蓄电池作为储能设备在风光互补发电系统中的应用-研究论文.pdfVIP

蓄电池作为储能设备在风光互补发电系统中的应用 徐懂理 河海大学电气工程学院，江苏南京(210098) E-mail ：xu_dongli@163.com 摘 要：在风光互补发电系统中，由于风能和太阳能的间歇性、随机性、地区差异性以及时 间的差异性，使得储能装置成了在整个风光互补发电系统中必不可少的部件之一。本文首先 阐述了各种储能设备的优缺点，以此来说明在风光互补发电系统中采用蓄电池作为储能设备 的可行性。而后详细地说明蓄电池的工作原理、充放电特性，进一步给出在具体的风光互补 发电系统设计中蓄电池的选择及其容量的计算方法，最后针对在风光互补发电系统中应用的 蓄电池，分析了其具体的充放电要求及条件，给出控制逻辑及控制方法，并设计了一套合理 的简单易行的蓄电池充放电控制逻辑电路。 关键词：蓄电池；风光互补发电；浮充；储能设备 1 引 言 1.1 风光互补发电系统简介 可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳 能和风能是可再生能源中利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有 很好的互补特性，在电能作为能量主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能和风能在 多方面的互补特性而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。该供电方式 在解决边远地区的能源供应问题中发挥着积极的作用。由于风能和光能的随机性、间歇性， 为满足稳定、持续的生活用电和生产的需要，因此必须加入储能设备。其整个互补发电系统 的基本结构如图1 所示，主要包括风机、太阳能电池板、储能装置、控制装置、逆变装置等 部分。 图1 风光互补发电系统结构框图 1.2 储能设备的选择 到目前为止, 人们已经开发了多种形式的储能方式, 主要分为化学储能、物理储能。化 学储能主要有蓄电池储能和电容器储能, 物理储能方式主要有飞轮储能、扬水蓄能、超导储 能和压缩空气储能。 现今研究的储能热点及利用较多的储能技术有：飞轮储能、超导储能、蓄电池储能、超 级电容等。其中飞轮储能就是将能量转化为飞轮的转动动能进行存储，其特点是建设周期短、 - 1 - 充电快、储能量大、无限次充放、无污染，但由于飞轮材料和轴承问题等关键技术一直没有 解决而使其发展停滞不前。超导储能利用由超导线制成的线圈将电能转换为磁场能储存起 来，需要时再转换成电能，其优势在于可以长期无损耗存储、转换速度快，但同样受制于材 料的成本，且要大量存储需要更多的超导材料。超级电容充放电速度快、循环寿命长、大电 流放电能力强，无需特制充放电控制电路，但其价格昂贵、容量低、重量大等[1]。蓄电池 体积小、储能密度高，在小型分布式发电中应用最广泛，且受人们的重视和欢迎。因此在风 光互补发电系统中我们采用蓄电池作为储能设备。 2 蓄电池 2.1 蓄电池的工作原理 目前常用的蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。由于铅酸蓄电池制造工艺比较简 单，价格比较便宜，并且容量也比较大[2]，寿命较长，因此可以用在互补发电系统中。铅 酸蓄电池又分为密封式蓄电池和非密封式蓄电池。 非密封电池的充放电反应可用下面的等式表示： 阳极 电解质 阴极 阳极 电解质 阴极 充电 PbO + 2H SO + Pb ⎯⎯→ PbSO + 2H O + PbSO 2 2 4 ←⎯⎯ 4 2 4 放电 充电过程完成后，如果再继续充电，就称为过充，过充将导致电解质中的水电离，于是 在阳极上产生O ，而在阴极上产生H 。这些气体释放到电池外面，就使电解质液面下降， 2 2 就需要补充纯水。 而密封式铅酸蓄电池是这样