新能源储能系统中的储能电池研究

新能源储能系统中的储能电池研究

黄龙

深圳市日升质电子科技有限公司518116

摘要：随着社会经济的迅速发展，人们对能源的需求量不断增加，能源危机和环境污染也日益引起了人们的关注。为了有效应对这些挑战，电力工业对新的能源系统技术进行了不断的探索与应用。在新能源系统中，通过对储能技术的合理运用，可以有效地缓解我国能源危机，保障电力安全稳定运行，进而改善电力电能质量。在满足社会对能源的实际需要的前提下，加大节能和环境保护力度，提高能源工业的经济效益。

关键词：新能源；储能系统；储能电池；

引言

本项目立足于提升国家新能源消费能力，促进“碳达峰”、“碳中和”等目标，以新能源消费为应用背景，开展储能系统在新能源消费过程中的解耦控制研究。在此基础上，采用线性化的解耦法对其进行了优化。在此基础上，采用数列与迭代相结合的方式，建立了一套能够满足新能源消费需求、保障电网安全稳定运行的紧约束条件。通过算例验证，本项目提出的解耦模型与原非线性模型具有一致性，能够有效地减少高阶最优控制问题的求解，确保了新能源与新能源并网系统的高效、稳定、高效、稳定的运行。

1、储能技术在能源互联网中的作用

1.1有助于提高可再生能源的发电效率

在能源互联网中，可再生能源可以通过多种途径来实现，如加热、发电和制氢等。新能源发电在世界各地得到快速发展，但其间歇性、振荡等特性也给电网安全稳定运行带来了更大的风险。为此，必须加强中国储能技术的研究，并将储能技术应用到新能源领域，以减少电网随机波动、提升电网调整性、最大化能源利用率、提升新能源技术的市场适应能力。

1.2有助于强化多元能源系统的管理效果

采用本地多元能源系统，可以根据实际情况，在能源的产生、交换、储存、消费等各个环节上，对能源进行合理的分配，从而减少了系统的运营费用，提升了系统的安全性和可靠性。在电力系统中引入蓄能技术，可进一步提升其对能量释放的调控能力，为其集成化运营和管理创造更多的有利条件。根据储能系统的动态变化，优化调节储能容量和方式，使系统中供需平衡。充分利用不同类型的变流器，使其在不同程度上发挥各自的功能，使其在不同程度上发挥各自的优势，以达到改善电网运行，增加电网效益的目的。

2、能源互联网中储能技术发展中存在的问题

2.1战略性问题

目前，我国储能行业在关键技术研发、技术标准制定、市场机制规划和商业化运营等方面都存在着诸多问题需要突破。当前，我国储能技术的基础理论研究尚处于起步阶段，缺少完善的顶层设计与底层链接支撑，导致"项目计划先行，技术体系滞后"。相关技术规范与体系还不够健全。现在，储能产业已经涉及到建筑，环境保护，消防，交通等多个领域。为了使该项目得以顺利实施，需要在多方面提供技术支撑，并建立相应的运作机制。为此，急需制定相关的规范与管理制度。但是，由于高成本、高投入、复杂的经济评价等原因，至今尚无统一的技术规范，制约着我国储能产业的市场化、商业化。虽然解决了制程费用的问题，可以大幅降低投资，但是能源储存所带来的多种利益，仍然是值得市场注意的。

2.2储能系统电气拓扑

从电气拓扑上看，传统储能电站的蓄电池与大功率直流充电桩、光伏等电力设备共用一条直流母线，与传统的交流配电力系统相比，具有明显的差异，且存在诸多安全风险。电池组之间的不一致很容易导致循环电流，过大的循环电流会导致一些电池组过度充电和放电，从而加速其老化和退化。如果直流母线上的负载发生短路，由此产生的高短路电流将加速储能系统的电气拓扑结构，导致电池内部温度升高，并引发安全事故。直流母线的绝缘要求非常高。如果存在缺陷，可能会产生电弧火花。由于直流电流不过零，很难扑灭，很容易导致电池和电缆等易燃材料起火。由于直流继电保护系统的切换过程没有过零点，因此它比交流开关复杂得多。此外，开关内部的电弧很难熄灭，开关时间也更长。此外，由于直流开关的成本高，在一些项目中也使用了用交流开关代替直流开关。然而，在直流系统中，当使用交流开关时，由于过电流故障，开关无法关闭，导致高电流，并对电力系统构成重大安全隐患。直流配电力系统中的电力电子设备缺乏足够的电气隔离。如果系统的接地处理不当，很容易产生漏电流，电池柜、电缆等地方的积热会引起电池局部高温，导致电池起火。

3、新能源电力系统中的储能技术

3.1化学储能技术

化学储能技术需要适当的储能系统的支持，以完成所需的化学能量转移。由于不同类型动力电池的正极化学性质，其能量释放效果差异很大。因此，了解和区分不同类型动力电池的特性和差异，可以实现高效的化学储能。锂电池：目前，锂离子电池的储能效率已经突破85%，其储能效率与储能系统结构密切相关。储能系统并不是单纯地依靠一块电池来解决，而是涉及到充电和放电，以及电池管理。该技术可提高电池的能量存储效率，提高电池的能量密度，提高安全性和稳定性。但也存在投资大，发电能力低等问题。但是，实践证明，该系统具有良好的节能效果。钠硫电池：目前， NaS电池的能量转换效率仅为70%。相对于锂离子电池，钠-硫电池具有成本低廉、体积小、易于维护等优点。硫是一种化合物，如硫磺、多硫化钠，而负电极是一种溶解了的钠。然而，NaS2/S2正极材料的充放电深度受限，导致其循环寿命较低。因此，为了保证充气和排气的效果，运行温度应保持在摄氏300度。铅酸电池：在理论和实际应用上，铅酸电池与钠电池和硫电池相似。由于正负电极材料的化学成分不同，它们需要的空间和能量密度也不同。对于小型应用而言，其消耗的电力大约是钠和硫电池的三倍。在能量密度方面，铅酸蓄电池只有一般钠、硫蓄电池的1/3。液流电池：液流电池具有良好的性能。电解液又会对液流蓄电池的贮存能力产生影响，而电解液又会对其贮存能力产生影响。在此基础上，通过增加电解液的含量、增加容量等手段，进一步提升锂离子电池的能量密度。液流电池是一种结构灵活，安全性好的新型电池。此外，液流电池还具有易于维护，能量转换效率高的优点。液体电流电池以其优良的特性，在电力系统和储能系统中得到了广泛应用。然而，它的高昂的费用却在一定程度上限制了它的推广和应用。

3.2氢储能技术

氢气的生产、储存、运输和排放是氢气利用的重要环节。氢气的生产方式主要有天然气和煤炭两种。近年来，电解水制氢技术在国内新能源发电领域获得了较大的发展，并有一批小型示范工程相继问世。电解水制氢具有能量消耗低，可实现4.5-5.5 kW/h。利用新能源制氢是一种行之有效的方法。碱性电解池与固体高分子电解水制氢技术具有较强的适用性。通过光催化分解水制氢也是一种理想的新能源制氢方法。关键问题是半导体光催化剂材料的应用，其中光捕获和氢气生产的效率无法满足商业要求。因此，这项技术仍在研究中。氢是一种能量密度高（8.4MJ/L）的能源，通常可以在较低的温度和较高的压力下完全液化和储存。但目前，这种类型的材料能量高，稳定性差。

3.3电磁储能技术

超导磁储能技术；与上述储能技术相比，目前，该技术已经取得了超过90%的研究成果。在超导情况下，线圈中的电流变化非常小，几乎可以忽略。这样，从储存到排出，消耗的能量都很少，整体能量消耗接近于零。但是，随着其实用化程度的不断提升，一般都需将其储存于液态的低温环境中，从而导致制作成本大幅上升。同时，它还具有无污染、快速响应、不破坏能量储存和有效预防能量浪费等特点。超导储能技术是提高新一代内燃机的功率输出和改善电网瞬态电流品质的重要手段。超级电容器储能技术；超级电容器的储能效率低于超导磁储能，基本保持在75%左右。它结合了电池储能和电容储能的特点。该能量存储技术是一种以超级电容为基础的能量存储技术。这种电池的存储和释放周期可以连续进行100,000次以上。超级电容相对于常规的电力装置，有更大的温控范围，更高的安全性和稳定性。同时，该电容也具备了常规电容所不具备的某些特点。同时，电容响应速度快，循环寿命长。将其与蓄电池技术相结合，可使蓄电池的充电、放电效率及性能得到极大的提升。另外，目前普遍采用的方法是将超级电容与蓄电池相结合，以达到更好地抑制风能的目的。所以，在应用超级电容储能技术的时候，应该把它和电池结合起来，这样才能更好地发挥它的功能。

结语

在新能源开发与应用过程中，如何科学合理地利用储能技术是提高电力供应效率的一个重要方面。强化对储能技术的研究，运用储能材料、装置和技术，在新能源系统中实现高效的储能，为电力系统提供稳定的能源供应。唯有如此，才能有效地保证新能源在电力系统中的应用，实现发电节能环保的目标，满足电力系统的实际需求，从而推动资源、环境、社会和经济的可持续发展。

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