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文檔簡介
光伏儲能電池
光伏儲能電池摘要:隨著全球電力需求逐年增長,用電高峰和低谷的負荷差距越來越大,磷酸鐵鋰電池儲能電站(系統(tǒng))作為一項新興技術,將給電網(wǎng)儲能領域帶來革命性的技術更新,具有巨大的社會效應和經(jīng)濟效應。關鍵字:儲能、磷酸鐵鋰電池、發(fā)展前景1.概述l=j1^1大容量電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用已有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。電池儲能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應用,國外也已開展了一定的研究。上世紀90年代末德國在HernelMW的光伏電站和Bocholt2MW的風電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲能系統(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Hokkaido30.6MW風電場安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池(VRB)儲能系統(tǒng),用于平抑輸出功率波動。2009年英國EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)配置在東部一個11KV配電網(wǎng)STATCOM中,用
于潮流和電壓控制,有功和無功控制。l=j1^1總體來說,儲能電站(系統(tǒng))在電網(wǎng)中的應用目的主要考慮“負荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、l=J彌補線損、功率補償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、l=J削峰填谷”等幾大功能應用。比如:削峰填谷,改善電網(wǎng)運行曲線,通俗一點解釋,儲能電站就像一個儲電銀行,可以把用電低谷期富余的電儲存起來,在用電高峰的時候再拿出來用,這樣就減少了電能的浪費;此外儲能電站還能減少線=1l=J損,增加線路和設備使用壽命;優(yōu)化系統(tǒng)電源布局,改善電能質(zhì)量。而儲能電站的綠色優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在:科學安全,建設周期短;綠色環(huán)保,促進環(huán)境友好;集約用地,減少資源消耗等方面。=1l=J發(fā)電輸電■配電田由rijPI■--/\踞嗷.路hy…-心ASTMW--■二二箱電登電站Li%?--;p....??T配電吏電站令?■—用戶仰雷奏—一—L__>SWLARZ^UM咨盅瀾桐arm海即他海IB花項圈慌卷屯登伽g曲攜.能原、朱峰Ml谷2.系統(tǒng)架構在本方案中,儲能電站(系統(tǒng))主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應用,因此,整個系統(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)、逆變器以及相應的儲能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)架構圖如下:光伏組件監(jiān)控主機SeLARZWMwww.solarzoomcom—電網(wǎng)1、光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能,然后對鋰電池組充電,通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;光伏組件監(jiān)控主機SeLARZWMwww.solarzoomcom—電網(wǎng)2、智能控制器根據(jù)日照強度及負載的變化,不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié):一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時,控制器把蓄電池的電能送往負載,保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性;4、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成,把蓄電池中的直流電變成標準的380V市電接入用戶側低壓電網(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)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來,以備供電不足時使用。儲能電池組(1)電池選型原則作為配合光伏發(fā)電接入,實現(xiàn)削峰填谷、負荷補償,提高電能質(zhì)量應用的儲能電站,儲能電池是非常重要的一個部件,必須滿足以下要求:容易實現(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)可在預知電池容量和性能的情況下實現(xiàn)對l=j電站負荷的調(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,不應該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運行的故障;具有良好的快速響應和大倍率充放電能力,系統(tǒng)可在預知電池容量和性能的情況下實現(xiàn)對l=j?般要求5-10倍的充放電能力;較高的充放電轉換效率;易于安裝和維護;具有較好的環(huán)境適應性,較寬的工作溫度范符合環(huán)境保護的要求,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、價格低廉、性能穩(wěn)定、安全可靠而得到非常廣泛的應用,在已有的儲能電站中,鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有致命的缺點,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。全帆液流電池全帆液流電池是一種新型的儲能電池,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)而儲能容量取決于電解液容積,兩者
可獨立設計,比較靈活,適于大容量儲能,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,尤其是高功率應用。只有推進產(chǎn)業(yè)化,才能大幅度降低成本,另外還要提高全帆液流電池的轉換效率和穩(wěn)定性。鈉硫電池l=J鈉硫電池作為新型化學電源家族中的一個新成員出現(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,是適合功率型應用和能量型應用的電池。但是鈉硫儲能電池不能過充與過放,需要嚴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械應力時容易損壞,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道。由于日方原因,中國引進NGK鈉硫電池系統(tǒng)一直沒有成功。目前應用難度較大。
l=J磷酸鐵鋰電池l=J對于鋰電池,目前可應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,在電動汽車和靜態(tài)儲能應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)儲能廣泛應用的重要因素之一;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性較大的場合的應用;采用過充保護電路或均衡電路,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注。l=J從初始投資成本來看,鋰離子電池有較強的競爭力,鈉硫電池和全帆液流電池未形成產(chǎn)業(yè)化,供應渠道受限,較昂貴。從運營和維護成本來看,鈉硫需要持續(xù)供熱,全帆液流電池需要泵進行流體控制,增加了運營成本,而鋰電池幾乎不需要維護。根據(jù)國內(nèi)外儲能電站應用現(xiàn)狀和電
池特點,建議儲能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。幾種電池性能比較鈉■電池到饋電池磷酸攻電池闕控鉛酸電池.現(xiàn)有應用規(guī)模等翹lQ0kW^34MY5kWS6MVkW如比較適合的應用場合大規(guī)模削峰填谷.平抑口J再生能源發(fā)電波動大規(guī)模削峰填普、平抑口J冉生能源發(fā)電波動可選擇功率型或能量型,適用范囿廣泛大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動安全性不可過充電,鈉、.硫的滲漏,存在潛在安全隱虐需要單體監(jiān)控,安全性能已有較大突破安全性可接受,■&廢1日鉛酸蓄電池嚴?’重污染土壤和水源能量密度.1CC-700'^h/kg—120-150Wh/kg30-50;.Wkg倍率特性5-10C1.5C5-15Ca.i-ic黃換效率>95%>70%洗0%壽命>2500^>15000>2000次陽口U孜成本■23O0D元業(yè)粗115iX0§元壓Wh3000元,劇h70D元壓阪咨源和環(huán)保咨源豐富;存在」定的環(huán)境風險羞源豐富資源豐富;吊境友好盜源豐富;存在一??定的環(huán)境風險MW級系統(tǒng)占地150200平米fMW800-1500平米100-150半米/IP(h)150-200平米MV關注點S*LARZ<安全、一致性1成本rr.cam可靠性、成熟性、成本一致性一致性、壽命4.儲能電站(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,但風能、太陽能等清潔能源受環(huán)境影響較大,
l=j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。主要原因之一就是:儲能技術落后,現(xiàn)有儲能電站無法實現(xiàn)功率補償,無法滿足功率平滑的需求??梢哉f,儲能電站的發(fā)展已成為新能源開發(fā)的核心之一。l=j除光伏發(fā)電系統(tǒng)外,儲能電站也廣泛適用于如下場合:(1)、負荷波動大的工廠、企業(yè)、商務中心等;⑵、需要具備“黑啟動"功能的發(fā)電站;⑶、發(fā)電質(zhì)量有波動的風能和潮汐能發(fā)電站;能、⑷、需要夜間儲存能量以供白天使用的核風能等發(fā)電設施;能、(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
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