摘要：介绍了储能技术类型、系统组成、接入方式，以及蓄电池的主要类型和技术参数。在新能源发电项目中配置储能系统，可实现电站削峰填谷、平滑功率波动、调峰调频等功能，并可切实解决弃风弃光等问题。
关键词：储能系统；储能技术；蓄电池
储能技术的应用，不仅可以提高常规发电的效率、安全性和经济性，也可以实现可再生能源削峰填谷、平滑功率波动、调峰调频。新能源发电项目配置储能后，可以提升设备利用率，解决弃风弃光问题，促进新能源消纳，是满足新能源大规模接入电网的重要手段，同时它也是分布式能源系统、智能电网系统的重要组成部分。
1 储能技术
1.1 储能类型
根据所用的能量形式，主要包括：
压缩空气储能成本低、寿命长，安全系数高，但由于受地形限制，因此常用于系统调峰。
抽水蓄能放电时间从几小时到几天，仍受地形制约，建设周期也较长，有一定的生态问题。
超级电容器和超导磁储能的寿命、效率、功率和响应时间都很好，无污染、维护较简单，但比能量较低，属于典型的功率型储能。
电化学储能安装灵活、响应速度快，可以同时向系统提供有功和无功支撑，因此对于复杂电力系统的控制具有非常重要的作用。
1.2 电化学储能技术发展
预计到2020年，电化学储能中的锂离子电池将逐渐发挥重要作用并进入大规模商业应用阶段；铅酸电池目前获得广泛应用，但由于环保的顾虑前景不太明朗；液流电池、钠硫电池将在改善电能质量方面逐渐实现商业化应用。到2030年，超导储能将在改善电能质量、增强电力系统稳定性方面得到商业化应用，超级电容器储能将在改善电能质量、微网方面得到商业化应用；大型压缩空气储能将在具备地理条件的地区获得示范应用。
对于大规模新能源项目，鉴于当今储能成本较高，考虑储能系统的安全性、寿命、效率等关键指标，推荐采用电化学储能方式。
2 电化学储能系统
2.1 系统组成
电化学储能系统由储能设备、储能逆变器、电池管理系统、能量管理系统、交直流配电和升压设备系统等组成。
2.2 设备储能
2.2.1 蓄电池
作为配合新能源发电接入，实现削峰填谷、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，满足较高工作电压和较大工作电流；电池容量和性能可检测和可诊断，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；电池正常使用寿命不低于15年；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；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。
2.2.2 储能变流器
储能变流器是储能系统的功率转换设备。通过储能变流器可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过功率策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对储能系统充放电功率的控制以及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。
2.2.3 电池管理系统
在储能电站中，储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。由于电池在生产过程和使用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。这种情况会导致部分过充，而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放，从而使电池组的离散性明显增加，整体容量急剧下降，整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，最终导致电池组提前失效。因此，对于电池组而言，均衡保护电路是必须的。
电池管理系统功能包括：单体电池电压均衡功能、电池组保护功能、数据采集和通讯功能、分析诊断功能、热管理功能、故障诊断和容错功能、蓄电池在线容量评估功能。
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2.2.4 能量管理系统
能量管理系统包含：光伏发电监控系统、储能监控系统、光功率预测系统、功率电压控制系统、稳定控制系统、继电保护及安全自动装置、火灾自动报警系统、视频监控系统、远动系统等，是整个发电系统的控制、测量、信息交互和调度管理的核心部分。
能量管理系统提供数据采样和综合分析，结合“新能源+储能”发电系统的整体运行方式和运行状态，制定合适的控制策略，对各子系统运行参数进行优化设置，根据要求自动或手动发出控制指令，控制储能装置充、放电状态及电能曲线，实现对“新能源+储能”的控制和管理。
2.3 接入方式
储能系统接入新能源电站，可采用“经交流母线接入”和“经直流母线接入”两种方式：
（1）经高压交流母线接入，指储能系统经储能变流器转换为交流，经变压器升压后在新能源电站交流母线侧接入电力系统。该方式可靠性高、控制灵活、设备集中布置，便于容量扩展、运行和维护。
（2）经低压直流母线接入，指储能系统经直流变换器与光伏组件或风机并联接入储能逆变器（具备双向变流功能）直流母线端。该方式在不改变新能源电站原有设备和配置的情况下，无需新增变压器，可分散布置在光伏电站各子方阵内或风电场风机附近。
为减少输电线路损耗，提高储能系统运行效率，储能装置应尽量靠近光伏或风机发电区域。
3 蓄电池
3.1 铅炭蓄电池
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。但铅酸电池也有致命的缺点，主要就是循环寿命很低，充放电倍率也较低。
铅炭电池是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性炭，能够显著提高铅酸电池的寿命。铅炭电池的性能远远优于传统的铅酸蓄电池，可应用于新能源车辆中也可用于新能源储能领域。
3.2 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。
3.3 钠硫电池
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。
3.4 磷酸铁锂电池
磷酸铁锂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。
3.5 三元锂电池
三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂电池。三元材料电池由于具有电压平台高、能量密度高、振实密度高、电化学稳定、循环性能好等特性，在提升新能源汽车的续航里程，减轻用户续航里程忧虑方面具有明显优势，同时还具有放电电压高，输出功率比较大，低温性能好，可适应全天候气温等优点，因此正逐渐受到汽车生产厂商和新能源储能用户的青睐。
4 结语
近年来我国政府高度重视可再生能源的利用开发，把加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源作为“十三五”时期能源发展的一项重要任务。鉴于储能技术的快速调节特点，以及在可再生能源发展过程中的不可替代性，储能产业将得到大力发展。
参考文献：
[1] 李建林， 惠东， 靳文涛等. 大规模储能技术[M]. 北京：机械工业出版社，2016.
[2] 中国化学与物理电源行业协会储能应用分会. 中国储能应用产业发展研究报告（2016）[R]. 2016（5）.
论文作者:魏鹏飞,白卫刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
标签：储能论文; 电池论文; 新能源论文; 系统论文; 功率论文; 管理系统论文; 电化学论文; 《电力设备》2017年第26期论文;