光伏发电储能电池

光伏储能电池1概述大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史早期主要用于孤立电网的调频热备用调压和备份等电池储能系统在新能源并网中的应用国外也已开展了一定的研究上世纪90年代末德国在Herne1MW的光伏电站和Bocholt2MW的风电场分别配置了容量为12MWh的电池储能系统提供削峰不中断供电和改善电能质量功能从2003年开始日本在Hokkaido306MW风电场安装了6MW6MWh的全钒液流电池VRB储能系统用于平抑输出功率波动2009年英国EDF电网将600kW200kWh锂离子电池储能系统配置在东部一个11KV配电网STATCOM中用于潮流和电压控制有功和无功控制总体来说储能电站系统在电网中的应用目的主要考虑负荷调节配合新能源接入弥补线损功率补偿提高电能质量孤网运行削峰填谷等几大功能应用比如削峰填谷改善电网运行曲线通俗一点解释储能电站就像一个储电银行可以把用电低谷期富余的电储存起来在用电高峰的时候再拿出来用这样就减少了电能的浪费此外储能电站还能减少线损增加线路和设备使用寿命优化系统电源布局改善电能质量而储能电站的绿色优势则主要体现在科学安全建设周期短绿色环保促进环境友好集约用地减少资源消耗等方面2系统架构在本方案中储能电站系统主要配合光伏并网发电应用因此整个系统是包括光伏组件阵列光伏控制器电池组电池管理系统BMS逆变器以及相应的储能电站联合控制调度系统等在内的发电系统系统架构图如下储能电站配合光伏并网发电应用架构图1光伏组件阵列利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能然后对锂电池组充电通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电2智能控制器根据日照强度及负载的变化不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储发电量不能满足负载需要时控制器把蓄电池的电能送往负载保证了整个系统工作的连续性和稳定性4并网逆变系统由几台逆变器组成把蓄电池中的直流电变成标准的380V市电接入用户侧低压电网或经升压变压器送入高压电网5锂电池组在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用它将光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来以备供电不足时使用3储能电池组1电池选型原则作为配合光伏发电接入实现削峰填谷负荷补偿提高电能质量应用的储能电站储能电池是非常重要的一个部件必须满足以下要求容易实现多方式组合满足较高的工作电压和较大工作电流电池容量和性能的可检测和可诊断使控制系统可在预知电池容量和性能的情况下实现对电站负荷的调度控制高安全性可靠性在正常使用情况下电池正常使用寿命不低于15年在极限情况下即使发生故障也在受控范围不应该发生爆炸燃烧等危及电站安全运行的故障具有良好的快速响应和大倍率充放电能力一般要求510倍的充放电能力较高的充放电转换效率易于安装和维护具有较好的环境适应性较宽的工作温度范围符合环境保护的要求在电池生产使用回收过程中不产生对环境的破坏和污染2主要电池类型比较阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池已有100多年的使用历史非常成熟以其材料普遍价格低廉性能稳定安全可靠而得到非常广泛的应用在已有的储能电站中铅酸电池依旧被采用但铅酸电池也有致命的缺点主要就是循环寿命很低在100放电深度DOD下一般为300600次其次比能量也较小需要占用更多的空间充放电倍率也较低再者在电池制造使用和回收过程中铅金属对环境的污染不可忽视全钒液流电池全钒液流电池是一种新型的储能电池其功率取决于电池单体的面积电堆的层数和电堆的串并联数而储能容量取决于电解液容积两者可独立设计比较灵活适于大容量储能几乎无自放电循环寿命长全钒液流电池目前成本非常昂贵尤其是高功率应用只有推进产业化才能大幅度降低成本另外还要提高全钒液流电池的转换效率和稳定性钠硫电池钠硫电池作为新型化学电源家族中的一个新成员出现后已在世界上许多国家受到极大的重视和发展钠硫电池比能量高效率高几乎无自放电可高功率放电也可深度放电是适合功率型应用和能量型应用的电池但是钠硫储能电池不能过充与过放需要严格控制电池的充放电状态钠硫电池中的陶瓷隔膜比较脆在电池受外力冲击或者机械应力时容易损坏从而影响电池的寿命容易发生安全事故还存在环境影响与废电池处置问题目前世界范围内仅有日本NGK产品已经成功国内已有上海硅酸盐研究所研制成功的报道由于日方原因中国引进NGK钠硫电池系统一直没有成功目前应用难度较大磷酸铁锂电池对于锂电池目前可应用于电力用途的只有磷酸铁锂电池所以在此我们所涉及的锂电池仅针对于磷酸铁锂电池锂离子电池单体输出电压高工作温度范围宽比能量高效率高自放电率低在电动汽车和静态储能应用中的研究也得到了开展初始投资高是影响锂离子电池在静态储能广泛应用的重要因素之一深度放电将直接降低电池的使用寿命限制了锂电池在充电源随机性较大的场合的应用采用过充保护电路或均衡电路可提高安全性和寿命目前磷酸铁锂电池由于成本低安全可靠和高倍率放电性能受到关注几种电池性能比较钠硫电池全钒