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第六章 可用于光伏发电的储能系统 储能设备是现代电力系统中的重要组成部分，对常规电网来说，储能系统具有调峰填谷，提供备用容量，保障电网安全稳定运行；调频和调压，改善电能质量；提高发电、输配用电设备利用率；降低发电企业和电网运行成本；抑制系统低频振荡等重要作用，是提高电网供电安全性和可靠性，降低发电用电成本的有效手段之一。对于加入新能源发电方式的智能电网系统，除了上述作用，储能系统还很大程度上决定了新能源方式能否安全可靠、高效率的接入电网系统，特别是针对光伏发电这种可集中可分散、可独立可并网的波动大但发电时间范围确定的发电方式，储能系统的完善对其推广应用有非常大的影响。新能源日趋成熟，电池蓄能技术成瓶颈这句话甚至作为专题被业界内外所知。储能系统在太阳能发电系统中的作用主要有两个方面。首先对需要并入电网的光伏发电系统，储能系统可以降低光伏发电剧烈波动带来的危险，提高利用率，提高稳定性，预防停电等。对于独立使用的光伏系统，储能设备最大的作用是储存能量，供应无光或弱光等时间段的电力需求，保证太阳能电池的工作电压稳定，工作在最佳工作点，提高光伏发电利用率，还有提供启动电流，例如冰箱、空调等额定电流的 5~10倍时的瞬间电力需求。 本章主要介绍几种可用于光伏发电系统的储能方式，重点在于各类电化学储能设备，例如铅酸电池、全钒电池等。 储能系统的分类及特点 电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能以及物体内能等多种形态储存。储能系统根据其具体方式可以分为物理储能、电磁储能、电化学储能以及相变储能四大类型。其中物理储能包括抽水蓄能、弹性储能、液压储能、飞轮储能和压缩空气储能等；电磁储能主要是超导储能；化学储能主要包括各类蓄电池，例如铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等，超级电容器中利用单纯的物理极化原理的，可归于物理储能中的电磁储能，也有部分超级电容器利用了氧化还原的原理，因此也可以把它归类于电化学储能，也可以归类到电磁储能；相变储能包括冰蓄冷储能、热储能等。其中适合于大规模储能的有???流储能技术、钠硫储能技术、抽水储能技术和压缩空气储能技术等，其他储能技术都有其最佳使用范围，下表6-1总结了各储能技术的大致应用领域和特点。其中下划线的技术在光伏发电中应用较多或较期待。 HYPERLINK /view/14394.htm \t _blank能量密度（Energy density）是指在一定的HYPERLINK /view/31260.htm \t _blank空间或HYPERLINK /view/13930.htm \t _blank质量物质中储存HYPERLINK /view/14394.htm \t _blank能量的大小。储能系统的储能密度一般指HYPERLINK /view/17046.htm \t _blank电池的平均单位HYPERLINK /view/274417.htm \t _blank体积或质量所能HYPERLINK /view/22211.htm \t _blank释放出的HYPERLINK /view/48797.htm \t _blank电能，单位是Wh/kg或Wh/L。1Wh等于3600焦耳（J)的能量，以质量为标准时的储能密度又称为比能量。功率密度指储能系统所能输出的最大功率和系统总体积或质量之比，单位W/kg或W/L，功率密度（W/kg)也称为比功率，表示了单位重量的储能系统在放电时可以以何种速率进行能量输出。 第二节 物理储能 一、飞轮储能系统 飞轮储能技术是被期待用于光伏系统的当前研究较为成熟的技术之一。飞轮储能(FESS)是一种机械储能方式，他将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置，下图6-1是飞轮储能装置的结构示意图。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，飞轮的能量可以用公式E=jω2表示，式中j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关；ω为飞轮的旋转角速度。电力电子变换器通常是由MOSFET和IGBT组成的双向逆变器，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小图6-1 飞轮结构示意图 在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，最高可达200000r/min，飞轮的关键技术是要尽可能降低空闲运转时候的损耗。高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承技术促进了储能飞轮的发展。目前飞轮储能的研究主要着力于研发提高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术。其中超导磁悬浮是降低损耗的主要方法，而高强度的复合材料能够提高储