银杉蓄电池锂电池储能技术发展方向

简述内容如下，经济正处于迅猛的发展进程之中，社会持续不断地迈向进步阶段，为了切实贯彻并落实“碳达峰”以及“碳中和”的目标要求，当下需要加速调整并且优化能源结构，构建以新能源作为主体的新型电力系统乃是电力行业未来的发展趋向。锂电池储能技术具备突破传统电力供需时空限制的特性，拥有精准控制以及快速响应的特点，它属于应对新能源间歇性缺陷的关键技术之一，同时还具有选址布局灵活等多方面的优势，所以加快新型储能规模化发展这种形势是必然要推行的。

关键词：锂电池储能技术；BS；BMS；PCS；EMS

引言

伴随人类社会得以发展，科学技术取得进步，生活节奏不断加快，人们对于能源消耗的需求持续增强，现今，全球电力消费量超过二十五万亿千瓦时，人均年用电量约为三千四百千瓦时每人。从燃料方面来讲，电力的生产所依靠的燃料主要涵盖石油、煤炭、天然气、核能，还有再生能源等；石油、煤炭以及天然气这类化石燃料依旧是生产以及生活的关键能量来源；然而这些资源全都是不可再生的资源，并且会产生数量众多的温室气体，对我们赖以生存的环境造成了恶劣的影响，像全球变暖、动植物多样性锐减等此类情况，进而对人类的生存和发展构成了威胁。所以，人类能够通过探寻清洁能源发电来谋求突破化石能源的限制。当下，潮汐能、水能、风能、太阳能等清洁、安全且可再生的能源受到了广泛关注并飞速发展，这些能源在很大程度上受时间、空间、季节以及气候变化等因素的限制，特别是风能和太阳能天然存在间歇性和波动性等不足之处，因受制于电网消纳能力，高比例间歇性可再生能源并网，不但会对现有电网稳定性造成冲击，而且还有可能致使弃风、弃光率回升。储能技术接入后，能够降低弃风率，还能降低弃光率，它可以平抑新能源波动，能去跟踪拟定的计划出力，并且参与到系统调峰调频之中，进而增强电网的稳定性 。

1锂电池的基本原理

1）磷酸铁锂电池，其磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）电池乃是拿LFP材料充当电池正极的锂电池，这种锂电池价格便宜、结构稳定，于反复充放电进程里能够维系结构的稳定性，循环可逆性高。LFP呈有序的橄榄石结构，归属于Pnma空间群，鉴于P原子（图中浅色阴影部分）占据了O原子四面体的4c位置，Fe原子占据了八面体的4c位置，Li原子占据了八面体的4a位置，凭借此形成了三维空间的网状结构。LFP材料，在高温稳定性方面，要比其他材料明显更加优良，于橄榄石结构晶格里，P—O所形成的那种强共价键，造就了PO4聚阴离子，此起到了支撑结构的功用，不容易被Li+脱出以及嵌入所影响，这使得身为电池正极的LFP材料具备良好的热稳定性，并且其跟有机电解液的反应活性也是很低的。然而另一方面，LFP的晶体结构中的PO4四面体，对Li+的自由移动形成了限制，致使Li+仅仅拥有一维的传输通道，让Li+的扩散迁移速率有所降低，所以也对LFP电池的放电倍率性能构成了影响。因为LFP电池于充放电进程里，其正极材料LFP会转变为磷酸铁(FePO4)，不过转变之后的体积仅仅增大了约6.9%，所以在充放电进程当中，正极材料的体积变化率相对较小，进而使得LFP电池具备良好的循环性能。2）关于充放电原理，LFP电池在充放电过程中所发生的电化学反应主要是在LiFePO4与FePO4二者之间展开的。在充电之时，LiFePO4丧失电子，Li+自橄榄石结构晶格里脱离而出，LiFePO4转化成FePO4，在放电之际，FePO4获取电子，与此同时Li+插入橄榄石结构晶格之中，FePO4转变为LiFePO4。

2锂电池储能技术发展方向

2.1钠离子电池储能系统度电成本分析

于储能系统投资成本里，初始容量投资成本，通常占 initial inverement（这个词不对，暂且替代，原词可能有误）的百分之 60 以上，此成本主要是用以电芯购置的 。钠离子电池，特别是铜基钠离子电池，其正极材料当中，主要元素包含Na、Cu，还有Fe以及Mn，这些都是价格无高昂之态、来源不局限于特定之处且广泛存在的大宗元素，与锂离子电池的Li、Ni、Co等元素相比较，在成本方面具备显著优势；另外，该电池负极所采用的无烟煤前驱体，于材料来源以及成本这两方面同样拥有优势，并且其碳化温度大概是1200℃，远远低于生产 graphite负极之时的石墨化温度，大约为2800℃，钠离子电池负极材料在原材料以及生产制造这些方面成本凸显；在集流体方面，鉴于铜箔的价格约为铝箔价格的3倍左右，钠离子电池负极无需对铜箔进行使用，而是采用铝箔，这也是使钠离子电池成本得以降低的路径之一；对正极材料、负极材料以及集流体等几个方面做出综合考量，钠离子电池材料成本大概是370元/kWh，并且随着产业链走向成熟，材料成本有希望进一步下降，将结构件以及电气件成本合并考量，初始容量投资有希望被控制在500~700元/kWh；从性能上讲，伴随研发投入不断保持并有所增加以及技术持续进行迭代，电池循环寿命有希望突破8000次以上。

2.2储能变流器（PCS）

现阶段，集中式塔式PCS的功率提高已经快要达到极限，相比于光伏逆变器，集中式储能变流器在功率跟电压提升方面的进程较为缓慢，这要归因于一项事实，即锂电池串联时电压越高，所具备的危险性也就越大。依此观点推导，当集中式变流器的功率进一步向上提升时，其 cooling 方式极有可能会采用液冷方式，又或者会构筑成大模块化状态的变流器。此外，鉴于大容量直流高压保护器件是有限制的这一情况，当下集中式大功率PCS直流侧没有选择那种安全性提升程度更为高的断路器来进行配置（之所以如此，是因为1500V且有着大电流特点的直流断路器，它的尺寸相较于一般的太大了，其成本也是极为高昂的，直到现在都不存在成熟的产品被推出），反而是挑选安装成本比较低的隔离开关再加上熔断器来用。因为当设备处于检修维护阶段或者是出现安全故障的状况下，没办法带载去断开直流侧连接电池的电路，进而致使系统的安全性有所降低。所以说，集中式PCS的电压要是越高的话，功率要是越大的话，那么安全性也就越低了。大功率集中式的PCS，其直流侧存在较多电池簇并联情况，电池簇并联数量越多，鉴于直流侧并联有环流或浪涌倒灌现象，其安全性就越低。另外，集中式并联的储能电池，其实际DOD有效利用率值低于标称值，短板效应显著。所以，集中式塔式机的PCS未来不会朝着高电压、高功率方向继续发展。组串式或模块化的PCS与直流侧电池连接，部分采用一对一或一对二连接方式，这致使组串式PCS单路电流和功率值不大，电气安全风险相对更低句号。组串式储能系统直流侧没有并联情况，簇与簇之间相互是隔离的，电池DOD有效利用率数值很高。未来的时候，组串式PCS的发展进程，其功率大小方面的开发设计，会依据主流锂电池容量的大小以及放电倍率适配出不同功率的PCS 。

2.3在负荷侧中的应用

于配电侧，配电网络复杂性正日益趋高，温度与湿度等这般环境条件，也给标准化的储能产品带来挑战，钠离子电池储能系统能够凭借其宽温区特性，适配不同纬度之地的气候条件，从而提高分布式电源渗透率，进而提升配电网运行稳定性以及经济性。此外，借助储能系统于负荷低谷之际进行储能，于负荷高峰之时发电之处来对负荷曲线予以平滑，借助储能系统降低基本电费，延缓设备扩容，改善电能质量，以此提高电网运行经济性 。

3发展趋势

1）智能化的能源局以及发展改革委发出号召，要求开展充电设备跟电网的互动研究，达成充电、储能以及用电的智能一体化，构建能源互联网体系，达成智能化用电。身处锂电池储能电动汽车里，将会持续地推进停车充电一体化建设，推动能源交通事业的进步，达成新能源汽车动力电池的储能化应用。 2）标准化的能源局号召各个部门完成储能标准体系架构，营造标准储能工作机制，完善储能标准化技术组织，达成跟国际接轨的标准化储能体系。锂电池储能机制会进一步完善统一标准，针对锂电池型号，从充放电电压等细节方面，对使用进行标准化规范 。

结语

储能技术创新能力若得以提高，自主研发出具备高安全、低成本、高可靠以及长寿命特点的核心装备，那么储能市场将会有着可期的发展前景。到2030年的时候，我国要达成新型储能全面进行市场化发展的目标，新型储能终是能量领域“碳达峰”、“碳中和”的关键支撑之一 。