电池储能系统知多少？（1）
大力发展储能对提高可再生能源利用率，实现“双碳”目标，建立新型电力体系具有重要意义。2022年1月发改委、国家能源局联合发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》指出，新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑，也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。
这本手册概述了各种电池储能技术，它们的应用，以及在它们的发展中要考虑的注意事项。它讨论了电池储能系统项目的经济和财务方面，并提供了来自世界各地的例子。该手册还规定了将允许电池储能系统发展蓬勃发展的政策要求。
正如本手册将展示的那样，电池储能系统实现了产生多种效益的目标：整合可变可再生能源、提高能源效率、电力供应的可靠性以及能源的获取和安全。电池储能系统在清洁、高效和可持续的能源系统转型中起着至关重要的作用。
1. 能量存储技术
本章概述了常用的储能技术。它研究了不同存储技术的各种因素，如成本、循环寿命、能量密度、效率、功率输出和放电持续时间。特别是一种储能技术，电池储能系统(BESS)，与电网规模运行所需的各种组件一起进行了更详细的研究。研究了不同的商业上成熟的电池化学物质的优缺点。本章最后回顾了回收和再利用锂离子电池的最佳实践。
1.1 存储类型
根据所使用的存储技术，储能设备可分为机械、电化学、化学、电气或热设备(图1.1)。包括抽水发电在内的机械技术是最古老的技术。然而，这项技术的局限性在于它需要丰富的水资源和不同的地理海拔，以及建设输电线到用电量的家庭。最近，输电网的建设成本已经超过了安装抽水发电设施的成本。
再加上最近移动信息技术(IT)设备和电动汽车的普及，锂二次电池的大规模生产和成本的降低，推动了使用这种电池的储能设备的需求。锂二次电池利用电化学技术将电能转化为化学能，反之亦然。这类技术还包括铅蓄电池和钠硫电池。化学技术包括燃料电池等能量储存技术，机械技术包括双层电电容器。
储能装置的性能可以通过其输出和能量密度来定义。它们的使用可以根据使用地点和使用时间来区分，这是由所采用的技术来定义的。图1.2中，棕褐色框内的应用按输出、使用周期和功率需求进行分类，琥珀色框内的储能设备按使用周期、发电量和系统/网络运行情况进行分类。
根据所采用的技术和存储容量的不同，储能设备可以用于不间断电源(UPS)、输配电(T&D)系统支持或大规模发电。在电化学、化学和物理储能设备中，近期最受关注的技术属于UPS和输配电系统的支持范围(图1.3)。代表性技术包括还原-氧化(氧化还原)流、钠-硫(Na-S)、铅酸和高级铅酸、超级电容器、锂和飞轮电池。锂电池在今天被广泛使用。
储能设备的电池技术可以根据设备的能量密度、充放电(往返)效率、寿命和生态友好性进行区分(图1.4)。能量密度被定义为每单位体积或每单位重量可以存储在单个系统中的能量量。锂二次电池每公斤能储存150-250瓦时的电量，比Na-S电池多1.5-2倍，比氧化还原液流电池多2 - 3倍，比铅蓄电池多5倍左右。
充放电效率是评价电池效率的性能尺度。锂二次电池的充放电效率最高，为95%，铅蓄电池的充放电效率约为60%-70%，氧化还原液流电池的充放电效率约为70%-75%。
储能设备的一个重要性能因素是其寿命，这一因素对评估储能设备的经济效率影响最大。另一个主要考虑因素是生态友好性，或设备对环境无害和可回收的程度。
电池的技术变革正朝着更高的能量密度发展(图1.5)。下一代电池技术——锂离子电池、锌空气电池、锂硫电池、锂空气电池等——有望提高二次锂(可充电)电池的能量密度，价格低于每千瓦50美元。
储能设备的应用取决于连接到发电机、发射机和使用能源的地点所需的时间，以及能源的使用情况。黑启动是一种不依赖外部电网，在停电后重新启动发电机的技术，安装在发电母线上，在15-30分钟内供电。在系统运行1 / 4小时至1小时内提供维持频率的电源。在较短的工作间隔内提供维持电压水平的电源。图1.6根据电网功能、电力市场和使用时长对电网存储需求进行了分类。表1.1根据放电时间和能量功率比对各种电池技术进行了比较。
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