《储能PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《储能PPT（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光伏发电对蓄电池的基本要求及理想储能方法孟昭渊 无锡尚德太阳能电力有限公司,问题的提出：太阳能光伏发电系统需要储能蓄电池。对于独立功放发电系统需要蓄电池是可以理解的；对于并网光伏发电系统，为了减少太阳能发电对电网稳定的影响，对电网有功分量的补偿只有依靠蓄电池或者其他储能装置。什么是太阳能光伏蓄电池？在光伏界还没有一个统一的认识，于是各个蓄电池生产厂家都纷纷推出自己的所谓太阳能光伏蓄电池，这些蓄电池能够符合太阳能光伏储能的基本要求吗？究竟什么是太阳能光伏蓄电池？对于太阳能光伏发电系统，理想的储能元件应该具备什么技术要求？本文试图通过分析以后解答以上问题。,1：光伏发电对蓄电池（储能系统）的5项基
2、本要,1.1：高的瓦时效率由于太阳电池发电成本比较高，所以蓄电池的充电、放电效率，是太阳能光伏发电储能蓄电池的最重要、最基本的就是指标，但是又是被绝大多数蓄电池生产企业所忽视的指标。 蓄电池的效率分电压效率、安时效率和瓦时效率，前两项是蓄电池广场所关注的，对于太阳能光伏发电系统我们最关心的是瓦时效率，这是因为太阳能光伏发电的成本比较高，我们不希望光伏发电的电能在存储的过程中损失掉，这对于提高太阳能光伏发电系统效率非常重要。目前太阳能光伏发电系统中最大的能量损失在于蓄电池，遗憾的是几乎没有一个蓄电池厂家关注这个问题。普通蓄电池的瓦时效率是随使用时间而变化的，新的铅酸蓄电池的瓦时效率可以达到90%
3、，旧的铅酸蓄电池瓦时效率只有60-70%；再者，蓄电池的瓦时效率是指25条件下的效率，当环境温度在零下或者40以上时实际效率要下降许多，蓄电池的效率往往不被大家注意，其实它对于独立太阳能光伏发电系统非常重要。,1.2：蓄电池应该有比较平坦的充电特性曲线对于小型独立光伏发电系统，系统对MPP（最大输出功率点）的跟踪，绝大多数情况是依靠蓄电池对太阳电池组件工作点的钳位，如果蓄电池的充电特性曲线比较平坦，将有效提高太阳电池的利用效率。即使对于有MPPT（最大输出功率点跟踪）的独立光伏发电系统或者是并网光伏发电系统，由于有了比较平坦的充电特性曲线，MPPT里面的DC/DC变换器的电压差可以做到最小，所
4、以跟踪效率将有所提高。,1.3：充电放电循环次数多充电放电循环次数多实际上是表现在使用的寿命长，这是一个非常重要的指标。当然，这里还涉及放电深度问题、使用环境温度问题、充放电倍率问题；单体电池串联、并联的平衡问题等等；它们虽然重要，但目前还不是最重要的问题，许多企业仅仅在上面某个指标上有所突破，就标称是太阳能光伏蓄电池，是及其不妥的。,1.4：不污染环境如果蓄电池在充电、放电过程总中或者废弃回收过程中污染了环境，这种蓄电池就悖于太阳能光伏发电绿色环保的初衷，抵消了太阳能电池的就能减排效果；在这方面物理法储能要独特的优势。,1.5：性能价格比高，电能储存成本低 这里，我们引进一个“1kwh电能储
5、存成本”的概念：K=Q/ CT K：1kwh电能储存成本 Q：储能装置1kwh的价格；如某12v/50Ah的蓄电池200元，Q=200/1250/1000=333.3元 T：使用寿命，24小时充电、放电循环一次 C：修正系数，即：蓄电池或者储能装置的瓦时效率 例：12v/50Ah的蓄电池200元，瓦时效率C=80%，循环次数300； K= Q/ CT=200/1250/1000/0.8300=333.3/240=1.39元除了以上4个要求以外，性能/价格比要求要高，过高的价格是没有市场竞争力的。量化的概念是：存储1Kwh电能的价格，它的高低将直接体现出蓄电池的价格和使用寿命。,2：磷酸铁锂蓄电
6、池 这里要特别推荐磷酸铁锂蓄电池，它有可能是目前太阳能光伏系统最理想的化学储能元件。它的主要特点是： 1）磷酸铁锂蓄电池的瓦时效率在使用寿命期内平均可以达到95%以上。 2）超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的5倍以上。 3）体积小、重量轻，同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池的1/3。 4）磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质不会对环境构成任何污染被世界公认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中，均无污染，因此该
7、电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。 5）单体3V电压，适合与白颜色LED直接高效率匹配，小型太阳能光伏照明电器所用的光源大部分是LED，不同颜色的LED的工作电压是不同的，如果不考虑到这个因素，随便使用蓄电池，难免就需要DC/DC变换电路，DC/DC变换电路是有能量损失的，尤其是小功率的小型太阳能光伏照明电器中使用的DC/DC变换电路，效率比较低70%左右。如果认识到不同的蓄电池的标称电压是不同的，只要巧用蓄电池的标称电压，不同的LED采用 不同标称电压的蓄电池，就可以达到予想不到的效果。例如，对于用工作电压3V左右白颜色LED设计的1W
8、太阳能应急照明灯，无论用锂离子蓄电池、镍氢蓄电池，铅酸蓄电池都组合不出3V的标称电压，通常要用DC/DC变换电路或者比较大的限流电阻，系统效率比较低。如果采用磷酸铁锂蓄电池（单体电压3V），就可以不用DC/DC变换电路，只要比较小的限流电阻，效率提高和成本下降。,3：飞轮电池 飞轮储能是一个古老的技术。近年来,飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。为进一步减少轴承损耗，人们想到去掉轴承，用磁铁将转子悬浮起来， 超导磁悬浮原理是这样的：当我们将一块永磁体的一个极对准超导体，并接近超异体时，
9、超导体上便产生了感应电流。该电流产生的磁场刚好与永磁的磁场相反，于是二者便产生了斥力。由于超导体的电阻为零，感生电流强度将维持不变。若永磁体沿垂直方向接近超导体，永磁体将悬空停在自身重量等于斥力的位置 上，而且对上下左右的干扰都产生抗力，干扰力消除后仍能回到原来位置，从而形成稳定的磁悬浮。若将下面的超导体换成永磁体，则两永磁体之间在水平方向也产生斥力，故永磁悬浮是不稳定的。 利用超导这一特性，我们可以把具有一定质量的飞轮放在永磁体上边，飞轮兼作电机转子。当给电机充电时，飞轮增速储能，变电能为机械能；飞轮降速时放能，变机械能为电能。由上式可知，飞轮储能大小除与飞轮的质量（重量）有关外，还与飞轮上
10、各点的速度有关，而且是平方的关系。因此提高飞轮的速度（转速）比增加质量更有效。但飞轮的转速受飞轮本身材料限制。转速过高，飞轮可能被强大的惯性离心力撕裂。故采用高强度、低密度的高强复合纤维飞轮，能储存更多的能 量。目前选用的碳纤维复合材料，其轮缘线速度可达1000米秒，比子弹速度还要高。正是由于高强复合材料的问世，飞轮储能才进入实用阶段。,飞轮电池储能小型太阳能发电站设想： 飞轮电池有诸多应用领域，这里主要结合太阳能发电介绍了它在分布式发电系统中的应用设计了一款存储1.0 kWh电能，输出功率额定功率40W的供太阳能发电装置使用的飞轮电池。它的使用寿命为20年，预计销售价格在2000元。,4：超
11、导储能用于储能的超导技术已经开始显现极有前景的成果。其工作原理是能量储存在绕组的磁场中， 绕组的电阻依赖于温度。对于大多数导体材料，温度越高，电阻越大。如果绕组温度下降，电阻也会下降，所示。某些材料中，电阻会在某个临界温度时急剧下降到精确零欧。该点标为F，。在此温度以下，再无需 电压来驱动绕组中的电流，绕组的端口可以被短接在一起。电流会在短路的绕组中永远不停地持续流动，相应的能量也就永远存储在绕组中了。一个绕组具有零电阻，就称作获得了超导状态，而绕组中的能量就被“冻结”了。虽然超导现象在几十年以前就发现了，但是直到20世纪70年代，工业界才开始对开发其实际应用感兴趣。在美国，通用电气公司、西屋
12、研究中心、威斯康星大学以及其他单位已经在该领域做了先期工作。超导储能有几方面的优势： 1)充放电循环的双程效率高达95，这比其他任何技术都高。 2)寿命更长，可达30年左右。 3)充放电时间能够极短，若需要在短时间内提供很大功率，超导技术比较 有吸引力。 4)除了在低温制冷元件中以外，主系统中没有运动元件。,5：压缩空气储能 压缩空气根据压力体积关系进行储能，它可以存储电厂(热、核、风或光伏)的剩余能量，然后在贫电时期或峰值负荷的时候供电。压缩空气储能系统由以下组成：空气压缩机、膨胀涡轮机、电动机一发电机、架空储罐或者地下储槽。压缩空气系统可以工作在恒体积模式或者恒压力模式 恒体积压缩时，压缩
13、空气储存在压力罐中、矿洞中、枯竭的油田或气田中或者废弃的矿井中。然而这种系统有一个缺点，即空气压力随着压缩空气从储存空间中逐渐耗尽而不断下降，电力输出也就随着空气压力的下降而减少。 恒压力压缩时，空气储存在地上的变容罐中或地下含水层。利用罐盖上的重量，变容罐可以维持压力恒定。如果利用地下含水层，压力可以近似保持恒定恒压力压缩时，空气储存在地上的变容罐中或地下含水层。1利用罐盖上的重量，变容罐可以维持压力恒定。如果利用地下含水层，压力可以近似保持恒定，不过存储体积会增加，因为空气排走了周围岩石中的水。发电过程中，被压缩空气排走的水只会引起存储压力下降几个百分点，可以保持发电速率所必需的恒定。运行
14、能耗应包括为压缩空气的冷却，以耗散压缩产生的热量。否则，空气温度会升至1000。C结果使得存储容量缩水，并且对矿井的岩壁有负面影响。当能量释放时，能量还会由于降温效应发生损失。 压缩空气储能系统的储能效率是一系列元件效率的函数，例如压缩机效率、电动机一发电机效率、热损失和压缩空气泄漏。据估计，总体的双程能效约为50.通常压缩空气储存在岩洞、废矿井、放弃的管道里。热损失和压缩空气的泄漏将直接影响系统的效率。,6：抽水储能 抽水蓄能电站是一种比较成熟的储能方法。但是，以太阳能光伏发电为目的安装的抽水蓄能电站还很少见到。为此，我们首先要分析、了解现有的抽水蓄能电站，探讨在太阳能光伏发电系统中应用的可
15、能性。 现抽水蓄能电站主要是利用电网中负荷低谷时的电力，由下水库抽水到上水库蓄能,待电网高峰负荷时,放水回到下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。在许多电网中因峰谷差扩大和多种经济原因，迫切要求调峰电源。抽水蓄能电站既是良好的调峰电源又具有电网调度上的高度灵活性。它与常规水电站相比，除了具有相同的调峰、调相和备用的功能外，还能利用电网低谷时的电力（称填谷），把电网内成本低的电能，转换为成本高，售价也高的峰荷电能，故可为整个电网带来经济效益。 早期的抽水蓄能电站是扩建常规水电站，使既有发电机组又有抽水机组,称混合式抽水蓄能电站,其后则向纯抽水蓄能电站发展。西欧几座较早的大型抽水蓄能电站均采用水轮
16、机与水泵分开，仅发电机与电动机合并的三机式机组。例如卢森堡境内的菲安登抽水蓄能电站的第一期工程，它是西欧联合电网中的一座重要调峰电站。装 9台10万kW机组，为三机式非可逆卧式机组,选用地下厂房。自从美国田纳西河流域的海沃西水电站1956年扩建时,采用一台6万kW水轮机与水泵合一的大型可逆式机组取得成功后，这种二机式可逆机组得到迅速推广。它不仅是发电机与电动机合一，水轮机与水泵也合一，因此机组大量简化，厂房空间也大为缩小。 抽水蓄能的另一个在技术上已经成熟的特点是：已经有了技术标准体系，下面是有关抽水蓄能电站的行业标准。 DL/T 5172-2003 抽水蓄能电站选点规划编制规范(2008-1
17、0-10) DL/T 5172-2003 抽水蓄能电站选点规划编制规范 条文说明(2008-10-10) DL/T 5208-2005 抽水蓄能电站设计导则(2008-10-10) DL/T 5208-2005 抽水蓄能电站设计导则 条文说明(2008-10-10),7：钒液流蓄电池 7.1钒电池的发展概况 液流电池是化学储能的最好方法之一，钒电池是液流电池的一种，所以它具有液流电池电池的各种优点：储能规模大、电池尺寸没有限制、可以深度放电、安全性好、无污染、寿命长等。钒电池近年在国内外都有飞速发展，从2001年2006年国际上已经建立了16座大型钒电池液流电池储能示范工程，最大的是2006年
18、8月在爱尔兰建立的2MW的大型钒电池液流电池储能示范工程，应用于风力发电储能。我国在1995年开始研究钒电池，主要的研究单位有： 中科院大连化物所：大化所2005年获得国家863资助，于2006年初建成10kW级样机，并通过由科技部专家组的验收和辽宁省成果鉴定。2007年再次得到863计划资助，将组装100kW钒电池样机。大化所钒电池演示系统也正在运行中。演示系统是由钒电池以及钒电池供电带动的一个液晶显示屏组成。钒电池系统设计为2kW,8kWh，每天运行2次，每次2小时，进行寿命试验。自2007年7月至2008年7月该系统已不间断工作8800小时。大化所在钒电池研究中总计已投入1千万元，课题组目前有各类研究人员20多人，且工程开发能力强。组装的100kW电池堆，目标成本为3000元每千瓦时。,
