储能电源的应用及其意义

储能电源的应用及其意义

储能系统可以说是调节微电源性能、保证负荷供电质量、维持电网稳定的重要环节，因此研究储能系统设计、开发储能在微网技术中的应用具有十分重要的意义。

1、微网的储能技术种类及其特性

伴随着科技的发展，已发明的储能技术形式多种多样。根据微网的特点，适用于微网的储能技术可以分为物理储能、电化学储能和电磁储能，电化学储能可以分为铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能，电磁储能包括超级电容储能和超导磁储能等。

1．1蓄电池储能系统构成

蓄电池储能系统主要由电池组、电池管理系统(BM S)、(PCS)、隔离变压器、双向变流器、变流器监控装置及辅助设备。系统可以满足频繁充放电及微网孤岛运行功能的需求。系统可根据上级调度指令完成各种充电、放电等高级控制策略，在微电网中应用最为广泛且最具有发展前途。

能量控制装置PCS控制器通过LAN通信信道接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PC S控制器通过CA N接口与电池管理系统通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

1．2铅酸电池

铅酸电池主要由铅及其氧化物构成，电解液是硫酸溶液。荷电状态下，主要成分为二氧化铅，主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅，以密度为1．28～1．32 g／m L(浓度为27％～37％)的硫酸溶液作为电解液，统称为铅酸蓄电池(亦称“铅蓄电池”)。目前铅酸蓄电池在电力系统应用领域的研究重点是电力调峰、提高系统运行稳定性和提高供电质量。阀控铅酸电池的电化学反应式如下：

充电：2 PbSO 4+2 H 2O=PbO 2+Pb+2 H 2 SO 4(电解池)阳极：PbSO 4+2 H，O一 2 e=PbO+4 H S0 4 2一阴极：PbSO 4+2 e=Pb+SO 4 z当溶液的密度升到1．28 m L时，应停止充电：放电：PbO 2+Pb+2 H SO 4=2 PbSO 4+2 0(电解池)负极：Pb+S0 4 2一一2 e-=PbSO 4正极：PbO 2+4 H S0 4一+2 e~PbSO 4+2 H 2O

1．3锂离子电池

目前锂离子电池的负极一般采用石墨或其嵌锂化合物，正极为氧化钴锂LiC oO：、Li N i O：及L i M n O等过渡金属氧化物，电解液采用锂盐液态非水电解液。锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为新兴的正极材料，其安全性能与循环寿命较其它正极材料具有明显优势。锂电池具有以下几个特点：能量密度高，其理论比容量为170 m A h／g，产品实际比容量可超过140 m A W g(0．2 C，25℃)；储能密度高；工作电压适中(单体工作电压为3．7 v或3．2 V)；寿命长；正常使用条件下，2 500次循环后电池放电容量不低于初始容量的80％；无害，不含任何对人体有害的重金属元素；充放电转化率高(90％以上)。但是，锂离子电池性能易受工艺和环境温度等因素的影响。

1．4超级电容器

超级电容器是一种新型储能装置，通过极化电解质来储能。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。超级电容器具有比功率大、充电速度快的优点，适合大电流和短时间充放电的场合，且使用寿命长，不易老化，是一种绿色能源，缺点是能量存储率有限，价格较为昂贵，还不能完全取代蓄电池提供能源，在电力系统中多用于短时间、大功率功率输出的场合。

1．5飞轮储能技术

飞轮储能以动能的形式存储能量，经过功率变换器，完成机械能一电能相互转换。飞轮储能比功率一般大于5 kW／kg，比能量超过20 W h／kg，循环使用寿命长，工作温区较宽，无噪声，无污染，最大能量已达 5 kW'hp。飞轮储能的特点是寿命长、无污染、维护量小，但能量密度较低，可作为蓄电池系统的补充。

1．6超导磁储能技术

超导磁储能系统利用由置于真空绝热冷却环境的超导线圈把电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，需要时再将储存的能量送回电网或作它用。超导磁储能系统功率密度高，响应时间短，储能量大。

1．7其他储能技术

除了上述的几种储能方式外，在电力系统中储能方式还有抽水蓄能、压缩空气储能等。抽水储能在现代电网中大多用来调峰，在集中式发电中应用较多。压缩空气储能通常应用在调峰用燃气轮机发电厂，对于同样的电力输出，它所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40％。

镉镍蓄电池与铅酸蓄电池一样，被列为不环保电池，充电效率较高，放电时端电压变化不大，内阻较小，且对充电环境要求不高。氢镍电池是镉镍电池的改良，无记忆效应且无环境污染。但以上两种储能技术在电力系统中的实际应用较少，在推广应用前仍需经历长期的安全性和可靠性的运行检验。

钠硫电池正、负极活性物质有强腐蚀性，对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻；电池的充放电状态(so c)不能准确在线测量，需要周期性的离线度量；运行温度在3o0～350℃，需要附加供热设备来维持温度；并且钠硫电池仅只在达到300℃左右下才能运行，由此造成启动时间很长，这在一定程度上限制了其应用，而且技术门槛较高。

液流电池具有循环寿命长(大于16 000次)、蓄电容量大、能量转换效率高、可以频繁充放电，已成为规模储能领域的重要技术。输出功率为数千瓦至数十兆瓦，储能容量数小时以上级的规模化固定储能场合，液流电池储能具有明显的优势，液流电池还没有进入大规模商用阶段。

2、储能技术的混合应用

2．1微电网对储能设备的要求

储能技术应用模式可以分为容量型和功率型两种，不同的应用模式和应用场合对储能技术性能指标提出了不同的要求。

电力系统削峰填谷、频率调节以及系统备用等应用模式对储能设备的容量提出了较高的要求，是容量型的储能应用模式。另一方面，系统稳定控制和电能质量调节应用模式则是功率型的储能应用模式，要求储能系统具备快速的响应速度，能给予电网足够的瞬时功率动态支撑。

大容量储能技术的应用打破了电力供需实时平衡的限制，其大规模应用可有效降低昼夜峰谷差、提升电网稳定性和电能质量水平、促进新能源大规模接入电网。储能技术在电力系统中的应用已成为未来电网发展的一个必然趋势。

2.2选择方案比较

在物理储能方式中抽水蓄能和压缩空气储能具有规模大、能量转换效率高、循环寿命长和运行费用低等优点，但要受到外部条件的限制，需要特殊的地理条