1.電池儲能技術的原理

儲能技術是指通過物理或化學等方法實現(xiàn)對電能的儲存，并在需要時進行釋放的一系列相關技術。一般而言，根據儲存能量的方式不同可將其分類為機械儲能、電磁儲能及電化學儲能。機械儲能又可劃分為抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能。電磁儲能主要包括超導磁儲能和超級電容器儲能。電化學儲能的方式是將電能以化學能形式進行儲存和釋放。目前的電化學儲能主要包括電池和電化學電容器的裝置實現(xiàn)儲能，常用的電池有鉛酸電池、鉛炭電池、鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等。電化學儲能技術具有高效率、應用靈活性、響應速度快等優(yōu)點逐漸在電力儲能市場占有越來越重要的地位。

2.電池儲能技術的特點及主要用途

為促進能源產業(yè)優(yōu)化升級，實現(xiàn)清潔低碳發(fā)展，近年來，我國大力發(fā)展清潔能源，風電、光伏實現(xiàn)跨越式大發(fā)展，新能源裝機容量占比日益提高。然而，在清潔能源高速發(fā)展的同時，波動性、間歇式新能源的并網給電網從調控運行，安全控制等諸多方面帶來了不利影響，極大地限制了清潔能源的有效利用。電池儲能電站可與分布/集中式新能源發(fā)電聯(lián)合應用，是解決新能源發(fā)電并網問題的有效途徑之一，將隨著新能源發(fā)電規(guī)模的日益增大以及電池儲能技術的不斷發(fā)展，成為支撐我國清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大關鍵技術。

電池儲能作為電能存儲的重要方式，具有功率和能量可根據不同應用需求靈活配置，響應速度快，不受地理資源等外部條件的限制，適合大規(guī)模應用和批量化生產等優(yōu)勢，使得電池儲能在配合集中/分布式新能源并網，電網運行輔助等方面具有不可替代的地位。

大規(guī)模電池儲能電站在發(fā)電側，可作為獨立電站參與電網調頻/調壓、提供備用、削峰填谷，同時也可與可再生能源發(fā)電配合提高可再生能源上網電量; 在輸電側可作為輸電網投資升級替代方案，延緩電網升級，并為電網提供二次調頻服務; 在配電側可延緩配電網的升級改造，提高配電網運行的安全性與經濟性并提升接納分布式電源的能力; 在用戶側可通過峰谷價差進行價格套利、參與需求側響應獲取收益。

3.國內外電池儲能技術的應用現(xiàn)狀

目前，世界各國都投入了大量的人力、物力進行大規(guī)模電池儲能技術的研究。近年來， 國內外連續(xù)建成大量規(guī)模化的電池儲能電站。以美國為代表的西方國家近年來對于大規(guī)模電池儲能電站建設的投入巨大，美國在加利福尼亞、賓夕法尼亞等州建立了大量不同儲能形式的儲能電站， 其應用涵蓋發(fā)電、輔助服務、輸配電、用戶端、分布式發(fā)電與微電子工業(yè)網、大規(guī)?？稍偕茉床⒕W等領域，且對不同儲能電站的功能和作用進行了分類和界定，為全世界大規(guī)模儲能電站的發(fā)展指明了方向。

國內基于大規(guī)模電池儲能技術也開展了大量研究工作，在大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電基地、輸配電及用戶側以及分布式發(fā)電與微電網等領域，已建成了多項示范工程，并開展了儲能系統(tǒng)容量配置、控制策略等多項研究工作，取得了許多研究成果。

國家風光儲輸示范工程是以“電網友好型”新能源發(fā)電為目標，是目前世界上規(guī)模最大，且集風電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中， 一期工程建設風電98.5MW、光伏發(fā)電40MW和儲能裝置20MW(包括14MW/63MWh 鋰離子電池和2MW/8MWh全釩液流電池)，并配套建設220kV智能變電站一座。通過大規(guī)模儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對多種儲能設備的協(xié)調控制和能量管理，具備平抑可再生電源出力波動、輔助可再生電源按計劃曲線出力及調峰填谷等各項功能。

示范工程儲能電站(一期)設計總裝機容量為20MW，總儲存電量95MWh，目前已經安裝磷酸鐵鋰儲能裝置14MW(共63MWh)和液流儲能裝置2MW(8MWh)。通過大規(guī)模電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了數十兆瓦級多類型電池儲能電站的系統(tǒng)集成、統(tǒng)一調度及工程應用，解決了電池儲能電站協(xié)調控制及能量管理關鍵問題，實現(xiàn)了平滑風光功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調頻、削峰填谷等高級應用功能，提高了風/光伏電站發(fā)電的可預測性、可控性及可調度性。

基于儲能電站的上層能量管理策略可實現(xiàn)風光儲出力互補，從而達到風光儲聯(lián)合出力波動率滿足小于7%的系統(tǒng)設計目標，跟蹤發(fā)電計劃滿足誤差小于3%的系統(tǒng)設計目標。

4.未來電池儲能電站的應用前景

未來大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的發(fā)展與應用需要從以下幾個方面重點開展一些工作：

(1)從大規(guī)模儲能電池的設計、集成、安裝、運行、監(jiān)控等生產運行全過程，充分重視電池的安全問題，提出不同類型儲能系統(tǒng)的安全邊界，對可能出現(xiàn)的電池過熱、變形、燃燒、電解液泄露等安全隱患設計具有充分可靠性的安全措施，避免安全生產事故的發(fā)生。

(2)充分考慮大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)數量龐大的儲能單元及其網絡拓撲結構的復雜性，提出站域集中管理與子系統(tǒng)分區(qū)自治相結合的大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲能電站優(yōu)化控制架構，從根本上解決各儲能單元差異性與應用目標統(tǒng)一性之間的矛盾，全面提升電池儲能系統(tǒng)的綜合管控能力。

(3)有效利用大數據、云計算、物聯(lián)網、人工智能等方法，兼顧歷史和實時運行數據，實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)實時運行狀態(tài)診斷與分析，性能衰減與安全預警等，確保大規(guī)模集中/分布式電池儲能電站安全、穩(wěn)定、可靠運行。

(4)針對大規(guī)模集中/分布式電池儲能電站與集中/分布式新能源發(fā)電聯(lián)合應用場景，考慮智能化運行調度、安全穩(wěn)定控制、全壽命周期管理、多目標控制管理、運行效益最優(yōu)等多方面需求，提出不同集成架構下的電池儲能電站多目標協(xié)同優(yōu)化控制方法，破解不同形式電池儲能系統(tǒng)能量管理與科學控制的難題。

(5)考慮大規(guī)模集中/分布式電池儲能系統(tǒng)可能由不同種類、不同壽命階段的電池儲能單元/梯次利用動力電池儲能單元等混合集成，研究并揭示上述多類型電池儲能電站中不同類型儲能單元健康狀態(tài)、性能衰減、充放電倍率的差異特性，分析各電池單元動態(tài)連接后的充放電特性，提出針對不同類型電池儲能系統(tǒng)的動態(tài)、智能、差異化的充放電控制方法，解決電池優(yōu)化管理難題。

(6)從電池儲能模塊級、裝置級和系統(tǒng)級等不同層面，研究不同類型大容量電池儲能技術的充放電特性、工況適用性、安全性及經濟性評估方法，掌握先進大容量儲能技術經濟性的量化分析與綜合評估方法，支撐電池儲能技術的深入研究和工程化應用。

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