 低 高(钒、隔膜) 高(隔膜) 知识产权情况 全部自主 有纠纷可能 有纠纷可能 增效减排，提高了电厂的经济 制造工艺 较复杂 一般 一般 效益，也符合国家的能源政策。 ．一 产品成本，kW 高 同 低 ．一 由 电池储能系统响应速度 产品成本／kWh 低 呙 安装容量／套数 多 由 少 快。比火电机组更适合作为发 CONSER… 圈藏期ENERGY 万方数据 电池储能电站专栏 电备用。如果能建设更大容量的储能站，或者在全 4)大规模新能源发电。 网分散布置大量小容量储能站，当整体储能容量达 目前大规模的新能源发电主要为风电和太阳能 到一定规模时，就能逐步减少火电机组，就可替代 发电。以风电为例，众所周知。风力资源是难以控制 部分火电机组的旋转备用。 的。当风电发电功率超过电网接纳能力时，将导致电 电池储能系统可以在电网负荷低谷时充电。作 网运行安全问题。同时风电发电高峰多为夜晚负荷 为负荷从电网获取电能，而在电网负荷峰值时转换 低谷时，电网容纳能力相对更小，往往发生“弃风”情 为发电机方式运行。向电网输送电能。在一定程度 况。在风电场中配置电池储能系统，便可储存夜间多 上减小发电峰谷差，可减少火电或其它类型电源的 余的风电，实现储能时移，同时能有效改善风电品 装机容量，优化系统的电源结构。但与抽水蓄能或 质，解决低电压穿越问题及无功补偿问题。从国外的 压缩空气蓄能技术比较，电池储能的存储容量相对 储能技术发展看，多采用风电场结合钒电池储能系 较小，而削峰填谷需要较大的电能存储容量，因此 统的运行模式。接入配网的分布式发电逐渐增加。对 必须克服电池容量小及成本造价高的缺点。 配电网负荷侧运行控制提出了更高的要求，采用电 2)抑制电网振荡。 池储能技术可以对分布式发电进行调控。 通过发电机附加励磁控制可以有效地抑制由微 3．2输配电网方面 小扰动引起的动态不平衡功率导致的机组间的振荡。 1)削峰填谷。 对于出现在大型复杂互联电力系统中的区域间多模 电网经营企业将电池储能电站直接接入城市配 式低频振荡问题，最有效控制点可能位于远离发电机 网，在用电低谷时作为存储电能量，用电高峰时作为 组的某条输电线路上，若通过远离系统最有效控制部 电源释放电能，可在一定程度上负荷转移、减小负荷 位的发电机组励磁控制来抑制。往往难以达到满意的 峰谷差，有效变相地削减峰值负荷。对电网而言，相当 控制效果。作用电力系统稳定控制装置的电池储能电 于改善了负荷特性，实现电力系统的负荷水平控制； 站不必和发电机的励磁系统共同作用，可方便地使用 减少了系统备用容量的需求。减少了系统中的调峰调 在系统中对于抑制振荡来说最有效的部位。只要储能 频机组的需求，减轻了高峰负荷时输电网的潮流。减 装置容量足够大，而且响应速度快到向电网提供1— 少了系统输电网络的损耗及输电网的设备投资，由此 2秒钟有功功率补偿，就能在系统发生故障或受到扰 提高输配电设备的利用率。 动时快速地吸收／释放功率。减小和消除扰动对电网 2)推迟配网升级。 的冲击，消除互联电力系统中的低频振荡，抑制同步 在城市电网中，当某一线路负荷增长将要超过 振荡和谐振，并在扰动消除后缩短暂态过渡过程，使 配电线路负载能力时，电网经营企业就需要对配电 系统迅速恢复稳定状态，提高系统运行的可靠性。 网进行升级或者增容，传统的措施包括对变电站 3)负荷跟踪。 变压器、输配电线路等设备升级或者增容。但是在 电池储能系统用于快速负荷跟踪，将根据系统 用地紧张的城市区域，由于城市市政规划、线路走 负荷的变化调整自身出力，以维持系统发电和用电 廊、环境保护或市容市貌等多种因素的制约，电网 的瞬时平衡。储能系统可在轻载状态高性能经济运 升级扩建成本很高。在电池储能电站技术产业化、 行，从而高效地满足负载需求。火电机组从冷态到 实用化程度不断提高的以后，电网经营企业可以利 满载需要5—8小时。而电池储能系统以毫秒级的 用安装在过负荷节点的储能装置来推迟配电网升 速度启停，改变工况容易，且调节方便，并通过充电 级所带来的较大的资金投入。 和放电模式。满足负荷上升和下降的双向需求。以 3)调频调压。 实现快速负荷跟踪。 由于系统负荷时刻都在变化，且变化幅度越来 s洲㈨…啪V嘴；蠢麟网 万方数据 电池储能电站专栏 越大。以使系统频率的变化加大。无论是电网系统最 的电力服务可靠性提高的收益，以及输配电阻塞得 大运行方式，还是最小运行方式，都要求保持频率稳 到解所获得的收益。 定。电力系统调频是为了平衡正常运行时有功功率。 3．5辅助服务方面 要求及时调整出力适应负荷瞬时变化。大型火电机 1)黑启动及恢复状态 组每分钟的增荷速度仅为额定出力的1％～2％，达 电力系统一旦处于全部停电状态，则通过储存有 不到系统负荷剧烈变化时爬坡的要求。电池储能系 电能的电池储能系统带动无自启动能力的发电机组， 统负荷跟踪控制性能好，可对电力系统负荷的瞬间 逐渐扩大恢复范围，最终恢复整个系统。所以电池储 及短时间变化迅速作出反应，能适应负荷的急剧变 能系统可为系统黑启动提供电源。电池储能电站因模 化。提高电网频率合格率，保持电网的频率稳定。 块化的设计可使其

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