儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用研究

陸宇+葉笑冬+李勁

摘 要 隨著環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題的日益突出，新能源的重要性已越來越明顯。對(duì)于可再生能源而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)則起著舉足輕重的作用。它不僅解決了新能源發(fā)電的不穩(wěn)定特性，又可以將額外的電能儲(chǔ)存起來。上海電氣中央研究院結(jié)合實(shí)際情況自主研發(fā)了100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為進(jìn)一步自主研發(fā)1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 儲(chǔ)能技術(shù)；可再生能源；電池儲(chǔ)能

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0016-01

電能已成為人類日常生活中不可或缺的能源。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求持續(xù)提高，而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足客戶的需求。同時(shí)，隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染以及資源浪費(fèi)等問題變得越來越嚴(yán)重。據(jù)上海電氣中央研究院高級(jí)工程師歐陽麗在2014年中國智能電網(wǎng)發(fā)展論壇上表示，我國能源利用的有效率約為36.3%，相比于發(fā)達(dá)國家要低了10%，產(chǎn)品消耗與國際先進(jìn)水平差距較大，浪費(fèi)驚人[1]。因此人們對(duì)地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能等新能源進(jìn)行了開發(fā)和利用。但是，由于新能源發(fā)電存在不穩(wěn)定性和斷續(xù)性，大規(guī)模的并網(wǎng)運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)計(jì)的后果。因此，為了能夠達(dá)到既滿足客戶的需求，又不污染環(huán)境的目的，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它能將地?zé)崮?、海洋能等新能源?chǔ)存起來，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供電能，起到了既不污染環(huán)境又能發(fā)電的作用[2][3]。

1 儲(chǔ)能技術(shù)的研究

儲(chǔ)能技術(shù)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，其方式基本上可以分為以下四類：物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能。每種儲(chǔ)能方式又可以細(xì)分如下。物理儲(chǔ)能主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；化學(xué)儲(chǔ)能則主要有鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉流電池儲(chǔ)能、鉛酸電池儲(chǔ)能等；電磁儲(chǔ)能則包括超級(jí)電容和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

上海電氣中央研究院以鋰電池儲(chǔ)能為基礎(chǔ)自主研發(fā)了基于鋰電池儲(chǔ)能100 kW系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由23個(gè)抽屜組成。抽屜實(shí)物圖如圖1所示。其中，每個(gè)抽屜是由4個(gè)電池模組、1塊板卡和1個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器所組成。而每個(gè)模組則是由15節(jié)單體電芯，通過5并3串的方式組合起來。板卡是通過MSP430的單片機(jī)來進(jìn)行控制，通過與BQ76PL536級(jí)聯(lián)的方式來采集電池模組的電壓及溫度信息，模組實(shí)物圖如圖2所示。我們將板卡與4個(gè)電池模組相連，通過BQ76PL536將采樣得到的數(shù)據(jù)信息存放于MSP430中，然后再以串口的方式將數(shù)據(jù)傳送出去。由于RS485信號(hào)比RS232信號(hào)在抗干擾及傳輸距離等方面都要有優(yōu)勢(shì)，所以在板卡上安裝了一個(gè)RS232轉(zhuǎn)RS485的模塊將輸出的232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，最后通過RS485轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器將板卡與觸摸屏相連。我們這所采用的觸摸屏有兩種，一種是基于安卓系統(tǒng)的由深圳顯控公司研發(fā)而成；另一種是由廣州周立功公司所研制而成。觸摸屏的使用實(shí)質(zhì)上就是為現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提供了一個(gè)可視化的操作環(huán)境，可以讓工作人員第一時(shí)間了解到儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電池各方面的信息（例如：電壓、溫度等）。詳見圖3、圖4所示。

圖3 電池總狀態(tài)

圖4 電池各項(xiàng)信息

儲(chǔ)能系統(tǒng)基本電池模組單元由單體電池串并聯(lián)組成，根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)一步串并聯(lián)；模塊單元配備BMS電池管理系統(tǒng)，具有以下功能：①狀態(tài)管理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓電流等參數(shù)；②均衡管理：當(dāng)監(jiān)測(cè)到某節(jié)電池的電壓或SOC低于某個(gè)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡作用；③安全管理：當(dāng)電池狀態(tài)不良時(shí)，快速啟動(dòng)保護(hù)裝置；④通信管理：將系統(tǒng)內(nèi)電池的電流、電壓、溫度信息快速傳送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供工作人員查看。

該模組的具體特性如表1所示。

表1 單個(gè)電池模組特性

額定容量 100Ah

標(biāo)準(zhǔn)電壓 7.2 V

充電電流 標(biāo)準(zhǔn) 25～35 A（3～4 h）

快速 50～100 A（1～2 h）

推薦放電電流 20～500 A（連續(xù)）

能量密度 55 Wh/kg

工作溫度 -20～55℃

尺寸 240～245*220 mm

循環(huán)壽命 ≥10000次

安全性 滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2 總結(jié)

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為整個(gè)新能源發(fā)電的最后一環(huán)起著舉足輕重的作用，可以毫不夸張的說，沒有儲(chǔ)能系統(tǒng)的新能源發(fā)電是不具備實(shí)用價(jià)值的。儲(chǔ)能系統(tǒng)做的好，不僅可以達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的效果，同時(shí)也能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益?？梢姡瑑?chǔ)能領(lǐng)域有著良好的市場(chǎng)前景。上海電氣中央研究院目前正在自主研發(fā)100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，目的是為了給1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)做鋪墊。在未來的一到兩年內(nèi)，1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)也將會(huì)由上海電氣中央研究院自主研發(fā)完成。最終，我們會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的需求來開展相關(guān)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]http：//www.cableabc.com/news/20140409021902.html.

[2]程時(shí)杰，文勁宇，孫海順.儲(chǔ)能技術(shù)及其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2005，24（4）：1-8.

[3]張文亮，丘明，來小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（7）：1-9.endprint

摘 要 隨著環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題的日益突出，新能源的重要性已越來越明顯。對(duì)于可再生能源而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)則起著舉足輕重的作用。它不僅解決了新能源發(fā)電的不穩(wěn)定特性，又可以將額外的電能儲(chǔ)存起來。上海電氣中央研究院結(jié)合實(shí)際情況自主研發(fā)了100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為進(jìn)一步自主研發(fā)1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 儲(chǔ)能技術(shù)；可再生能源；電池儲(chǔ)能

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0016-01

電能已成為人類日常生活中不可或缺的能源。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求持續(xù)提高，而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足客戶的需求。同時(shí)，隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染以及資源浪費(fèi)等問題變得越來越嚴(yán)重。據(jù)上海電氣中央研究院高級(jí)工程師歐陽麗在2014年中國智能電網(wǎng)發(fā)展論壇上表示，我國能源利用的有效率約為36.3%，相比于發(fā)達(dá)國家要低了10%，產(chǎn)品消耗與國際先進(jìn)水平差距較大，浪費(fèi)驚人[1]。因此人們對(duì)地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能等新能源進(jìn)行了開發(fā)和利用。但是，由于新能源發(fā)電存在不穩(wěn)定性和斷續(xù)性，大規(guī)模的并網(wǎng)運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)計(jì)的后果。因此，為了能夠達(dá)到既滿足客戶的需求，又不污染環(huán)境的目的，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它能將地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿刃履茉磧?chǔ)存起來，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供電能，起到了既不污染環(huán)境又能發(fā)電的作用[2][3]。

1 儲(chǔ)能技術(shù)的研究

儲(chǔ)能技術(shù)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，其方式基本上可以分為以下四類：物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能。每種儲(chǔ)能方式又可以細(xì)分如下。物理儲(chǔ)能主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；化學(xué)儲(chǔ)能則主要有鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉流電池儲(chǔ)能、鉛酸電池儲(chǔ)能等；電磁儲(chǔ)能則包括超級(jí)電容和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

上海電氣中央研究院以鋰電池儲(chǔ)能為基礎(chǔ)自主研發(fā)了基于鋰電池儲(chǔ)能100 kW系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由23個(gè)抽屜組成。抽屜實(shí)物圖如圖1所示。其中，每個(gè)抽屜是由4個(gè)電池模組、1塊板卡和1個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器所組成。而每個(gè)模組則是由15節(jié)單體電芯，通過5并3串的方式組合起來。板卡是通過MSP430的單片機(jī)來進(jìn)行控制，通過與BQ76PL536級(jí)聯(lián)的方式來采集電池模組的電壓及溫度信息，模組實(shí)物圖如圖2所示。我們將板卡與4個(gè)電池模組相連，通過BQ76PL536將采樣得到的數(shù)據(jù)信息存放于MSP430中，然后再以串口的方式將數(shù)據(jù)傳送出去。由于RS485信號(hào)比RS232信號(hào)在抗干擾及傳輸距離等方面都要有優(yōu)勢(shì)，所以在板卡上安裝了一個(gè)RS232轉(zhuǎn)RS485的模塊將輸出的232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，最后通過RS485轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器將板卡與觸摸屏相連。我們這所采用的觸摸屏有兩種，一種是基于安卓系統(tǒng)的由深圳顯控公司研發(fā)而成；另一種是由廣州周立功公司所研制而成。觸摸屏的使用實(shí)質(zhì)上就是為現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提供了一個(gè)可視化的操作環(huán)境，可以讓工作人員第一時(shí)間了解到儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電池各方面的信息（例如：電壓、溫度等）。詳見圖3、圖4所示。

圖3 電池總狀態(tài)

圖4 電池各項(xiàng)信息

儲(chǔ)能系統(tǒng)基本電池模組單元由單體電池串并聯(lián)組成，根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)一步串并聯(lián)；模塊單元配備BMS電池管理系統(tǒng)，具有以下功能：①狀態(tài)管理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓電流等參數(shù)；②均衡管理：當(dāng)監(jiān)測(cè)到某節(jié)電池的電壓或SOC低于某個(gè)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡作用；③安全管理：當(dāng)電池狀態(tài)不良時(shí)，快速啟動(dòng)保護(hù)裝置；④通信管理：將系統(tǒng)內(nèi)電池的電流、電壓、溫度信息快速傳送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供工作人員查看。

該模組的具體特性如表1所示。

表1 單個(gè)電池模組特性

額定容量 100Ah

標(biāo)準(zhǔn)電壓 7.2 V

充電電流 標(biāo)準(zhǔn) 25～35 A（3～4 h）

快速 50～100 A（1～2 h）

推薦放電電流 20～500 A（連續(xù)）

能量密度 55 Wh/kg

工作溫度 -20～55℃

尺寸 240～245*220 mm

循環(huán)壽命 ≥10000次

安全性 滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2 總結(jié)

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為整個(gè)新能源發(fā)電的最后一環(huán)起著舉足輕重的作用，可以毫不夸張的說，沒有儲(chǔ)能系統(tǒng)的新能源發(fā)電是不具備實(shí)用價(jià)值的。儲(chǔ)能系統(tǒng)做的好，不僅可以達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的效果，同時(shí)也能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益?？梢?，儲(chǔ)能領(lǐng)域有著良好的市場(chǎng)前景。上海電氣中央研究院目前正在自主研發(fā)100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，目的是為了給1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)做鋪墊。在未來的一到兩年內(nèi)，1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)也將會(huì)由上海電氣中央研究院自主研發(fā)完成。最終，我們會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的需求來開展相關(guān)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]http：//www.cableabc.com/news/20140409021902.html.

[2]程時(shí)杰，文勁宇，孫海順.儲(chǔ)能技術(shù)及其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2005，24（4）：1-8.

[3]張文亮，丘明，來小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（7）：1-9.endprint

摘 要 隨著環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題的日益突出，新能源的重要性已越來越明顯。對(duì)于可再生能源而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)則起著舉足輕重的作用。它不僅解決了新能源發(fā)電的不穩(wěn)定特性，又可以將額外的電能儲(chǔ)存起來。上海電氣中央研究院結(jié)合實(shí)際情況自主研發(fā)了100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為進(jìn)一步自主研發(fā)1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 儲(chǔ)能技術(shù)；可再生能源；電池儲(chǔ)能

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0016-01

電能已成為人類日常生活中不可或缺的能源。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求持續(xù)提高，而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足客戶的需求。同時(shí)，隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染以及資源浪費(fèi)等問題變得越來越嚴(yán)重。據(jù)上海電氣中央研究院高級(jí)工程師歐陽麗在2014年中國智能電網(wǎng)發(fā)展論壇上表示，我國能源利用的有效率約為36.3%，相比于發(fā)達(dá)國家要低了10%，產(chǎn)品消耗與國際先進(jìn)水平差距較大，浪費(fèi)驚人[1]。因此人們對(duì)地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能等新能源進(jìn)行了開發(fā)和利用。但是，由于新能源發(fā)電存在不穩(wěn)定性和斷續(xù)性，大規(guī)模的并網(wǎng)運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)計(jì)的后果。因此，為了能夠達(dá)到既滿足客戶的需求，又不污染環(huán)境的目的，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它能將地?zé)崮?、海洋能等新能源?chǔ)存起來，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供電能，起到了既不污染環(huán)境又能發(fā)電的作用[2][3]。

1 儲(chǔ)能技術(shù)的研究

儲(chǔ)能技術(shù)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，其方式基本上可以分為以下四類：物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能。每種儲(chǔ)能方式又可以細(xì)分如下。物理儲(chǔ)能主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；化學(xué)儲(chǔ)能則主要有鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉流電池儲(chǔ)能、鉛酸電池儲(chǔ)能等；電磁儲(chǔ)能則包括超級(jí)電容和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

上海電氣中央研究院以鋰電池儲(chǔ)能為基礎(chǔ)自主研發(fā)了基于鋰電池儲(chǔ)能100 kW系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由23個(gè)抽屜組成。抽屜實(shí)物圖如圖1所示。其中，每個(gè)抽屜是由4個(gè)電池模組、1塊板卡和1個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器所組成。而每個(gè)模組則是由15節(jié)單體電芯，通過5并3串的方式組合起來。板卡是通過MSP430的單片機(jī)來進(jìn)行控制，通過與BQ76PL536級(jí)聯(lián)的方式來采集電池模組的電壓及溫度信息，模組實(shí)物圖如圖2所示。我們將板卡與4個(gè)電池模組相連，通過BQ76PL536將采樣得到的數(shù)據(jù)信息存放于MSP430中，然后再以串口的方式將數(shù)據(jù)傳送出去。由于RS485信號(hào)比RS232信號(hào)在抗干擾及傳輸距離等方面都要有優(yōu)勢(shì)，所以在板卡上安裝了一個(gè)RS232轉(zhuǎn)RS485的模塊將輸出的232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，最后通過RS485轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器將板卡與觸摸屏相連。我們這所采用的觸摸屏有兩種，一種是基于安卓系統(tǒng)的由深圳顯控公司研發(fā)而成；另一種是由廣州周立功公司所研制而成。觸摸屏的使用實(shí)質(zhì)上就是為現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提供了一個(gè)可視化的操作環(huán)境，可以讓工作人員第一時(shí)間了解到儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電池各方面的信息（例如：電壓、溫度等）。詳見圖3、圖4所示。

圖3 電池總狀態(tài)

圖4 電池各項(xiàng)信息

儲(chǔ)能系統(tǒng)基本電池模組單元由單體電池串并聯(lián)組成，根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)一步串并聯(lián)；模塊單元配備BMS電池管理系統(tǒng)，具有以下功能：①狀態(tài)管理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓電流等參數(shù)；②均衡管理：當(dāng)監(jiān)測(cè)到某節(jié)電池的電壓或SOC低于某個(gè)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡作用；③安全管理：當(dāng)電池狀態(tài)不良時(shí)，快速啟動(dòng)保護(hù)裝置；④通信管理：將系統(tǒng)內(nèi)電池的電流、電壓、溫度信息快速傳送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供工作人員查看。

該模組的具體特性如表1所示。

表1 單個(gè)電池模組特性

額定容量 100Ah

標(biāo)準(zhǔn)電壓 7.2 V

充電電流 標(biāo)準(zhǔn) 25～35 A（3～4 h）

快速 50～100 A（1～2 h）

推薦放電電流 20～500 A（連續(xù)）

能量密度 55 Wh/kg

工作溫度 -20～55℃

尺寸 240～245*220 mm

循環(huán)壽命 ≥10000次

安全性 滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2 總結(jié)

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為整個(gè)新能源發(fā)電的最后一環(huán)起著舉足輕重的作用，可以毫不夸張的說，沒有儲(chǔ)能系統(tǒng)的新能源發(fā)電是不具備實(shí)用價(jià)值的。儲(chǔ)能系統(tǒng)做的好，不僅可以達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的效果，同時(shí)也能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。可見，儲(chǔ)能領(lǐng)域有著良好的市場(chǎng)前景。上海電氣中央研究院目前正在自主研發(fā)100 kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，目的是為了給1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)做鋪墊。在未來的一到兩年內(nèi)，1 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)也將會(huì)由上海電氣中央研究院自主研發(fā)完成。最終，我們會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的需求來開展相關(guān)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]http：//www.cableabc.com/news/20140409021902.html.

[2]程時(shí)杰，文勁宇，孫海順.儲(chǔ)能技術(shù)及其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2005，24（4）：1-8.

[3]張文亮，丘明，來小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（7）：1-9.endprint