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1、 ○ A 基礎理論 ● B 應用研究 ○ C 調(diào)查報告 ○ D 其他 本科生畢業(yè)設計（論文） 大容量電池儲能技術及在電力系統(tǒng)中的應用 二級學院 ： 信息科學與技術學院 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動化 完成日期 ： 2015年5月25日 目錄 1 緒論 1 1.1 儲能技術的背景 1 1.2 大容量儲能技術介紹 1 大容量電池儲能

2、系統(tǒng)介紹 2 1.4 大容量電池儲能的發(fā)展現(xiàn)狀 2 2 電力系統(tǒng)中常用的蓄電池種類 3 2.1 鉛蓄電池 4 2.2 鎳氫電池 4 2.3 鋰離子電池 4 2.4 液流電池 5 2.5 鈉硫電池 5 3 大容量電池管理系統(tǒng) 5 電壓檢測模塊 6 電流檢測模塊 6 溫度檢測模塊 7 4 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 8 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的主要拓撲結(jié)構(gòu) 8 僅含DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 8 包含DC/DC和DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 9 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在儲能系統(tǒng)中的作用 9 5 大容量電池儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用 10 發(fā)電領域 10 輸配電領域 11 用戶端 11 輔助服

3、務領域 12 新能源并網(wǎng)領域 13 6 大容量電池儲能技術示范工程 13 深圳寶清儲能電站 13 國家風光儲輸示范工程 14 7 發(fā)展前景 14 參考文獻 15 致 謝 大容量電池儲能技術及在電力系統(tǒng)中的應用 摘 要：本論文首先介紹儲能技術，然后引入儲能技術中的電池儲能技術，再分析大容量電池的選型和構(gòu)成，著重分析大容量電池儲能系統(tǒng)中的電氣構(gòu)成部分，包括電池接連方式、電力電子裝置和電池管理系統(tǒng)等。最后，詳細介紹大容量電池儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用，特別是其在新能源發(fā)電領域中應用。 關鍵詞：儲能；電池；電氣構(gòu)成；新能源 The large capacity b

4、attery energy storage technology and its application in the electric power system Abstract：This paper introduce energy storage technology first, then energy storage technology of battery energy storage technology are introduced, and analysis of selection and composition of the large capacity bat

5、tery, emphatically analyzed the electrical components of the large capacity battery energy storage system , including the way of battery connections, power electronics and battery management system, etc. Finally, introduced the large capacity battery energy storage technology application in electric

6、 power system, especially its application in the field of new energy resource generation. Key word：storage;battery;electric composition;new energy resources 1緒論 儲能技術是電力系統(tǒng)運行過程“采—發(fā)—輸—配—用—儲”六大環(huán)節(jié)中的重要組成部分。系統(tǒng)中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平衡負荷，不僅可以更有效地利用電力設備，降低供電成本，還可以可再生能源的應用，也可作為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)

7、整頻率、補償負荷波動的一種手段。儲能技術的應用必將在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設計、規(guī)劃、調(diào)度、控制等方面帶來重大變革。 1.1儲能技術的背景 我國在堅強智能電網(wǎng)構(gòu)建過程中，對儲能系統(tǒng)的需求不斷增大。首先，隨著社會總用電量的不斷增加，電力消耗的晝夜峰谷差在日益增大。其次，風能、太陽能等可再生能源的輸出功率受自然環(huán)境的影響，會產(chǎn)生隨機的、間歇性的波動。隨著風能等可再生能源在電力系統(tǒng)中所占比例的逐漸增加，其并網(wǎng)穩(wěn)定性問題已成為風力發(fā)電等技術的關鍵問題。再次，越來越多具有高度自動化生產(chǎn)線的工業(yè)企業(yè)和涉及信息、安全領域的用戶對負荷側(cè)電能質(zhì)量提出更高的要求[1]。 在電力系統(tǒng)中，運用儲能技術可以有效地實現(xiàn)用戶

8、需求側(cè)管理，消除晝夜峰谷差，平滑負荷，降低供電成本，同時可以促進可再生能源的利用，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 1.2大容量儲能技術介紹 電能可以轉(zhuǎn)化為化學能、勢能、動能、電磁能等形態(tài)存儲，到目前為止，人們已經(jīng)開發(fā)了多種形式的儲能系統(tǒng)，按照其具體方式可分為物理、電磁、電化學和相變儲能四大類型。其中物理儲能包括抽水蓄能、飛輪儲能和壓縮空氣儲能；電磁儲能包括超導、超級電容和高能密度電容儲能；電化學儲能包括鉛酸，鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能；相變儲能包括冰蓄冷儲能等,儲能技術詳細參數(shù)請見表1-1。 抽水蓄能是最為成熟、成本最低的儲能技術，具有一系列的技術優(yōu)勢，但是抽水蓄能電站的選址受到地

9、理、地質(zhì)、水源等條件的限制，其運行會造成水質(zhì)變化、生態(tài)環(huán)境改變等問題。壓縮空氣儲能技術能夠進行電網(wǎng)級應用，但是該技術能量轉(zhuǎn)換效率低，對化石燃料高度依賴，對地理條件要求非常高。飛輪儲能是利用互逆式雙向電機（電動/發(fā)電機）實現(xiàn)電能與高速旋轉(zhuǎn)飛輪的機械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種儲能技術，具有功率密度高、壽命長、對環(huán)境溫度不敏感等優(yōu)點，但是其自放電現(xiàn)象使得飛輪儲能系統(tǒng)在能量型應用時價格過于昂貴。超導儲能技術響應速度快、能夠提供短時大功率，但目前高溫超導線材料技術還不成熟，日常維護成本高，交流損耗大，安全穩(wěn)定性低，仍處于要就階段，成本還需進一步降低[2]。 表1-1 大容量儲能技術相關參數(shù) 系統(tǒng) 能量和

10、功率密度 壽命與循環(huán)壽命 對環(huán)境影響 瓦小時/千克（升） 瓦/千克（升） 壽命（年） 循環(huán)次數(shù) 抽水蓄能 0.5~1.5 0.5~1.5 40~60 破壞生態(tài)環(huán)境 壓縮空氣蓄能 30~60 3~6 20~40 燃燒排放污染物 鉛酸電池 30~50 50~80 5~15 500~1000 有毒 鎳氫電池 50~75 60~150 10~20 2000~2500 鈉硫電池 150~240 150~250 10~15 2500 鋰電池 75~200 200~500 5~15 1000~10000 全液流釩

11、電池 10~30 16~33 5~10 12000 超導儲能 0.5~5 0.2~2.5 20以上 100000 強磁場 飛輪儲能 10~30 20~80 15 2000 電容儲能 0.05~5 2~10 5 5000 產(chǎn)生污染物 超級電容 2.5~1.5 100000 20 100000 燃料電池 800~10000 500~3000 5~15 1000 燃燒排放污染物 低溫儲能 150~250 120~200 20~40 液化過程產(chǎn)生污染物 高溫儲熱 80~200 120~500 5~15

12、 目前，由于工作原理、材料和制造工藝的不同，與物理儲能技術相比，化學儲能技術在使用規(guī)模、便利程度、研發(fā)及發(fā)展?jié)摿Ψ矫娑季哂邢鄬Φ膬?yōu)勢。 1.3大容量電池儲能系統(tǒng)介紹 電池儲能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System，BESS)在電網(wǎng)中等效為一個理想的電壓源，它主要由蓄電池組、電池管理系統(tǒng)（Battery Management System,BMS)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（Power Conversion System，PCS）等組成。其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 圖1-1 BESS結(jié)構(gòu)圖 1.4 大容量電池儲能的發(fā)展現(xiàn)狀 電池儲能技術在國內(nèi)外均處于快速

13、發(fā)展階段，尤其是MW級的鈉硫電池和鋰離子電池儲能示范系統(tǒng)不斷建設并投入運行，主要在新能源，調(diào)頻等應用領域發(fā)揮作用。國外的電池儲能系統(tǒng)已有運行多年的經(jīng)驗，其中德國、日本、美國的技術較為領先。國內(nèi)電池儲能系統(tǒng)各項技術指標與國際先進水平有一定差距，材料、工藝和集成等核心技術有待進一步突破，但是已經(jīng)陸續(xù)有小項目方面的嘗試，技術正在穩(wěn)步發(fā)展當中。 種類 優(yōu)點 缺點 應用領域 鉛蓄電池 安全性好、單體電池容量較大、大電流性能及循環(huán)性能良好，循環(huán)經(jīng)濟效益較高，電池可100%回收 充電速度慢、比能量、比功率偏低、大電流脈沖充放電性能差 它被廣泛應用于汽車、火車、拖拉機、摩托車、電動車以及通訊

14、、電站、電力輸送、儀器儀表、UPS電源和飛機、坦克、艦艇、雷達系統(tǒng)等 鎳氫電池 它是一種新型綠色電池，具有高能量、長壽命、無污染等特點 能量密度較低，充電速度慢 現(xiàn)主要被用作動力電池，應用在混合動力汽車、電動工具和通信基站等方面 鋰離子電池 鋰離子電池能量密度高，單體能量密度可達350Wh/L，自放電率低，充電時間快，易快充快放 鋰電池存在成本較高、集成系統(tǒng)水平與單體電池性能差距較大等問題 已廣泛作為便攜式設備的電源，也可作為分布式能源發(fā)電、應急備用、電能質(zhì)量管理等領域；同時，在新能源并網(wǎng)、系統(tǒng)調(diào)峰等領域也可作為備選技術之一 液流電池 電池壽命長，并且?guī)缀醪皇艹浞烹娚疃扔绊?/p>

15、；系統(tǒng)在任何時點的實際電量信息科直接準確獲得；系統(tǒng)功率和容量獨立，可以靈活配置 系統(tǒng)能量密度低，體積大 典型的為全釩液流電池，其已應用于風力發(fā)電，電網(wǎng)應用以及離網(wǎng)電信基站、電站調(diào)峰等領域優(yōu)先考慮的技術選擇；同時。在分布式能源發(fā)電領域也可作為備選技術之一 鈉硫電池 能量密度高；功率特性好；鈉硫電池原材料Na和S在自然界的儲量都非常豐富，價格低廉；鈉硫電池相對綠色環(huán)保；還有就是循環(huán)次數(shù)高 目前存在較強的技術壟斷，發(fā)展前景尚不明朗 建議作為系統(tǒng)調(diào)峰、風電場配套儲能等領域的備選技術之一 2電力系統(tǒng)中常用的蓄電池種類 表2-1常用蓄電池性能特點及其應用領域 目前，具有代表性的、技術

16、比較成熟的蓄電池技術主要有：鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池。其中鉛酸蓄電池歷史最為悠久，技術成熟而且成本低，在電力儲能技術發(fā)展初期應用廣泛，但受能量密度和使用壽命的限制以及環(huán)境污染的負面影響，已有逐漸被取代的趨勢。鎳鎘電池由于會造成重金屬污染而被更具環(huán)保性的鎳氫電池取代，主要應用于動力電池領域。鋰電池由于受大規(guī)模集成技術難題的影響，一直沒有實現(xiàn)大容量的應用，但目前這一技術難題已經(jīng)獲得重大突破，大容量應用于儲能已經(jīng)實現(xiàn)了試運行。鈉硫電池作為新興的儲能技術，具有能量密度高、效率高、環(huán)保、容量大等特點，已經(jīng)獲得了越來越多的關注和應用，是最具潛力的儲能技術之一。液流電池具有

17、容量大、效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于新能源領域和電力系統(tǒng)中。常用蓄電池性能特點及其應用領域如上表2-1所示。 2.1鉛蓄電池 鉛蓄電池主要由陽極、陰極、電解液稀硫酸（H2SO4）、電池外殼、隔離板及液口栓（或安全閥）、電池蓋等部件組成。其中最為常見的是鉛酸蓄電池，它是由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。目前，性能比較優(yōu)異而且能滿足各種使用要求的新型鉛蓄電池有雙極性鉛蓄電池、超級電池（Pb/C)和鉛布水平電池等。 2.2鎳氫電池 鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，儲

18、氫合金在電位變化時具有吸氫和釋放氫的功能，它就是利用這種功能實現(xiàn)充放電。鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎上發(fā)展起來的，它的電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，是一種新型綠色電池。它具有高能量、長壽命、無污染等特點，是世界各國競相發(fā)展的高科技產(chǎn)品之一。 2.3鋰離子電池 鋰離子電池實際上就是一種鋰離子濃度差電池，當對電池進行充電時，鋰離子從電池的正極脫出，經(jīng)過電解液遷移到負極，并嵌入負極材料中。同樣，當電池對外放電時，嵌在負極材料中的鋰離子脫出，又重新嵌入正極。鋰離子電池一般包括正極、負極、電解質(zhì)、隔膜、正極引線、負極引線、隔圈、蓋板、安全閥、熱敏電阻器（PTC）和電池殼。其中正極活性物質(zhì)

19、為關鍵部分，主要是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。 氧化還原液流電池，簡稱液流電池，其活性物質(zhì)分別溶解于裝在政府儲液罐的溶液中，通過正極泵和負極泵推動溶液流經(jīng)液流電池堆中隔膜的兩側(cè)，在正負極上發(fā)生氧化還原反應，由此實現(xiàn)電池的充電和放電過程。它由正負電極、隔膜及和電極圍成的電極室、電解液罐、泵和管路系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示[3]。 圖2-1 氧化還原液流儲能電池原理示意圖 2.5鈉硫電池 鈉硫電池是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次熔融鹽電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫發(fā)生可逆反應，形成能量的釋放與儲存。其具體原理如圖2-2所示。 圖2

20、-2 鈉硫電池充放電原理 3大容量電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)通過對蓄電池組的各種參數(shù)（單體或模塊電池電壓、溫度、電流等）進行實時在線測量，在此基礎上記性電池荷電（SOC）的實時在線估算，同時實施必要的控制。電池管理系統(tǒng)通過監(jiān)控和管理蓄電池，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，使電池始終保持在最佳工作狀態(tài)，最大限度延長電池壽命，并將電池信息傳輸給相關子系統(tǒng)，為系統(tǒng)整體決策提供判斷依據(jù)。 3.1電壓檢測模塊 通過對單體電池電壓準確檢測來判斷電池組的工作狀態(tài)是否正常，電池組是否滿足需求等，以此為判據(jù)決定大容量儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)，便于監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整算法實現(xiàn)電力儲能與釋放的最優(yōu)化。主流電池單體電壓測

21、量方法主要有集成芯片法、電阻分壓法、多路開關切換法，直接測量法。 圖3-1 多路開關切換法 在電力系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)中多采用多路開關切換法來進行電壓的檢測，，使用這種測量方法實現(xiàn)電壓測量能夠提高測量精度，通過電路轉(zhuǎn)換避免串聯(lián)電池組的共模電壓干擾。運用繼電器開關陣列實現(xiàn)單體電壓切入，通過單路信號調(diào)理電路實現(xiàn)電池電壓的提取，利用AD采樣實現(xiàn)測量，如圖3-1[4]所示。該方法避免電阻分壓法存在的累積誤差，解決了共地問題，但機械式繼電器存在使用壽命有限，存在著噪聲干擾，響應速度慢的缺點，目前較多使用AQW214或AQW216光耦繼電器，其具有響應速度快，耐壓高的特點。 3.2電流

22、檢測模塊 對大容量儲能電池組中放點電流的準確測量能夠防止高倍率充放電對電池造成的損壞，充放電電流是瞬時額定功率的重要參數(shù)，可以計算能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)工作效率，通過檢測電流變化量同樣能夠預估電池剩余容量。多個串聯(lián)電池組只需要對串聯(lián)總電流測量即可實現(xiàn)電流的監(jiān)測，在測量過程中需要保證測量的精度，防止深度充放電從而延長使用壽命。 電力系統(tǒng)常用電池管理系統(tǒng)的常用電流檢測模塊是霍爾傳感器測量法模塊。利用霍爾傳感器將電流信號轉(zhuǎn)換為可調(diào)理的電壓信號進行測量，這能夠大大方便電路的測量?；魻杺鞲衅骶哂胁鹦逗唵巍惭b方便、電氣絕緣性好、動態(tài)響應快和工作頻帶寬的特點。如圖3-2[4]所示，利用霍爾效應實現(xiàn)無接觸測量能夠

23、你只外界電磁干擾，同時隔離大容量儲能電池組與電池管理模塊，保證測量過程不對電池產(chǎn)生影響。 圖3-2 傳感器檢測原理圖 3.3溫度檢測模塊 大容量儲能系統(tǒng)有著大電流充放電的時候，此時電流高達數(shù)百安倍，由于電纜線電阻和電池之間接觸電阻的存在，會產(chǎn)生大量熱量，大量電池密集安裝在密集箱等狹小空間，導致散熱較差，當熱量累積時電池溫度會隨之升高，會導致電池因熱而損壞，甚至爆炸影響自身安全。因此電池管理系統(tǒng)需要增加溫度檢測功能，保證電池正常工作。 圖3-3 DS18B20單總線測溫結(jié)構(gòu)圖 常用溫度測量方法有熱敏電阻測量方法和DS18B20傳感器測量法，利用熱敏

24、電阻測量具有價格低廉，使用方便的特點，但測量范圍有限，模擬信號容易被干擾，在高溫測量時其非線性影響測量精度，同時測量線路繁瑣的缺點，在實際使用中不推薦。如圖3-3所示，DS18B20單總線測溫結(jié)構(gòu)具有電路簡單、測量成本低廉、節(jié)省控制芯片I/O資源、有利于總線節(jié)點擴展的優(yōu)點。DS18B20主要包括電源部分、內(nèi)部存儲器部分，在使用中得到轉(zhuǎn)換命令后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在內(nèi)部存儲器中，同時通過對個別內(nèi)部存儲器進行配置能夠平衡測溫分辨率和轉(zhuǎn)換時間的關系。 除此之外，大容量電池管理系統(tǒng)還包括有熱管理控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和抗干擾模塊等。這些模塊集中起來就可進行電池參數(shù)監(jiān)控，將轉(zhuǎn)臺監(jiān)控測量單體電壓、總電壓、電

25、流、溫度、內(nèi)阻等及時傳送至尚未監(jiān)控平臺，同時對本系統(tǒng)進行熱管理控制，并將故障報警信號進行指示。 4能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 電池儲能系統(tǒng)需要通過能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與交流電網(wǎng)相連。在電池儲能系統(tǒng)中，PCS是至關重要的環(huán)節(jié)，既是電池盒負載之間交換能量的媒介，同時又是電池充放電的管理單元。儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)既要與電池接口完成充放電管理，又要與電網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)功能。 4.1能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的主要拓撲結(jié)構(gòu) 目前，低壓小容量的PCS已經(jīng)具有較成熟的一致性的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，但用于大容量儲能電站的PCS系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)尚未統(tǒng)一，為了適應不同的電壓等級和滿足不同應用需求，不同的設備制造廠家的PCS裝置的主電路拓撲結(jié)構(gòu)各不相同。

26、典型的拓撲結(jié)構(gòu)有僅含DC/AC環(huán)節(jié)的PCS和包含DC/DC和DC/AC環(huán)節(jié)的PCS。 4.1.1僅含DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 圖4-1 僅含DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 如圖4-1所示為通過PWM變換器直接并網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，通常采用電壓型PWM變換器。在這種結(jié)構(gòu)中，PWM變換器的輸出部分接有升壓變壓器，以便其電壓與所并聯(lián)的交流網(wǎng)絡電壓相匹配，同時起到將蓄電池儲能系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的電氣隔離作用。蓄電池組充電時，變換器工作在整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將電能儲存在蓄電池中；放電時變換器工作在逆變器狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并回饋外部電網(wǎng)。 這種PCS結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是適用于電網(wǎng)中分布式獨立電

27、源并網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡單。其主要缺點有：系統(tǒng)體積大、造價高；儲能系統(tǒng)的容量選擇缺乏靈活性；電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路故障時，可在PCS直流側(cè)產(chǎn)生短時大電流，對電池系統(tǒng)造成較大沖擊。 4.1.2包含DC/DC和DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 如圖4-2所示的系統(tǒng)中，DC/DC環(huán)節(jié)的主要作用是進行升降壓變換，從而避免使用變壓器。蓄電池充電時，變換器工作在整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并經(jīng)雙向DC/DC變換器降壓，將電能存儲于蓄電池中；蓄電池放電時，變換器工作在逆變狀態(tài)，直流電經(jīng)DC/DC變換器升壓后轉(zhuǎn)換為交流電，回饋外部電網(wǎng)。 圖4-2 包含DC/DC和DC/AC環(huán)節(jié)的PCS 這種結(jié)構(gòu)的PCS系統(tǒng)適應能力強，可

28、對多串并聯(lián)的電池進行充放電管理。由于加入了DC/DC環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)直流電壓的升降，使蓄電池的配置更加靈活。這種結(jié)構(gòu)可用于風電、光伏等波動性較強的分布式能源接入，可抑制其直接并網(wǎng)的電壓波動。主要缺點有：加入了DC/DC環(huán)節(jié)，使整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率有所降低；大容量PCS的DC/DC與DC/AC環(huán)節(jié)的開關頻率、容量及協(xié)調(diào)配合關系還有待研究。 4.2能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在儲能系統(tǒng)中的作用 在電池儲能系統(tǒng)中，PCS的成本占到整個系統(tǒng)成本的10%以上，是不可或缺的關鍵設備，起作用主要有以下幾點： （1）電能質(zhì)量管理，通過實時監(jiān)控電網(wǎng)電壓狀態(tài)，提供動態(tài)有功和無功支持，解決諸多電能質(zhì)量問題，如電壓波動、突升、突

29、降等。 （2）削峰填谷。通過控制儲能系統(tǒng)在晚間電價地的時候充電，白天電價高的時候為負荷供電，實現(xiàn)削峰填谷的功能。 （3）緊急備用。幫助儲能系統(tǒng)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)備用，以及在電網(wǎng)故障時實現(xiàn)緊急備用功能。 （4）儲能系統(tǒng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)切換。當交流側(cè)電網(wǎng)故障時，幫助儲能系統(tǒng)切換到孤島運行模式，在電網(wǎng)故障消除后，再自動并網(wǎng)。 5 大容量電池儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用 電力行業(yè)是大規(guī)模儲能技術的主要應用領域，大容量電池儲能技術在電力行業(yè)的應用貫穿整個發(fā)輸配用過程，主要包括發(fā)電領域、輸配電領域、用戶端、輔助服務領域、新能源并網(wǎng)領域等。 5.1發(fā)電領域 大容量電池儲能技術應用在發(fā)電端，具有提高機組效

30、率和動態(tài)響應速度。儲能裝置按照日前發(fā)電曲線和調(diào)度中心的實時指令進行充放電，調(diào)節(jié)整個發(fā)電機組的總輸出，使火電機組運行在接近額定功率運行狀態(tài)。這既提高了機組的運行效率，又減少了動態(tài)運行對火電機組的負面影響，也減少了火電機組的溫室氣體排放，同時增強了發(fā)電廠整體的調(diào)峰能力。 輔助動態(tài)運行的應用是指儲能裝置和火電機組共同按照調(diào)度的要求調(diào)整輸出的大小，盡可能地減小火電機組輸出的波動范圍，盡可能地讓火電機組在接近經(jīng)濟運行狀態(tài)下工作。一般來說，火電機組都設計成滿發(fā)時為經(jīng)濟運行狀態(tài)，機組的熱效率最高。 由于大容量電池儲能技術具備快速響應特點，，通過應用儲能技術進行輔助動態(tài)運行可以提高火電機組的效率，減少碳排

31、放。動態(tài)運行會使機組部分組件產(chǎn)生蠕變，造成這些設備受損，提高了發(fā)生故障的可能，即降低了機組的可靠性。同時，增加了更換設備的可能和檢修費用，最終降低了整個機組的使用壽命。儲能技術的應用可以避免動態(tài)運行對機組壽命的損害，減少社保維護和更換設備的費用，進而延緩或減少發(fā)電側(cè)對新建發(fā)電機組的需求。 5.2輸配電領域 儲能在輸配電領域的應用主要包括4個方面：無功支持、緩解書店阻塞、延緩輸配電設備擴容和變電站內(nèi)的直流電源。按照目前的成本，儲能做無功支持和變電站之流電源，相對原有選擇（電容器組、鉛酸電池）價格較高。儲能在緩解輸電阻塞和延緩輸配電設備擴容兩個方面的應用，相對簡單的擴容升級，更加靈活，減少了投

32、資的風險，提高了電力資產(chǎn)的利用率。由于輸配電網(wǎng)的穩(wěn)定決定著整個電網(wǎng)的可靠性和安全性，所以要求對儲能的可靠性進行論證，需要經(jīng)過必要的示范項目進行檢驗?？傊?，只有成本降低到合理范圍，可靠性經(jīng)過論證后才有可能進入該領域。 （1）無功支持：無功支持（也稱電壓支持）是指在輸配電線路上通過注入或吸收無功功率來調(diào)節(jié)線路上的電壓。儲能電池在動態(tài)逆變器、通信和控制設備的輔助下，可以調(diào)整儲能電池系統(tǒng)輸出的無功功率大小，進而對輸配電線路的電壓進行調(diào)節(jié)。 （2）緩解線路阻塞：儲能電池系統(tǒng)安裝在阻塞線路的上游，當線路負荷超過線路容量，即發(fā)生線路阻塞時，儲能電池系統(tǒng)充電，將線路不能運輸?shù)碾娔艽鎯υ陔姵刂?。當負荷低于線

33、路容量時，電池再向線路放電。輸電線路的容量是固定的，而負荷是隨時間有規(guī)律變化的，存在尖峰負荷。有時候當負荷增長到一定程度時，輸電線路的容量會低于尖峰容量，這樣就需要投入資金對線路進行擴容，提高電力運行的邊際成本，儲能電池能夠用于避免線路阻塞引起的相關成本和費用，尤其是在需要擴容的幅度不高的情況下。 （3）延緩輸配電擴容升級：延緩輸配電擴容升級是指利用一定較小容量的儲能電池設備延緩甚至是免去對原有輸配電設備的擴容，主要應用于負荷接近設備容量的輸配電系統(tǒng)內(nèi)，通過將儲能電池安裝在原本需要升級的輸配電設備的下游位置來延緩或者避免擴容。 （4）變電站直流電源：變電站直流電源是可以為信號設備、繼電保護

34、、自動裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源即蓄電池繼續(xù)提供直流電源的重要設備。 5.3用戶端 儲能電池在用戶端的應用主要集中于用戶分時電價管理、容量費用管理、電能質(zhì)量管理三個方面。其中實現(xiàn)分時電價管理和容量費用管理功能的實現(xiàn)依賴于電力市場中存在分時電價和容量電價體系，目前中國的工業(yè)用電中已經(jīng)存在這樣的電價體系，部分省份的居民用電池也進行了嘗試，因此出現(xiàn)了一些儲能應用的機會。 （1）用戶分時電價管理：電力系統(tǒng)中的負荷總量并不是一成不變的，隨著時間的變化用電量會出現(xiàn)高峰、平段、低谷等現(xiàn)象，電力部門根據(jù)這些特點，將每天24h劃分為高峰、平段

35、、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，即為分時電價。在實施了分時電價的電力市場里，儲能是理想的幫助電力用戶實現(xiàn)分時電價管理的手段。在電價較低時給儲能電池系統(tǒng)充電，在電價較高時放電，通過電池儲能系統(tǒng)給用電設備放電來降低整體用電成本，而且不改變用戶的用電習慣，即使是在電價最高時還可以按自己的需求使用電能。 （2）容量費用管理：儲能電池設備是降低容量費用的方案之一，用戶根據(jù)自己的用電習慣，在自身用電負荷低的時段對儲能電池設備進行充電，在需要高負荷時，利用儲能電池設備放電，從而降低自己的最高負荷，達到減低容量費用的目的。 （3）電能質(zhì)量管理：電能質(zhì)量包括電壓變化、電流變

36、化、頻率偏差等各個方面。應急和備用電源系統(tǒng)是儲備電源，主要作用是保證生產(chǎn)設備運行時所需電能的電能質(zhì)量問題。一些關鍵負荷必須要妥善地設計和啟用應急備用電源，這些電源通常會獨立于公共的電力系統(tǒng)或電力網(wǎng)，用來確保供電可靠性和供電質(zhì)量。其中，應急電源主要是確保故障發(fā)生時，負荷在幾毫秒到幾分鐘的時間段內(nèi)不會中斷運行，直到有穩(wěn)定的電源啟動恢復供電以保證生產(chǎn)設備的電能要求。 5.4輔助服務領域 輔助服務是為了保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電力供應質(zhì)量而開展的一種必不可少的服務，國際上對于輔助服務所包含的內(nèi)容并沒有統(tǒng)一的界定，但一般包括一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、備用、無功補償和黑啟動。 接入電網(wǎng)的儲能電池設備通過

37、進行充放電以及控制充放電的速率的方式，可以達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率的目的，主要輔助電網(wǎng)系統(tǒng)進行二次調(diào)頻。電池儲能設備能運行在非滿負荷狀態(tài)，可以提供本身容量兩倍的調(diào)節(jié)能力（例如，1MW的電池儲能設備在放電和充電時可分別上調(diào)和下調(diào)系統(tǒng)頻率1MW,從而調(diào)節(jié)能力為2MW）。因此，電池儲能設備非常適合提供調(diào)頻服務。與傳統(tǒng)的自動發(fā)電控制（AGC）方式來進行二次調(diào)頻相比，電池儲能設備提供調(diào)頻服務的最大優(yōu)點是響應速度快，調(diào)節(jié)速率大，可以在幾分鐘甚至幾秒鐘的時間內(nèi)在無輸出狀態(tài)以及滿放電狀態(tài)（或充電狀態(tài)）間轉(zhuǎn)換，動作正確率高，能避免火電機組響應AGC信號時出現(xiàn)向相反方向調(diào)節(jié)等錯誤動作。 5.5新能源并網(wǎng)領域 新能源目

38、前主要是指風電、光伏發(fā)電等間歇性能源，因為其的不可控性，難以對其發(fā)電量進行準確的預測，并且其忽高忽低的功率輸出也令電網(wǎng)很難消納。大容量電池儲能技術的應用可以將新能源電源進行電量轉(zhuǎn)移、固化輸出、控制爬坡率等，目的是把新能源電源變成可調(diào)、可調(diào)度的發(fā)電資源。 就以風電為例，大容量電池儲能技術能在電網(wǎng)負荷較低的時候避免“棄風限電”現(xiàn)象，將原本棄掉的風電儲存起來，再在電網(wǎng)負荷高的時候向電網(wǎng)放電，使新能源的可利用小時數(shù)增加。大容量電池設備通過頻繁的充放電進行爬坡率控制，一方面可以更多地利用風力富裕時段的風力發(fā)電，另一方面，對于其他火電機組，可減少機組因調(diào)峰操作造成的磨損、壽命減少以及維護成本，減少電網(wǎng)的

39、調(diào)頻、調(diào)峰壓力。 6大容量電池儲能技術示范工程 近年來，我國也對大容量電池儲能作了積極的嘗試，在一些大城市里，電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)作為功率補償投入了運行，在新能源發(fā)電方面也已做出了國家級的示范工程。 6.1深圳寶清儲能電站 為推動電池儲能在電網(wǎng)中的規(guī)模應用，實現(xiàn)中國兆瓦級電池儲能電站“零”的突破，南方電網(wǎng)與2009年11月啟動“10MW級電池儲能電站關鍵技術研究及試點”工作，建成并投運了一座調(diào)峰調(diào)頻鋰離子電池儲能電站----深圳寶清電池儲能電站。該儲能電站工程規(guī)模為4MW/16MWh,首個兆瓦級儲能分系統(tǒng)已于2011年1月成功并網(wǎng)運行，可實現(xiàn)配電網(wǎng)側(cè)削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)壓、孤島運行等多種電網(wǎng)

40、應用功能。 深圳寶清儲能站位于廣東省深圳市龍崗區(qū)清風大道27號，以2回10KV電纜接入110KV碧嶺變電站，儲能站設計規(guī)模為10MW，分兩期建設，第一期按5MW，10個儲能分系統(tǒng)規(guī)模建設，全站按示范工程標準建設，總用地面積4100，建有配電樓兩層，占地面積1910，主控通信樓占地面積375。采用的是深圳比亞迪公司和中航鋰電公司的磷酸鐵鋰電池，預計使用壽命將超過25年[10]。 6.2國家風光儲輸示范工程 新能源的最好利用方式，應該是與儲能系統(tǒng)相互配合，這樣既能實現(xiàn)間歇性發(fā)電系統(tǒng)的可控性，也能提高發(fā)電效率。我國在這一方面也做了積極的嘗試，就這一想法作了一個重大的國家級科研項目：國家風光

41、儲輸示范工程。 國家風光儲輸示范工程是2010年由國網(wǎng)牽頭，投資近150多億元，選址在河北省張家口市張北縣的一項集風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電于一體的新能源綜合性示范項目，項目包括100MW風力發(fā)電、50MW太陽能光伏發(fā)電和20MW化學儲能項目，目的在于實驗解決新能源并網(wǎng)的一系列難題，引領新能源發(fā)電系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，對以后新能源大規(guī)模并網(wǎng)具有示范性意義。 項目中儲能電池用來解決可再生能源集中發(fā)電并網(wǎng)問題，主要包括降低長期短期的輸出波動、改進電能質(zhì)量、作為不可預期的風電突然跌落的備用等。通過統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，統(tǒng)籌調(diào)配風、光、儲、發(fā)電資源，利用7組不同組態(tài)的運行模式，實現(xiàn)風力發(fā)電、光

42、伏發(fā)電、儲能以及智能電網(wǎng)數(shù)電的油耗互動和智能調(diào)度，進而全面提高電網(wǎng)對大規(guī)?？稍偕茉吹慕蛹{能力。在運行過程中，該項目的電池儲能設備基本可以實現(xiàn)平滑輸出、調(diào)頻、削峰填谷和減少棄風等應用[11]。 7發(fā)展前景 以電池儲能技術為代表的新型儲能技術目前受其經(jīng)濟性的制約，發(fā)展緩慢，但是其前景巨大。在目前這個階段，最主要的任務就是技術攻關，在示范運行的過程中找出技術缺陷，然后改進，使蓄電池的技術性能達到大幅提升，制造工藝不斷改進，包括蓄電池回收技術也將獲得重大改進。最終提高蓄電池的循環(huán)壽命和效率，降低其單位造價，使其適合于商業(yè)化運行。 新能源發(fā)電、分布式發(fā)電、微電網(wǎng)、電動汽車的發(fā)展給大容量電池儲能系

43、統(tǒng)帶來了很大的機遇。而隨著能源互聯(lián)網(wǎng)[12]概念的提出，家用電池儲能系統(tǒng)也會越來越火，大容量電池儲能技術將會在以后得到快速的發(fā)展！ 參考文獻 [1] [M].機械工業(yè)出版社，2012. [2] 蘇偉.化學儲能技術及其在電力系統(tǒng)中的應用[M].科學出版社，2013. [3] 史正軍.MW級電池儲能站在電網(wǎng)中的應用[J].廣東省電力設計研究院，2010：2-3. [4] [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2012. [5] 方彤.電池儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用評價及發(fā)展建議[J].國網(wǎng)研究院，2011：5-6. [6] 新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術研究綜述[J].電工電能

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45、夫金.第三次工業(yè)革命：新經(jīng)濟模式如何改變世界[M].中信出版社，2012. 致 謝 四年的本科生生活結(jié)束了，我能順利完成本科生階段的學業(yè)，并能如期完成我的本科學位論文，這離不開老師、同學、家人和朋友無私的幫助。在此對曾經(jīng)給予我?guī)椭睦蠋?、同學、家人和朋友表示衷心的感謝! 首先，我要特別感謝我的導師賈紅芳講師。這四年來，賈老師在學習上和生活上給了我很大的指導和幫助。我的本科學位論文從選題、開題到完成都離不開賈老師的悉心指導和協(xié)助。賈老師不斷的督促和鼓勵才使我能按時完成論文。賈老師嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度和對學生嚴格要求的作風令人敬佩，使我從中獲益匪淺。同時，我還要感謝宿舍的舍友們，在生活中給予我熱情的幫助和關懷。 最后，感謝我的家人給予我學業(yè)的支持，沒有他們的支持和關懷就沒有我的今天。 再次真誠的感謝所有幫助過我的人!