電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BatteryEnergyStorageSystems，簡(jiǎn)稱(chēng)BESS）將多余的電能以高密度的鋰離子電池形式存儲(chǔ)起來(lái)，廣泛應(yīng)用于電子電路、設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)中，以備后續(xù)使用。

什么是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)？

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）是一種技術(shù)和概念，用于在可充電（二次）電池和電池單元中存儲(chǔ)電化學(xué)能量，以便在需要時(shí)使用。無(wú)論是用于小型單電池紐扣電池，還是用于由電池堆和模塊組成的大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。

電能如今已成為我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，我們隨時(shí)使用便攜式電子設(shè)備意味著我們離不開(kāi)它，而電池滿足了我們的能源需求。

目前，鋰離子電池和鋰聚合物電池是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要技術(shù)，因?yàn)樗鼈兡軌虼鎯?chǔ)更多的瓦時(shí)能量每千克（kg）重量。例如：每克重量600毫安時(shí)（600mAhr/g），相比其他類(lèi)型的二次儲(chǔ)能電池。

近幾十年來(lái)，極端天氣事件的頻率不斷增加，導(dǎo)致人們對(duì)更可持續(xù)的可再生能源技術(shù)（如太陽(yáng)能、潮汐能和風(fēng)能）的興趣日益增長(zhǎng)。但世界能源增長(zhǎng)的未來(lái)需要與可用的太陽(yáng)能電池存儲(chǔ)量相匹配，以便在低需求或高可再生能源發(fā)電期間發(fā)電和存儲(chǔ)電能。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

可再生能源系統(tǒng)發(fā)電的最大挑戰(zhàn)之一是其不可預(yù)測(cè)性。與傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電廠不同，后者可以24/7發(fā)電。

另一方面，可再生能源系統(tǒng)在一天中的能量輸出會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖鈼l件而變化。例如，當(dāng)太陽(yáng)不照耀或風(fēng)不吹時(shí)，發(fā)電量可能為零。

通常，我們的家庭、辦公室、商店和建筑物都需要持續(xù)的電力供應(yīng)，以保持冰箱運(yùn)行或燈光開(kāi)啟，即使在凌晨3點(diǎn)。這就是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，特別是深循環(huán)可充電電池發(fā)揮作用的地方，通過(guò)平衡可變發(fā)電和恒定電力供應(yīng)之間的不匹配。

儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)所使用的存儲(chǔ)技術(shù)分為電化學(xué)、化學(xué)、機(jī)械或熱設(shè)備。這些不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)在高峰生產(chǎn)期間積累多余的電能，并在高峰需求時(shí)釋放，從而保持電力供應(yīng)的連續(xù)性。

電池容量

電池的能量容量或額定值通常以安時(shí)（Ah）表示。因此，如果電池需要連續(xù)供應(yīng)3安培電流5天（120小時(shí)），則其額定值必須為：

Ah=Ixhr=3x5x24=360Ah

同樣，如果電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定值為18kAh，它可以連續(xù)供應(yīng)7.5安培負(fù)載電流多長(zhǎng)時(shí)間。

時(shí)間=Ah/I=18000/7.5=2400小時(shí)或2400/24=100天

作為儲(chǔ)能設(shè)備的電池專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于重復(fù)的充放電循環(huán)以及廣泛的放電深度。這使得它們特別適合需要日常能量緩沖的可再生能源應(yīng)用。

但通過(guò)將可再生能源系統(tǒng)與智能儲(chǔ)能解決方案結(jié)合起來(lái)，我們正在接近使清潔能源不僅環(huán)保，而且在我們需要時(shí)可靠地可用。

毫無(wú)疑問(wèn)，可再生能源對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)至關(guān)重要。將可再生能源的優(yōu)勢(shì)與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）結(jié)合起來(lái)，可以顯著減少我們的二氧化碳排放。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成部分

任何化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本元素都是電池，主要是因?yàn)樗鼈兊哪芰棵芏?、充電和放電效率。電池本質(zhì)上是一個(gè)自包含的電源包，由多個(gè)串聯(lián)連接的電池單元組成，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

術(shù)語(yǔ)“電池”定義了一種設(shè)備，由兩個(gè)電極和某種形式的電解液組成，放置在密封容器內(nèi)，允許連接外部負(fù)載。兩個(gè)電極，一個(gè)稱(chēng)為陽(yáng)極（標(biāo)有+號(hào)），另一個(gè)稱(chēng)為陰極（標(biāo)有-號(hào)），浸沒(méi)在電解液中。

電解液可以是液體或凝膠，位于兩個(gè)電極之間，創(chuàng)造一個(gè)環(huán)境，使微小的電粒子（電子）能夠以受控的方式流向外部連接的電路。

當(dāng)連接到需要電源的設(shè)備（如手電筒）時(shí)，會(huì)為電子流動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)閉合路徑。它們從陽(yáng)極開(kāi)始旅程，通過(guò)設(shè)備（在此過(guò)程中提供電力），最終返回陰極。

電解液通過(guò)使整個(gè)過(guò)程以受控和可持續(xù)的方式發(fā)生起著至關(guān)重要的作用。然后，電子的連續(xù)流動(dòng)就是我們所說(shuō)的電流，它使我們的電池供電設(shè)備工作。

雖然電池以固定量提供穩(wěn)定的電能來(lái)源，但將電池連接在一起，可以為我們所需的任何應(yīng)用創(chuàng)建更高的電壓或安時(shí)額定值。

例如，將電池串聯(lián)（+到-）或并聯(lián)（+到+，-到-）連接，將增加電壓或電流容量，相比單個(gè)電池。

BESS示例2

十個(gè)3伏特、235毫安時(shí)的鋰離子電池串聯(lián)連接，然后再并聯(lián)連接。每種組合的儲(chǔ)能能力是多少。

1.串聯(lián)連接的儲(chǔ)能電池

VT=VCELLx10=3Vx10=30伏特

AhT=B1Ah=B2Ah=B3Ah=…等=235毫安時(shí)

因此，串聯(lián)連接將提供：30伏特，235毫安時(shí)，或7.05瓦時(shí)（Ah*V）。

2.并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電池

VT=B1V=B2V=B3V=…等=3伏特

AhT=BAhx10=0.235Ahx10=2.35Ah

因此，并聯(lián)連接將提供：3伏特，2.35安時(shí)，或7.05瓦時(shí)。

電池儲(chǔ)能的發(fā)展已經(jīng)從用于UPS系統(tǒng)的傳統(tǒng)鉛酸（PbA）電池走了很長(zhǎng)的路。今天，現(xiàn)代電池技術(shù)專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)具有更高能量密度、耐用性和環(huán)境可持續(xù)性的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

各種新興技術(shù)，如鋰離子、鋅空氣、鋰硫和鋰空氣電池，正在提高二次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能力。此外，電極材料、板、密封件、膜和電解液的進(jìn)步也改善了電池技術(shù)。

雖然儲(chǔ)能系統(tǒng)本身不是發(fā)電機(jī)，但它們通過(guò)提供備用電源和管理高峰需求，在傳統(tǒng)和可再生能源源旁邊發(fā)揮著關(guān)鍵作用。太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力和生物質(zhì)等可再生能源可以產(chǎn)生清潔電力，但如果沒(méi)有有效的存儲(chǔ)解決方案，這些能源可能會(huì)被浪費(fèi)。

大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，特別是與可再生能源配對(duì)時(shí)，代表了滿足未來(lái)能源需求的有希望的解決方案。這些電化學(xué)電池系統(tǒng)可以有效地捕獲和存儲(chǔ)可再生能源以供后續(xù)使用。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)如何工作

對(duì)于儲(chǔ)能，電池由于其用戶友好性、低成本和由于缺乏機(jī)械和運(yùn)動(dòng)部件而導(dǎo)致的低維護(hù)需求，已被證明非常受歡迎。

可充電（二次）電池的電氣性能通常由幾個(gè)關(guān)鍵因素表征。例如它們的能量轉(zhuǎn)換效率、電池可以放電的深度以及它們可以充電的次數(shù)（生命周期）。

但電池的主要特征是其每單位尺寸可以存儲(chǔ)多少能量，以及在不使用時(shí)其存儲(chǔ)能量（放電）的速度有多快。然后，電池儲(chǔ)能（BES）設(shè)備可以分為以下3類(lèi)：

1.能量充電（功率輸入）

在能量生成過(guò)剩期間，例如當(dāng)太陽(yáng)能或風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的能量超過(guò)需求時(shí)，BESS吸收并存儲(chǔ)多余的電能。能量也可以在低需求時(shí)來(lái)自電網(wǎng)，此時(shí)電力更便宜。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)按以下步驟運(yùn)行：

電能由發(fā)電廠或可再生能源源產(chǎn)生。

BESS將此電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，存儲(chǔ)在電池單元之間的電解液中。

電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)控電池充電過(guò)程，優(yōu)化并防止過(guò)充、過(guò)熱或電池?fù)p壞。

2.能量存儲(chǔ)

一旦能量被存儲(chǔ)，它以化學(xué)能的形式保留在電池中。電池的一個(gè)重要方面是其端電壓，它根據(jù)電流和充電狀態(tài)而變化。使用的電池類(lèi)型（例如鋰離子、鉛酸或液流電池）決定了能量的存儲(chǔ)方式以及BESS可以存儲(chǔ)多少能量。

鋰離子電池由于其高能量密度、效率和長(zhǎng)壽命而最常見(jiàn)。

液流電池使用液體電解液通過(guò)可逆化學(xué)反應(yīng)存儲(chǔ)能量，通常更適合大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能。

深循環(huán)鉛酸電池可能是較舊的技術(shù)，但由于其成本效益和可靠性，仍用于某些小規(guī)模存儲(chǔ)應(yīng)用。

在未使用的存儲(chǔ)階段，BMS繼續(xù)監(jiān)控充電狀態(tài)，確保能量安全存儲(chǔ)并準(zhǔn)備在需要時(shí)放電。

3.能量放電（功率輸出）

當(dāng)外部需求增加或高峰消耗期間，存儲(chǔ)的化學(xué)能從電池中放電并轉(zhuǎn)化回電能。

存儲(chǔ)的化學(xué)能通過(guò)電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化回電能。

BESS將電能釋放回電網(wǎng)或本地負(fù)載（如建筑物、工廠或微電網(wǎng)）。

連接到系統(tǒng)的逆變器將電池的直流電（DC）轉(zhuǎn)換為交流電（AC），與電網(wǎng)或消費(fèi)電器兼容。

此過(guò)程確保即使在發(fā)電較低或需求較高時(shí)也能持續(xù)供電。

電池放電容量以安時(shí)（Ah）評(píng)級(jí)。因此，如果電池在20小時(shí)內(nèi)提供4A電流，則其評(píng)級(jí)為80Ah。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件

電池單元：-BESS的核心組件，能量存儲(chǔ)在其中。它們將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，反之亦然。從而實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。

正弦波逆變器：-這將存儲(chǔ)在電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，可用于家庭內(nèi)外的多數(shù)電氣設(shè)備。

電池管理系統(tǒng)（BMS）：-一個(gè)關(guān)鍵組件，監(jiān)控電池的健康、性能和安全性，優(yōu)化充放電循環(huán)。

能量管理系統(tǒng)（EMS）：-控制和管理BESS整體操作的軟件，包括能量流動(dòng)、監(jiān)控和優(yōu)化。

熱管理系統(tǒng)：-通過(guò)保持電池單元的最佳溫度，防止任何過(guò)熱和故障。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

能量總是可以以某種形式存儲(chǔ)。無(wú)論是在自然界中以化石燃料的形式在地質(zhì)尺度上，還是以太陽(yáng)能（太陽(yáng)）的形式在更大尺度上。這些能源根據(jù)人類(lèi)需求以機(jī)械、電力或熱能的形式被消耗。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）基于存儲(chǔ)來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源的電能，為滿足我們未來(lái)的能源需求提供了巨大的潛力。

化學(xué)能存儲(chǔ)設(shè)備以及使用液體或固體作為電解液的電化學(xué)超級(jí)電容器現(xiàn)在是當(dāng)今領(lǐng)先的BESS技術(shù)。

隨著家庭中可再生能源系統(tǒng)的增加以及作為電力發(fā)電的一部分，能量存儲(chǔ)已成為一個(gè)主要問(wèn)題。使用深循環(huán)電池存儲(chǔ)大量電能的能力將使公用事業(yè)公司在其運(yùn)營(yíng)中具有更大的靈活性，以應(yīng)對(duì)供需的增加。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)可以列舉如下：

通過(guò)穩(wěn)定電力供應(yīng)和防止停電，增加電網(wǎng)可靠性。

可再生能源整合：通過(guò)存儲(chǔ)多余電力，更好地利用間歇性可再生能源，如風(fēng)能和太陽(yáng)能。

降低能源成本：消費(fèi)者可以在價(jià)格低時(shí)存儲(chǔ)能量，在價(jià)格上漲時(shí)使用。

減少碳足跡：通過(guò)優(yōu)化可再生能源使用，支持向更清潔能源的轉(zhuǎn)變。

備用電源：在電網(wǎng)中斷時(shí)提供緊急電源。

BESS教程總結(jié)

總之，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）是能量存儲(chǔ)以及電網(wǎng)現(xiàn)代化和穩(wěn)定的重要工具。特別是在使用太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)和水力能源增加可再生能源使用的背景下。

自從鉛酸電池發(fā)明以來(lái)，由于其廣泛的應(yīng)用，各種可充電電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。儲(chǔ)能系統(tǒng)在電能可用時(shí)存儲(chǔ)多余電能，并在高峰需求或短缺時(shí)釋放，提高電網(wǎng)的可靠性、效率和靈活性。儲(chǔ)能設(shè)備的性能可以從其輸出和能量密度兩方面定義。

顯然，存儲(chǔ)能量是有成本的，在許多情況下，將電能存儲(chǔ)在二次電池中可能是成本有效的。此外，隨著時(shí)間、技術(shù)和需求的改善，隨著該領(lǐng)域的更多研究和開(kāi)發(fā)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的更多可能應(yīng)用將出現(xiàn)。