我国电池储能电站发展的现状、问题及建议

我国电池储能电站发展的现状、问题及建议

马兆民

华电滕州新源热电有限公司 山东省滕州市 277500

摘要：随着电池储能电站的不断投运，其安全问题逐渐突显，开展电池储能电站安全问题研究对于促进电池储能电站的持续、健康发展具有重要现实意义。概述了电池储能电站的发展现状，总结了电池储能电站的主要事故类型。针对电池储能电站的主要安全风险因素(如火灾、爆炸、中毒、触电、灼烫等)进行分析，并提出了相应的防范对策。

关键词：电池储能;电站;发展;问题

引言

近年来，电化学储能技术已经在电力系统中的发电、辅助服务、输配电、可再生能源接入、分布式能源存储及终端用户等多个领域得到广泛应用。但是受制于电池储能电站自身技术经济性、现行输配电定价办法要求和电价应用体系及补贴机制的约束，电池储能电站规模化发展面临严峻的挑战。因此，本文在总结分析当前主流电池储能技术经济特性的基础上，对我国电池储能电站发展的现状及存在的主要问题进行分析，总结国外电池储能电站商业运营模式经验，提出促进我国电池储能电站规模化发展的相关政策建议。

1电池储能类型及其技术经济特性

电化学储能主要包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。目前用于规模化储能的电池主要以铅蓄、锂离子和全钒液流电池为主，这三类典型规模化储能电池的技术经济特性如表所示。从表中各项指标的综合比较可以得出各电池技术参数的优劣势。综合各项指标数据来看，磷酸铁锂电池相对更优，是当前我国电池储能技术推广应用的主流技术。此外，相比较抽水蓄能等其他储能方式，电池储能电站具有以下五个方面的优势：第一，设计灵活、配置方便，采用模块化设计，基本上不受地理条件的限制；第二，响应速度快，毫秒级时间尺度内实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出；第三，精准控制，能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出；第四，具有双向调节能力，既可以充电作为用电负荷，又可以放电作为电源，具有额定功率双倍的调节能力；第五，电池储能电站技术相对成熟，建设周期短，能够快速响应应用需求。正是由于电池储能技术具有上述优势，使得其广泛应用于配合平抑新能源出力波动、提高电能质量、削峰填谷、调峰调频、提高供电能力、提高孤立电网稳定性及作为应急备用电源提供供电可靠性等多个方面。

2我国电池储能电站发展的现状

2.1火灾

火灾风险不仅包括传统的变压器火灾、电缆火灾等，还包括电池火灾。相较液流电池、铅酸电池等水系电池，有机系锂电池的火灾风险较为突出。锂电池在过充过放、短路、挤压等滥用条件下，内部发生正负极与电解液反应、电解液分解等一系列放热反应，引起电池热失控，从而导致火灾的发生。锂电池火灾具有起火速度快、热分解产物毒性强、灭火困难等特点。

2.2钠硫电池技术研究及产业化现状

经综合比较分析，钠硫电池是目前能量密度最大、功率密度最大的电池储能方式之一。其容量大、体积小，能量储存和转换效率高、寿命长、不受地域限制等优点，非常适合电力储能使用。

2.3爆炸

爆炸风险主要包括电池本体爆炸和变电设备爆炸两类。(1)电池本体爆炸：锂电池发生热失控后，会生成大量烷烃类可燃气体。若储能装置布置在室内，当可燃气体达到一定浓度时，遇明火就会发生爆炸。此外，液流电池、铅酸电池的水溶液会在过压电解后析氢爆炸。(2)变电设备爆炸：储能系统升压变压器若为带油设备，变压器内部故障会引起电弧升温，有燃烧和爆炸的可能。

3我国电池储能电站发展的现状的建议

3.1完善电池储能应用电价体系和补偿机制

政府主管部门至少可以从以下3个方面对与规模化电池储能发展相适应的应用电价体系和补偿机制进行完善：第一，对电池储能相关的购电价格、放电价格、输配电价及结算方式等出台具体规定；第二，从与储能有关的电价种类、电价结构及电价水平3个方面着手完善现有电价体系，形成促进储能发展的应用价格体系；第三，借鉴国外成熟的储能市场在储能初期采用专项补贴政策的基本做法，出台与电池储能相关的税收优惠、投资补贴、技术研发补贴等多项专项补贴政策。在具体操作上，建议对电池储能项目的补贴范围、补贴标准及具体的操作规则等予以明确。

3.2接入源网荷系统控制策略

电池储能电站具备运行状态快速转变的能力，可实现从负荷到电源的毫秒级转变，从而对电网频率起到紧急调节的倍增作用。在站内安装一个源网荷互动终端，将其通过调度数据网光纤通道接入源网荷精准切负荷系统，实现快速响应上级精准切负荷指令，同时与EMS系统通信及控制PCS动作。终端与EMS采用IEC104规约通信，与PCS之间采用干接点连接，使PCS可靠快速实现功率反转。储能站内源网荷系统具体控制策略为：源网荷互动终端接收到切负荷指令后，同时向PCS和EMS发送指令，PCS接收到硬接点信号后以短时允许过载功率进行最大功率放电1s，1s后由EMS根据PCS与电池状态，以最大可放电功率运行，直至达到SOC下限。当人为复归终端切负荷指令时，终端向EMS发负荷恢复指令，EMS由一次调频或AGC控制储能电站。

3.3提供电力辅助服务

电池存储提供商可以向电网运营商提供包括调峰、调频、平衡服务、黑启动等一系列的辅助服务。美国联邦能源监管委员会分别在2007年、2011年和2013年推出了890法案、755法案和784/792法案，明确了电池储能电站参与电力调频服务合法地位及保障投资回收并实现盈利的问题。在美国，75%的电池大规模存储电能容量提供频率调节，这有助于系统快速平衡短时间内出现的电力供需差异。美国PJM互联公司电力市场是全球第一个通过“按性能付费”的竞争性市场结构来评估储能系统提供频率调节辅助服务能力的市场。日本政府要求电网公司在输电网上安装电池来稳定频率或从供应商购买辅助服务。

3.4开展锂电池火灾多维防控技术研究

为降低锂电池火灾风险，需从“源头-预警-扑灭”多维度，开展一系列的火灾防控技术研究。源头方面，围绕火灾发生需满足的点火源、燃料、氧化剂三要素，提炼对电池火灾风险影响大的基本事件(电极材料易分解、电解液易燃等)，开展有针对性的高熔点SEI膜、难燃电解液等研究，提高电池的本质安全。预警方面，收集电池火灾发生前的烟气，电池表面温度、电压、电流等数据，采用大数据技术，提取电池火灾的关联特征量，力求早发现、早处理，避免事故发生或扩大。扑灭方面，现有实验虽已证明七氟丙烷对单体电池和电池簇具有灭火效果，但在已发生的锂电池预制舱火灾事故中，七氟丙烷并未扑灭火灾，最终采用大量水扑灭。开展大容量锂电池火灾灭火剂的有效性及边界条件研究，可缩短火灾时间，降低火灾损失。

结语

国内电网侧储能电站建设正处于起步阶段，数量及规模逐年增大，但在规划建设、运行控制、状态评价等方面都缺乏实际经验。本文介绍了当前大型电池储能电站的典型电气系统结构，依据电池储能电站调试情况，对站内系统运行控制策略提出了优化改进方案，并提出通信故障下的应急策略，以提高储能电站的安全稳定运行水平，相关研究可为电池储能站建设提供借鉴参考。

参考文献

[1]李相俊，王上行，惠东．电池储能系统运行控制与应用方法综述及展望[J]．电网技术，2017，41(10)：3315-3325.

[2]中关村储能产业技术联盟．全球储能市场跟踪报告(2019.Q4)[EB/OL]．(2020-02-10)[2020-02-26]．