应用现状和有待解决的关键技术。重点分析了可再生能源发电中电池储能系统的构建方案，包括 配置方式、电池系统、功率调节系统和系统集成。总结了储能系统在可再生能源发电中的应用现 状，指出了电池储能系统构建及运行需要关注的问题。
关键词：可再生能源；电池储能系统；锂离子电池；钠疏电池；全机液流电池；功率调节系统
0引言
可再生能源发电的波动性、间歇性和不可准确 预测性，给现有电力系统运行带来了巨大挑战，迫切 需要额外的备用容量来实现动态供需平衡以及提供 调频调压辅助服务。储能作为解决大规模可再生能 源发电接人电网的一种有效技术而备受关注，目前 其应用主要涉及[18]:©配置在电源侧，平滑短时出 力波动，跟踪调度计划出力，实现套利运行，提高可 再生能源发电的确定性、可预测性和经济性；②配置 在系统侧，实现削峰填谷、负荷跟踪、调频调压、热备 用、电能质量治理等功能，提高系统自身的调节能 力；③配置在负荷侧，主要是利用电动汽车的储能形 成虚拟电厂参与可再生能源发电调控。
电池作为目前最有投资/成本效益的储能技术 之一，具有模块化，响应快，商业化程度高的特点。 随着技术革新和新型电池研制成功，电池的效率、功 率、能量和循环寿命均得到了显著提高。电池储能 系统安装灵活，建设周期短，已在电力系统中有许多 成功的应用。目前围绕电池储能及其他类型储能在 可再生能源发电中的研究主要集中在储能配置方式 和容量优化等方面[5，78]，而对电池储能系统的构建 方案和灵活运行尚缺少较为系统的论述。因此，本 文将对配合可再生能源发电的大功率电池储能系统 的构建方案及其运行进行初步探讨。
收稿日期：2012-10-14；修回日期：2012-11-19。
国家高技术研究发展计划（ 863计划）资助项目 (2011AA05A107);国家重点基础研究发展计划（973计划） 资助项目（2009CB219702);国家自然科学基金重点项目 (50837001);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 (20100111110017)。
1新型储能电池
1.1锂离子电池[4_91U
锂离子电池单体输出电压高，工作温度范围宽， 比能量高，效率高，自放电率低，已在便携式设备中 获得广泛应用。其中磷酸铁锂电池因其较好的安全 性和高倍率放电性能而受关注，在电动汽车和电网 储能中的应用得到了快速推进。日本早在1992— 2001年间的国家项目“分布式电池储能技术”中，就 联合多个研究机构和企业研发适合静态储能应用的 锂离子电池技术，建立了一些千瓦级的示范系统。 英国EDF电网在东部一个11 kV配电网静止同步 补偿器（STATCOM)中配置了 600 kW/200 kW • h 锂离子电池储能系统，用于潮流和电压控制。美国 AES Storage公司安装了 12 MW的锂离子电池储 能系统，用于提供旋转备用、调频等辅助服务。中国 国家电网公司和南方电网公司也均建立了兆瓦级的 锂离子电池储能电站，开展相关示范研究。
初始投资高是影响锂离子电池在电网储能领域 广泛应用的重要因素之一。在充放电随机性较大和 充电频繁的应用场合，循环寿命仍然制约着锂离子 电池的应用。锂离子电池在过充、内部短路等情况 下会发生温升，存在一定的安全风险。
电池材料占据了锂离子电池成本的绝大部分， 未来要进一步推进产业化，加强关键材料的自主研 制和大容量封装技术研究，降低初始投资成本;采用 新型电极材料、保护电路或均衡电路，提高电池的循 环寿命和安全性。
电网储能中应用较成熟。
钠硫电池储能电站在全世界安装数量已达到 200多座。日本Futamata风电场安装了 34 MW的 钠硫电池储能系统，用于平滑风电输出功率波动。 2006年美国AEP公司在査尔斯顿变电站安装了
1.2 MW/7.2 MW • h钠硫电池储能系统，用于削 峰，延缓输配电设备升级。中国科学院上海硅酸盐 研究所是中国较早开展钠硫电池研究的机构，已成 功示范了百千瓦级的钠硫电池系统。
钠硫电池高温运行，需要进行严格的温度控制； 电极活性物质处于熔融状态，电解质制备及稳定性 要求苛刻，存在较高的安全风险。目前钠硫电池市 场基本被日本NGK公司垄断，钠硫电池是否可成 功商业普及的关键是要推进产业化，降低成本，同时 要提高可靠性、安全性。
1.3全钒液流电池[2’1516]
全钒液流电池几乎无自放电，循环寿命长，功率 和容量可独立设计，容量可扩展性强，适用于大容量 储能应用。
全钒液流电池研究始于澳大利亚，加拿大、日本 等在其商业化方面开展了大量工作，日本Hokkaido 30. 6 MW的风电场安装了 6 MW/6 MW • h的全 钒液流电池系统，爱尔兰Some Hill风电场安装了 2 MW/ 12 MW • h的全钒液流电池系统，均用于平 滑风电场输出功率波动。中国河北省张北地区也安 装了兆瓦级的全钒液流电池储能系统，用于配合风 光并网发电。
中国钒资源十分丰富，为大规模开发应用全钒 液流电池提供了有利保证，但目前产业化规模尚不 够，成本非常昂贵，尤其是高功率应用，有待大幅度 降低，另外还要提高电池的转换效率和稳定性。
2电池储能系统构建
2. 1配置方式
电池储能在可再生能源发电中的配置方式对电 池储能系统构建具有重要影响，所以首先加以简单 分析。储能系统的配置可采取集中式和分布式 2种。集中式储能一般功率高，容量大，独立配置功 率调节系统（PCS)，直接与电网耦合，便于调度控 制。分布式储能一般功率低，容量小，可考虑将其 PCS与分布式发电单元并网装置在结构上进行复 合。分布式储能虽然配置分散，但如果按照集中控 制，统一调度的原则运行，在抑制可再生能源发电功 率波动、稳压、调频等方面也可以取得较好的控制 效果[17]。
储能功率和容量是储能系统的主要投资成本，
尤其是容量。储能功率由可再生能源发电实际输出 与目标值差额决定，储能容量一般由可再生能源发 电并网平滑策略和能量调度策略确定。以平滑出力 波动为例，大规模可再生能源发电自身具有一定的 空间平滑效应，若采取合理的协调策略，则可进一步 提高平滑效果[18]。因此，采用集中配置储能可以有 效降低储能功率和容量，提高经济性[17’19]。对于集 中式风电场、光伏电站，可在变电站出口集中配置储 能；对于配电网中的分布式发电单元，因其与本地负 荷关系密切，要从经济性和用户需求综合考虑，寻求 储能容量的优化配置，可在集中配置储能的基础上， 根据具体用户布局情况引人分布式储能[2°]。
当前集中式大规模风电场、光伏电站占据了中 国可再生能源发电的主导部分，大容量储能与大规 模可再生能源协调配合运行尤其引起工程界和学术 界关注。本文在以下的讨论中重点考虑集中式大容 量储能系统的构建，将以锂离子电池为例，重点分析 大功率电池储能系统构建过程中的几个关键问题， 包括电池系统、PCS和系统集成。
2.2 电池系统
电池系统的构建首先要根据具体应用要求，如 容量、功率、充放电速率和响应时间等，选择合适的 电池类型；再根据功率和容量大小确定构建形式。 要构建大功率电池系统，坚强灵活的电池模块是基 础，模块成组技术是关键。
2. 2. 1电池模块
传统的电池模块一般将电池单体直接进行串并 联，辅以简单的保护或均衡电路，电池管理系统 (BMS)检测到电池模块内某个单体过充或过放时 就切断包含此电池模块的整个组串，这种方案易使 整个组串的容量无法得到有效利用，供电可靠性低。 一种可选的方案是构建含电池阵列、均衡电路和 BMS的智能模块，如图1所示，再通过电池模块串 并联构建大功率电池系统[21]。
