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1、储能元件电特性的综述摘要随着地球不可再生的数量逐渐减少，可再生资源的利用显得越来越重要，所 以基于可再生资源利用的基础上的储能技术的发展也在这个行业占据着举足轻 重的地步，解读储能技术及元件的一些基本知识和未来的产业相关的一些政策对 我们认识这个新兴技术有着很大的帮助，而且对其基本的电特性分析也有助于， 让我们从比较专业的角度去了解储能技术及元件。引言：本篇文章将从储能技术及元件的背景，简介，政策和发展，电特性的原理等几 个角度来解读储能技术及元件。储能的背景:电力系统从出现到距今已经有几乎130年的时间了，1882的爱迪生直流配电系 统到2012年的智能电网的发展趋势，电力这方面的发展可以说
2、是坐上了高速列车 一般，虽然电力方面发展得十分地快速，不过地球的目前的不可再生资源（泛指 煤矿资源等）越来越少，电力方面急需在可再生资源方（指的是水电风电太阳能 等等）面取得突破性的成果，但是可再生资源的利用无法像不可再生资源的利用 那么具有时间上的连续性，所以需要发展不可再生资源的一个很重要的关键部分 就是储能元件加上电力汽车的发展。储能元件的简介：现在主要的储能元件是物理储能（如飞轮储能）、电化学储能（如钠硫电池、液 流电池、铅酸池、镍镉电池、超级电容器等）、电磁储能（如超导电磁储能等）。 它们读应用于不同的场合例如，适用于电网调频和电能质量保障，钠硫电池在 300C的高温环境下工作，锂离
3、子电池，镍镉电池用于普通的小电器，超级电容 器，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量峰值功率场合， 如大功率直流电机的启动支撑、态电变压恢复器。但是储能元件的现在面临着十 分多的问题，比如说化学储能，它的使用寿命相对来说十分短，飞轮储能的问题 是能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其 优势，超导电磁储能的问题是导电磁储能仍很昂贵，除了超导本身的费用外，维 持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观，而汽车电池的问题在 于其储能容量不足而且供其充电的地方太少。储能技术的政策及发展：在储能技术的发展过程中需要的是政府的一些政策的导向，不然发展会
4、遇到 的瓶颈会更大。中国方面近几年出台了一些政策： 06 年的可再生能源法， 07 年 的可再生能源中长期发展规划， 07 年的可再生能源配额制（ RPS ， 08 年的可再 生能源发展“十一五”规划， 10 年的可再生能源法（修正案）， 这些政策预示 着国家已经加大了对于新兴能源的补贴，和对于新兴能源产业企业的倾斜。而各 国也相继对储能技术方面提供很多的政策，比如拿美国来说，对于与储能相关的 电动汽车来说美国州政府和联邦政府已经采取慷慨的退税措施，鼓励消费者购买 电动汽车。电动汽车购买者可以获得高达 7500美元的联邦税收优惠。除此之外， 奥巴马政府还拨款 4 亿美元，用于交通运输部门的电气
5、化建设。目标之一是在 2013 年年底前建设 2 万个充电站并投入使用。而日本对储能相关的再生能源的 产业的政策是这样的，神奈川县投入 8.66 亿日元在爱川町建大规模太阳能发电 站，计划2013 年投入运营，发电能力为2000千瓦;新潟县对 2011年建成的太阳 能发电站增加投入 4 亿日元发电设备，目标是至 7 月份使发电能力翻番，达到 2000 千瓦;冲绳县利用海水温差驱动涡轮发电技术，计划年内在久米岛开动建设 发电站，2013 年上半年开始运营，最大发电能力 100 千瓦;佐贺县、长崎县正研 究将海潮、波浪的能量转换为可利用能源;秋天县利用地热建设蔬菜大棚控温系 统。还有包括德国和巴西
6、的很多国家对于储能相关产业都给予了很大的政策的优 惠。课题的意义及原理：在这次的毕业设计里面我所要做的是对不同种类的储能元件进行电特性的 分析与了解，所谓的电特性包含了充放电的曲线，电池的等效电路，功率，能量， 电压，电流的时间函数以及曲线所导出的数学模型，而充放电曲线反应电荷量随 时间的变化规律；因为受储存空间、储存量固定，同性电荷相斥等原因，其过程 表现为非线性，按e的指数规律变化。而充放电的大致过程如下：开始时空间宽 敞，存放容易；随着电荷量的增加，空间变小、同行电荷有排斥力，堆放困难， 存放速度变慢，饱和后就放不进去了。放电过程中，受全部电荷排斥力等因素的 作用，泄放速度很快；随着存放
7、电荷的减少，由于原存放空间对电荷的排斥力变 小等，电荷的泻放速度变慢，当存放电荷空间所剩无几时也趋缓慢，最后会完全 散失干净。对于储能元件进行电特性的分析与推导的意义十分重要。对于基本的 储能元件的电特性曲线的推导，以及模型的建立或者说找出一个典型的线函数来 表示特性曲线对于储能元件特别是电池来说，是一项最基本的做法。无论对于储 能元件的生产商或者对于使用者来说都是这样。对于生产者而言，电特性曲线是 其用来开发适用于何种场合的电池，也包括了，使用何种材料比较能节约成本， 提高企业的利润，而对于使用者来说，能根据曲线选择一个价格或者性能都合适 的电池，从经济和耐用角度有更多的选择。实验的步骤和方
8、法：制作储能元件的电特性曲线和推算出其模型不是一件十分轻松的事情，我 使用的软件为BPA仿真软件。这款软件用于电力系统分析计算的集成工作环境， 该仿真平台将 BPA 潮流计算、稳定计算、以及绘图等程序有机地结合起来，能 够提供强大专用的文本编辑环境，方便地编辑计算数据文件，并为数据的填写、 定位、查错提供强大的支持。我做的步骤一般如下： 1，先确定其不同的温度值， 对于储能元件而言，不同的温度值时候，其充放电的特性曲线会发生一定的变化， 如果不确定温度的话得出的曲线会偏离实际的状况得到的数学式子也会不同。 2 在不同温度下仿真得到不同的电压电量的充放电特性曲线。 3，对这些充放电特 性曲线，进
9、行数据分析。每一个温度下的充放电特性曲线所反应的数据是不同的， 所以只有分开来分析才有意义。 4 对分析得到的数据进行相应的数学模式推导， 因为特性曲线都像一条有规律的函数曲线，所以找出这条函数曲线相对应的函数 是这个毕业设计最重要的一环，也是结果。 5 对所得到的函数进行的验证，看其 是否具有普遍性，也看其是否能适应绝大多数的储能元件。 6 完成了以上的数据，函数以后，开始写毕业论文。别人对于储能技术及元件的看法：1 在电力系统的应用：电池储能在电力系统中有着极为广泛的应用，因为它本身可以快快速的对接 入点的有功功率和无功功率进行调节，所以可以用来提高系统的运行稳定性，提 高供电质量，当其容
10、量相对大时，可以发挥其调峰的作用。现阶段，我们对电池 储能系统的应用，主要有两点。1.1 电池储能系统在发电侧：当电池储能系统接在这个位置时，它主要用来提高发电机的稳定运行能力。 当发电机受到扰动时它可以迅速的吸收不平衡功率，缓解转子的震荡 ,使发电机 在受到各种扰动时，输出的状态量更加稳定。1.2把电池储能系统接在负荷侧：当电池储能系统接在这个位置时，它可以快快速的对接入点的有功功率和无 功功率进行调节。当系统发生扰动时，它可以迅速地稳定功率，平稳负荷的母线 电压，很好地稳定系统电压。保证用户电压的光滑性。从而能有效地提高供电的 电能质量。2 电动汽车充电对于电网的影响：2.1 电动汽车充电
11、对配电网的影响：电动汽车充电不仅会影响配电网的负荷平衡，而且会给配电网带来其它问 题。电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区的负荷紧张；电动汽车充电时间 的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。2.2 电动汽车充电时间选择对配电网的影响电动汽车的充电时间。充电时间场景的设置需要根据电动汽车使用者的用车 习惯、上下班时间以及引导政策等来进行。在研究中，可以从电网运营者角度进 行设置，也可以从电动汽车使用者方便性方面进行设置。不同的充电时间对电网 的影响非常大，如果在峰荷时间进行充电将加重电网负担，而如果在非峰荷时间 进行充电将减小充电对电网的冲击。3.封闭铅酸电池等效电路rhO： +
12、2(H+ 4-+HzSOj KFbSCi冷喇十心U (PbSO* 右土(.FbSO片反应（1）和反应而分别在两位置进行，前者在团粒表面后者在骨架表面，根据以可以 给出表达式。w 严*4 i f |a e * p cm | r (. | 4 s w li i . iz* hp. y ii = nFAKa ；芷 KlQJI-和dT_ 丄击一 nFA关于可溶性lT）可写出扩散方程:由式（2）可得出由3式和4式，根据法拉第阻抗，/一1 rTRT . RT ,只-RT &nF厂十 j込:FSC nF ；. nFP0 W，式5 退化为二阶微分方程，和列（6）（7）的边界条件可得M -r- Jj 远,心.=
13、“ + * *由（8）可得联立（10）和（11）带入（9）得，RT RT 厶=耐十評企瓦F：12)T _/甌 _j_*Th+TTZcZ応十问r;并给出图2 的正极法拉第等效电路和各元件的关系结论：储能技术是一项对于缓解能源危机的重要的技术，对其元件进行的电特性的 分析是制作一个元件基础中的基础。参考文献：1俞振华.大容量储能技术的现状与发展.北京纵深 特别报道2 escn .我们储能相关的产业政策. http:/ liuyong.美国电动汽车发展期待智能电网的支撑.、http:/ liuyong.日积极推动可再生能源的利用.http:/ 孔令怡 廖丽莹 张海武 赵家万. 电池储能系统在电力系统中的应用 . 电气开关2008年 第5期.第3页.高赐威 张亮.电动汽车充电对电网影响的综述.电网技术.2011年2 月.35卷.2期.6 陈体衔封闭铅酸电池等效电路.电池.1994年12月.24卷6期.255259
