新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 3.3 儲能電池

3.3儲能電池任課老師：2018年06月目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2儲能電池主要性能參數(shù)3.3.3幾種儲能電池3.3.4儲能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3儲能電池用途：平穩(wěn)電能輸出，減少對電網(wǎng)的影響優(yōu)點：1、效率高；2、體積??；3、易安裝儲能電池分布式光伏建筑光伏電站獨立光伏微電網(wǎng)風(fēng)電場目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2儲能電池主要性能參數(shù)3.3.3幾種儲能電池3.3.4儲能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.1電池的基本組成定義：電池是盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化成為電能的裝置。基本組成包括：外殼、電極與極板、隔膜、電解質(zhì)等。正極負(fù)極電解液3.3.1.1

外殼電池槽支撐固定凹槽緊密結(jié)合膠粘密封電池蓋封頂密封預(yù)留空位密封不漏氣電解液不外泄耐腐蝕抗沖擊保證電池穩(wěn)定安全的第一道防線：電池外殼的組成：3.3.1.2

電極與極板組成活性物質(zhì)：發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)電骨架：傳導(dǎo)電子，支撐活性物質(zhì)電極材料（很大程度上決定電池性質(zhì)）正極：金屬氧化物，鹽類，硫化物負(fù)極：鉛、鋅、鋰等金屬材料或碳材料極板結(jié)構(gòu)多層極板：增大電極電解液接觸面積多孔結(jié)構(gòu)：增大接觸面積，留出體積變化空間3.3.1.3隔膜要求對電子絕緣一定的孔隙率和孔徑力學(xué)性能：不能輕易被刺穿拉斷化學(xué)穩(wěn)定性：耐受電解液腐蝕浸潤性和吸液保濕性盡可能薄，易于制造，價格便宜常用材料半透膜微孔膜編織物非編織物隔膜的作用：防止由于正負(fù)極板靠的太近引起的短路、電池?zé)龤У葐栴}。例如：鋰電池，由于電解液是有機溶劑，因此隔膜為耐有機溶劑的高強度聚烯烴多孔膜3.3.1.4電解質(zhì)電解質(zhì)定義：水溶液或熔融狀態(tài)下可以產(chǎn)生自由離子的物質(zhì)充滿電池內(nèi)部流動于正負(fù)極板之間決定電池性能的優(yōu)劣實現(xiàn)電池內(nèi)部的連接參與內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)功能：強酸，如鉛酸電池中的硫酸（H2SO4）強堿大多數(shù)鹽類，如鋰電池中的六氟酸鋰（LiPF6）通常選用導(dǎo)電性強的強電解質(zhì)目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲能電池3.3.4儲能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.2

儲能電池主要性能參數(shù)性能參數(shù)電壓容量功率壽命充電效率性能參數(shù)決定應(yīng)用場景主要性能參數(shù)包括：3.3.2.1電壓電動勢由于電動勢，儲能電池的兩極才會有電壓反映儲能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)的物理量。用于在電池設(shè)計階段估算該電池的端電壓。能斯特方程

3.3.2.1電壓電壓表示形式開路電壓：電池開路狀態(tài)下電壓值,電池的開路電壓與電池的設(shè)計有關(guān)端電壓：充電或放電時的電壓值,與儲能電池的工況有關(guān)標(biāo)稱電壓：電池放電過程中最穩(wěn)定的電壓值,用于鑒別電池的類型終止電壓：電池充放電過程中電壓上下限理論容量：根據(jù)電化當(dāng)量和活性物質(zhì)的量，理論計算得到的電池容量大小用于設(shè)計階段理想狀態(tài)下獲得的最大容量額定容量：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在一定規(guī)定條件下進(jìn)行測試得到能夠輸出的最低容量用于電池選型實際容量：在實際工況下電池輸出的電量，代表電池在實際工況下的儲能能力。受到設(shè)計、生產(chǎn)、使用等多方面因素影響比容量：容量與質(zhì)量或體積的比值用于對比電池性能單位：A?h/Kg或A?h/L3.3.2.2容量定義：指電池在一定條件下能夠容納或釋放的電量，單位：A?h或mA?h。3.3.2.2容量補充說明：關(guān)于額定容量的測量方法在IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，鎳鎘/鎳氫電池的額定容量是在20±5℃下，以0.1C電流充電16小時后，以0.2C電流放電至電壓1.0V所放出的電量。充放電倍率：規(guī)定時間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流值,以數(shù)字后加C表示。例如，額定容量為100mAh的電池經(jīng)5小時放電完畢，則放電倍率為1/5=0.2C，放電電流為100*0.2=20mAIEC：InternationalElectrotechnicalCommission，國際電工委員會制定有關(guān)電氣、電子和相關(guān)技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)和合格評定3.3.2.3功率定義：在一定的放電條件下，單位時間輸出的能量，稱為電池的輸出功率，單位用瓦（W）或千瓦（kW）來表示。計算公式：其中：P：實際功率（W）；U：端電壓（V）；I：放電電流（A）隨放電電流增加輸出功率有先升后降的趨勢質(zhì)量比功率/體積比功率：單位質(zhì)量或體積下儲能電池的放電能力單位：W/Kg或W/L功率和容量的區(qū)別：容量：決定電池能儲存多少電能功率：決定電池能帶動多大負(fù)載

3.3.2.4壽命標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命電池容量衰減到某一規(guī)定值循環(huán)次數(shù)不同電池對應(yīng)不同的測試標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)壽命功率較大、工作負(fù)載變化較大的儲能系統(tǒng)按照工況圖譜測試日歷壽命被大眾廣泛認(rèn)知的電池“壽命”從生產(chǎn)日期到壽命終止經(jīng)歷的時間3.3.2.5充電效率定義：在規(guī)定條件下，放電期間對外輸出的電量與通過充電恢復(fù)到初始狀態(tài)所需電量之比稱為儲能電池的充電效率。電量以安·時或瓦·時為單位計量，所以也常常被稱為“安時效率”或“瓦時效率”。直觀反應(yīng)了儲能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲能電池3.3.4儲能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.3幾種儲能電池各電池的特性與性能參數(shù)不同，目前技術(shù)比較成熟、應(yīng)用較為廣泛的儲能電池包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池、全釩液流電池、鈉硫蓄電池等。3.3.3.1

鉛酸電池人們最早使用的儲能電池技術(shù)之一目前最成熟的儲能電池技術(shù)正極主要成分為二氧化鉛（PbO2）負(fù)極成分為海綿狀金屬鉛（Pb）優(yōu)點：單體容量大、成本低、易控制、安全可靠、技術(shù)成熟度高、市場應(yīng)用廣泛缺點：比能量較低、循環(huán)壽命短、易產(chǎn)生環(huán)境污染鉛酸電池仍大量用在電瓶車上

鉛蓄電池反應(yīng)方程式3.3.3.2

鋰離子電池

圓形、方形、扣式鋰離子電池優(yōu)點·能量密度大·工作電壓高·清潔缺點·價格高·內(nèi)阻大·需要保護(hù)電路·穩(wěn)定性差

鋰離子電池反應(yīng)方程式3.3.3.3全釩液流電池將具有與不同價態(tài)的釩離子溶液作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自的電解液儲罐中正極活性電對是VO2+/VO2+，負(fù)極活性電對是V2+/V3+避免了正負(fù)半電池間不同種類活性物質(zhì)相互滲透產(chǎn)生的交叉感染全釩液流電池反應(yīng)方程式

3.3.3.3全釩液流電池

對工作溫度要求嚴(yán)格，比容量較低，價格過高需要配置循環(huán)泵，降低了實際效率使用同種元素的電池系統(tǒng)，避免交叉感染功率和容量的調(diào)整在結(jié)構(gòu)上獨立，易于模塊化組合釩離子電解液可以回收重復(fù)使用和再生利用3.3.3.4鈉硫電池一般電池由固體電極和液體電解液組成，但是與一般電池不同，鈉硫電池由熔融的液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成。負(fù)極：熔融金屬鈉

正極：硫和多硫化鈉熔鹽鈉硫電池外殼能量密度高壽命長充放電效率高工作溫度高安全性問題鈉硫電池反應(yīng)方程式

目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲能電池3.3.4儲能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.4儲能電池的應(yīng)用實例新能源發(fā)電特點波動性隨機性儲能電池的作用平滑功率波動、滿足并網(wǎng)要求減少棄風(fēng)棄光綠提高穩(wěn)定性和可調(diào)控性改進(jìn)方向大型化動態(tài)響應(yīng)安全易維護(hù)成本低效率高3.3.4儲能電池的應(yīng)用實例名稱地點發(fā)電量儲能電池應(yīng)用Tehachapi風(fēng)電場美國加州約為8億kWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)全美國最大的電池儲能系統(tǒng)國家風(fēng)光儲輸示范工程河北省張北縣500MW風(fēng)電場100MW光伏發(fā)電站70MW儲能電站功率14MW、容量63MWh鐵鋰電池功率2MW、容量8MWh全釩液流電池功率2MW、容量8MWh的鈉硫電池儲能裝置能量型：高能量輸入與輸出功率型：瞬間高功率的輸入與輸出3.3.4儲能電池的應(yīng)用實例6種組態(tài)運行模式風(fēng)電系統(tǒng)光伏系統(tǒng)風(fēng)電、光伏聯(lián)合風(fēng)電