科普 电化学储能系统组成

作者:pokerking扑克王APP | 2020-02-21 17:27

  锂电池储能系统是公司技术研发中一项涉及多学科的综合产品,其中应用了电化学、热力学、机械、电子电气的相关技术。

  储能技术是紧紧牵动着新能源行业发展的,储能具有消除昼夜峰谷差,实现平滑输出、调峰调频和备用容量的作用,满足了新能源发电平稳、安全接入电网的要求,可以有效减少弃风、弃光现象。下面是一个典型的分布式储能系统架构:

  储能系统由电池、电器元件、机械支撑、加热和冷却系统(热管理系统)、双向储能变流器(PCS)、能源管理系统(EMS)以及电池管理系统(BMS)共同组成。电池通过排列,连接组装成电池模组,再和其他元器件一起固定组装到柜体内构成电池柜体。下面我们针对其中重要的部分进行介绍。

  储能系统所使用的能量型电池与功率型电池是有所区别的。如果以职业运动员举例,功率型电池就像是短跑运动员,爆发力好,短时间内可以释放大功率。而能量型电池更像是马拉松运动员,能量密度高,一次充电可以提供更长的使用时间。

  能量型电池的另一个特点是寿命长,这一点对储能系统是至关重要的。消除昼夜峰谷差是储能系统的主要应用场景,而产品使用时间直接影响到项目收益。

  如果把电池比喻成储能系统的身体,那么热管理系统就是储能系统的“衣服”。电池和人一样,也需要在舒适的温度环境(23~25℃),才能发挥最高的工作效率。如果电池工作温度超过50℃,电池寿命会快速衰减。而温度低于-10℃时,电池会进入“冬眠”模式,无法正常工作。

  从电池面对高温和低温的不同表现可以看出,处于高温状态的储能系统寿命和安全性会受到巨大影响,而处于低温状态的储能系统则会彻底罢工。热管理的作用就是根据周围环境温度,来给储能系统舒适的温度。从而使整套系统得以“延年益寿”。

  电池管理系统的英文名是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,可以将它看作电池系统的司令官,它是电池与用户之间的纽带,主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电。

  当两个人站在我们面前,可以轻易的分辨出谁高一些,谁胖一些。但当成千上万个人整齐排列在面前,这项工作就变得无比困难了。而处理这项无比困难的事情,就是BMS的工作。“高矮胖瘦”等参数对应到储能系统中,是电压、电流和温度三个数据。根据复杂的算法,可以推测出系统的SOC(荷电状态),热管理系统的启停,系统绝缘检测和电池间的均衡。

  BMS应以安全作为设计初衷,遵循“预防为主,控制保障”的原则,系统性的解决储能电池系统的安全管控。

  其实储能变流器在日常生活中十分常见,图片中所展示的就是一个单向的PCS。

  手机充电器的功能是将家用插座中的220V交流电,转换为手机内电池所需的5V~10V的直流电。这与储能系统在充电过程中将交流电转换为电池堆所需直流电的模式是一致的。

  储能系统中的PCS可以理解为一个超大号的充电器,但与手机充电器的区别在于它是双向的。双向PCS充当了电池堆与电网端之间的桥梁,一方面将电网端的交流电转化为直流电为电池堆充电,另一方面将电池堆的直流电转换为交流电回馈给电网。

  一位分布式能源的研究者曾经说过“好方案源于顶层设计,好系统出于EMS”,由此可见EMS在储能系统中的重要性。

  能源管理系统的存在,是为了将储能系统内各子系统的信息汇总,全方位的掌控整套系统的运行情况,并作出相关决策,保证系统安全运行。EMS会将数据上传云端,为运营商的后台管理人员提供运营工具。同时,EMS还负责与用户进行直接的交互。用户的运维人员可通过EMS实时的查看储能系统的运行情况,做到实施监管。

  目前行业处于大规模应用的初期,相关安全标准滞后已成为行业面临的现实问题。很多工作没有相应的安全制度与监管,安全性已经成为了储能行业发展的瓶颈。

  关于储能的标准与安全规范,世界各国都在探索中,目前还没有完善的标准体系。欧美在电化学储能应用方面走得比较早,相应的也有大量的数据做支撑。从欧美各国的实践来看,美国、德国在很多地方值得学习和借鉴。

  按照国家能源局2018年11月印发的《关于加强储能技术标准化工作的实施方案(征求意见稿)》,“十三五”期间,我国应初步建立储能技术标准体系。

  由于国内产业化程度较低,再加上汽车电池需求旺盛,导致电池供应相对不足,因此储能系统整体成本还有很大的降本空间。

  目前储能系统的应用只能在部分地区做到有经济性。未来想要得到大规模的应用,还有待于技术进步带来的成本进一步下降和质量进一步提高,以及政府补贴政策的落实。未来随着中国电力体制改革的推进,这方面的应用也会有很大的空间。

  大数据云计算、互联网+等技术在储能领域具有广阔前景,随着这些技术的日益成熟,储能系统内各子系统间的融合会更加深入。对储能系统的数据感知和数据化的管控也开始得到应用。

  对采集到的数据进行计算、处理和知识挖掘,从而实现对整个系统的实时控制、精确管理和科学决策。智能化的储能产品可以根据用户自身情况进行需求预测,让能源利用更加高效且提高用户的收益。

  电化学储能技术的多元化发展包括:应用场景多元化和电池类型多元化。从应用场景角度可分为发电侧、电网侧和用户侧三种。在电池选择上又可以分为功率型电池、能量型电池和容量型电池。

  在电力调峰、离网型光伏储能和峰谷价差储能,一般需要储能电池连续充电或连续放电两个小时以上,因此适合容量型电池的应用。对于电力调频或平滑可再生能源波动的储能场景,则需要储能电池在秒级至分钟级的时间段快速充放电,所以比较适合功率型电池的应用;而在一些更复杂的调频和调峰应用场景下,能量型电池更适合。

  近年来,随着新能源行业的快速发展,锂电池不论在产能,还是在使用成本上都有了较大进步。相信随着行业的发展,储能系统必将更加安全稳定而高效。


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