摘要：隨著全球電力需求逐年上升，用電高峰和低谷的負荷差距越來越大，磷酸鐵鋰離子電池儲能電站（系統）作為一項新興技術，將給電網儲能領域帶來革命性的技術更新，具有巨大的社會效應和經濟效應。關鍵字：儲能、磷酸鐵鋰離子電池、發展前景

1.概述

大容量電池儲能系統在電力系統中的應用已有20多年的歷史，早期重要用于孤立電網的調頻、熱備用、調壓和備份等。電池儲能系統在新能源并網中的應用，國外也已開展了一定的研究。上世紀90年代末德國在Herne1MW的光伏電站和Bocholt2MW的風電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲能系統，供應削峰、不中斷供電和改善電能質量功能。從2003年開始，日本在Hokkaido30.6MW風電場安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池（VRB）儲能系統，用于平抑輸出功率波動。2009年英國EDF電網將600kW/200kWh鋰離子電池儲能系統配置在東部一個11KV配電網STATCOM中，用于潮流和電壓控制，有功和無功控制。

總體來說，儲能電站（系統）在電網中的應用目的重要考慮負荷調節、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質量、孤網運行、削峰填谷等幾大功能應用。比如：削峰填谷，改善電網運行曲線，通俗一點解釋，儲能電站就像一個儲電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲存起來，在用電高峰的時候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費；此外儲能電站還能減少線損，新增線路和設備使用壽命；優化系統電源布局，改善電能質量。而儲能電站的綠色優勢則重要體現在：科學安全，建設周期短；綠色環保，促進環境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。

2.系統架構

在本方法中，儲能電站（系統）重要配合光伏并網發電應用，因此，整個系統是包括光伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統（BMS）、逆變器以及相應的儲能電站聯合控制調度系統等在內的發電系統。系統架構圖如下：

1、光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對鋰離子電池組充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電；

2、智能控制器根據日照強度及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統工作的持續性和穩定性；

4、并網逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的380V市電接入用戶側低壓電網或經升壓變壓器送入高壓電網。

5、鋰離子電池組在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大用途。它將光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。

3.儲能電池組

(1)電池選型原則

作為配合光伏發電接入，實現削峰填谷、負荷補償，提高電能質量應用的儲能電站，儲能電池是非常重要的一個部件，必須滿足以下要求：

容易實現多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流；

電池容量和性能的可檢測和可診斷，使控制系統可在預知電池容量和性能的情況下實現對電站負荷的調度控制；

高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在極限情況下，即使發生故障也在受控范圍，不應該發生爆炸、燃燒等危及電站安全運行的故障；

具有良好的快速響應和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力；

較高的充放電轉換效率；

易于安裝和維護；

具有較好的環境適應性，較寬的工作溫度范圍；

符合環境保護的要求，在電池生產、使用、回收過程中不出現對環境的破壞和污染；

(2)重要電池類型比較

閥控式鉛酸蓄電池

閥控式鉛酸蓄電池已有100多年的使用歷史，非常成熟。以其材料普遍、價格低廉、性能穩定、安全可靠而得到非常廣泛的應用，在已有的儲能電站中，鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有致命的缺點，重要就是循環壽命很低，在100%放電深度（DOD）下，一般為300~600次。其次比能量也較小，要占用更多的空間，充放電倍率也較低，再者，在電池制造、使用和回收過程中，鉛金屬對環境的污染不可忽視。

全釩液流電池

全釩液流電池是一種新型的儲能電池，其功率取決于電池單體的面積、電堆的層數和電堆的串并聯數,而儲能容量取決于電解液容積，兩者可獨立設計，比較靈活，適于大容量儲能，幾乎無自放電，循環壽命長。全釩液流電池目前成本非常昂貴，尤其是高功率應用。只有推進產業化，才能大幅度降低成本，另外還要提高全釩液流電池的轉換效率和穩定性。

鈉硫電池

鈉硫電池作為新型化學電源家族中的一個新成員出現后，已在世界上許多國家受到極大的重視和發展。鈉硫電池比能量高，效率高，幾乎無自放電，可高功率放電，也可深度放電，是適合功率型應用和能量型應用的電池。但是鈉硫儲能電池不能過充與過放，要嚴格控制電池的充放電狀態。鈉硫電池中的陶瓷隔膜比較脆，在電池受外力沖擊或者機械應力時容易損壞，從而影響電池的壽命，容易發生安全事故。還存在環境影響與廢電池處置問題。目前世界范圍內僅有日本NGK產品已經成功，國內已有上海硅酸鹽研究所研制成功的報道。由于日方原因，我國引進NGK鈉硫電池系統一直沒有成功。目前應用難度較大。

磷酸鐵鋰離子電池

有關鋰離子電池，目前可應用于電力用途的只有磷酸鐵鋰離子電池，所以，在此我們所涉及的鋰離子電池僅針有關磷酸鐵鋰離子電池。鋰離子電池單體輸出電壓高，工作溫度范圍寬，比能量高，效率高，自放電率低，在電動汽車和靜態儲能應用中的研究也得到了開展。初始投資高是影響鋰離子電池在靜態儲能廣泛應用的重要因素之一；深度放電將直接降低電池的使用壽命，限制了鋰離子電池在充電源隨機性較大的場合的應用；采用過充保護電路或均衡電路，可提高安全性和壽命。目前磷酸鐵鋰離子電池由于成本低、安全可靠和高倍率放電性能受到關注。

從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強的競爭力，鈉硫電池和全釩液流電池未形成產業化，供應渠道受限，較昂貴。從運營和維護成本來看，鈉硫要持續供熱，全釩液流電池要泵進行流體控制，新增了運營成本，而鋰離子電池幾乎不要維護。根據國內外儲能電站應用現狀和電池特點，建議儲能電站電池選型重要為磷酸鐵鋰離子電池。

4.儲能電站（系統）整體發展前景

全球能源緊缺，新興能源產業的發展勢在必行，但風能、太陽能等清潔能源受環境影響較大，功率不穩定，致使傳統電網無法承載，大量能量被浪費。重要原因之一就是：儲能技術落后，現有儲能電站無法實現功率補償，無法滿足功率平滑的需求。可以說，儲能電站的發展已成為新能源開發的核心之一。

除光伏發電系統外，儲能電站也廣泛適用于如下場合：

(1)、負荷波動大的廠、公司、商務中心等；

(2)、要具備黑啟動功能的發電站；

(3)、發電質量有波動的風能和潮汐能發電站；

(4)、要夜間儲存能量以供白天使用的核能、風能等發電設施；

(5)、因環保原因限制小型火力調峰發電站或其它高污染發電站發展的區域；

(6)、戶外臨時大型負荷中心。

采用磷酸鐵鋰離子電池這一儲能技術為核心的儲能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲能等現有儲能技術，具有明顯的成本和運行壽命優勢，經濟效益突出，需求巨大，應用前景廣闊。隨著全球電力需求逐年上升，用電高峰和低谷的負荷差距越來越大，磷酸鐵鋰離子電池儲能電站（系統）作為一項新興技術，將給電網儲能領域帶來革命性的技術更新，具有巨大的社會效應和經濟效應。