一文读懂储能基础知识
一文读懂储能基础知识
储能技术是当前能源领域的重要发展方向,对于构建稳定、高效的能源系统具有重要意义。本文将从储能的基本概念、分类、系统组成以及应用场景等多个维度,为您全面解析储能技术的基础知识。
基本介绍
广义定义:储能即能量的存储。是指通过介质或者设备,把能量存储起来,基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。
狭义定义:针对电能的存储。指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来,并在需要时以电能形式释放的一系列技术和措施。(后续介绍中均为狭义定义下的电力储能)
术语和定义
电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS):是一个利用采锂电池或铅电池作为能量储存载体,一定时间内存储电能和供应电能的系统,而且提供的电能具有平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。
电芯(Battery Cell):单个电池,电池的最小单元。
电池模组(Battery Module/Pack):一系列单个电池的标准封装。
电池架/簇(Battery Rack/Cluster):一系列电池模组组成的储能单元。
电池汇流柜(Battery Collection Panel, BCP):介于电池机架和储能逆变器之间,类似于光伏直流汇流箱。
储能变流器(Power Conversion System, PCS):双向直流交流逆变器。
电池管理系统(Battery Management System, BMS):智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
能量管理系统(Energy Management System, EMS):是一种集软硬件于一体的智能化系统,用于监控、控制和优化能源系统中的能量流动和能源消耗。它基于数据采集、分析和决策支持技术,能够实时监测能源设备的运行状态、能源消耗情况以及环境条件,从而实现对能源的高效管理和优化。
暖通空调系统(HVAC):通常用在电池集装箱内,保证电池通风散热和保暖。
电池容量(Battery Capacity):能够容纳或释放的电荷Q,即电池容量(Ah)=电流(A)x放电时间(h),单位一般为Ah(安时)。比如储能电池标注96Ah,那么在工作电流为96A的时候,理论上可以使用1小时。
电池能量(Battery Energy):电池储存的能量,单位为Wh(瓦时),能量(Wh)=电压(V)x电池容量(Ah)。例如3.2V/96Ah的电池,其能量为307.2Wh,而如果我们把4节这样的电池串联,就组成了一个电压是12.8V,容量为96Ah的电池组,虽然没有提高电池容量,但总能量确提高了4倍。
充放电速率(C-Rate):放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值, 它在数值上等于电池额定容量的倍数。即:充放电电流(A)/额定容量(Ah),其单位一般为C(C-rate的简写),如0.5C,1C等。
保证发电容量(Guaranteed power capacity, GPC):储能系统在规定的使用时间内放出的最低容量。
循环效率(Round-trip Efficiency,RTE):考虑充放电时的设备损耗及自耗电后,电池充满状态下AC端放出的全部电量与AC端充满所需的电量之比。
循环寿命(Cycle life):电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命指的是电池可以循环充放电的次数。即在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行充放电,计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。日历寿命是指电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(容量衰减到80%)的时间跨度。一般业主可能会考核两者的较小值。
储能分类
按技术路线分:
- 机械类:抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能
- 电气类:超级电容器储能、超导储能
- 电化学类:铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池
- 化学类:合成天然气、电解水
- 热储能:储热、储冷、相变
储能技术分类对比图
按功能分:
功率型储能:这类电源适合小电流长时间放电,功率密度不高。 如果做功率型应用放电要不是自身损耗太大,要不就干脆严重影响寿命。
典型代表:铅酸电池能量型储能:这类电源天生能够大电流放电,不过能量密度不高。 如果要做功率类使用,那就是天价而且重量体积巨大。
典型代表:超级电容
电化学储能系统组成
- 电芯
电芯是主要的储能设备,可通过不同的串并联方式灵活配制为各种容量,适用于各种场景,目前大多为磷酸铁锂电池、三元锂电池、钠离子电池、全钒液流电池。
PACK组成图
- 电池管理系统(BMS)
BMS主要控制设备,负责采集电芯实时状态进行传输,同时接受其他控制系统的控制,目前主要有从控、主控、总控三级控制方式。
- 储能变流器(PCS)
PCS是主要的能量转换装置,负责直流电与交流电的转换,带有一定的控制功能,根据实际需求拥有多种功率段可灵活选择配置,涵盖户用、工商业及电站级PCS。
- 能量管理系统(EMS)
EMS具有监视,控制和优化发电或输电系统的性能,而且它可以用于小规模的系统,如微电网。能源管理系统可以帮助工业生产企业在扩大生产的同时,合理计划和利用能源,降低单位产品能源消耗,提高经济效益。
- 其他
其他辅助设备包含温湿度控制系统,监控系统,门禁系统,照明系统,防护系统、变压器等,部分系统可根据不同项目进行取舍。
储能系统作用
用户侧:
- 家庭场景:提高电能质量
- 商业场景:削峰填谷、备用电源
- 工业场景:削峰填谷、备用电源、动态增容
发电侧:
- 传统发电:辅助调峰、调频
- 新能源发电:平滑输出、提高发电预测能力、移峰提高使用率
微电网侧:
- 负荷管理维持平衡、平滑波动改善电能质量、微电网平衡控制
电网侧:
- 预测负荷降低调度难度、减少输电损耗、重要负荷单独备电
电源
- AGC调频
- 提高发电预测
- 移峰提高使用率
电网
- 微电网平衡控制
- 平滑负荷波动
负荷
- 削峰填谷
- 动态增容
- 需量响应
- 离网备电