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锂电池是目前大规模储能优选之一-国家能源分布式能源技术研发中心特聘研究员周锡卫

北极星储能网  来源:电力头条APP    2018/9/20 16:05:24  我要投稿  

北极星储能网讯:大规模储能里有三个技术是比较核心关键的,一个是BMS,第二个是PCS,第三个是EMS,任何一个环节做的不好都有可能造成非常大的风险和不良的后果,周锡卫研究员在2018国际储能峰会上表示。

2018年09月19-20日,2018第五届国际储能峰会在唐山南湖国际会展中心拉开帷幕。峰会邀请来自25个国家和地区百余位海内外演讲嘉宾共商储能良机。北极星储能网将对大会进行全程直播,如需我们直播您的会议,请联系微信号:13693626116。

国家能源分布式能源技术研发中心特聘研究员周锡卫先生分享了储能系统关键技术及应用方面的内容,重点介绍了BMS及安全管理方面内容。

周锡卫.png

以下为发言实录:

国家能源分布式能源技术研发中心特聘研究员周锡卫先生:各位同行,各位朋友下午好!今天跟大家分享一下大规模储能系统的关键技术和应用方面,这个题目很大,实际上我今天重点讲的是安全性和经济性,储能系统现在大家比较关心的就是严重方面怎么样,然后商业价值有没有,有没有盈利的空间,今天我重点介绍这两个方面。

因为时间关系,有些内容我就过去了,有些重点的地方我就讲的稍微细一点,这个大趋势就不讲了。储能系统商业化的探索目标,实际上我们重点在这四个方面考虑,一个是基于市场化创新上,不需要新的国家政策或者是政府补贴的情况下,凭借着交易平台等市场化的手段如何进行创新实现三个方面的考虑,一个助力电网,就是在电网的电力调节辅助服务上去发挥作用。第二个在现行政策,有一个非常重要的特点来支撑着大规模储能的就是国家能源局有一个164号文,应该是2016年的,这个文件是关于储能如何变成一个独立电站跟电网发生业务关系,然后定价如何定,给了一个原则意见,所以现行政策我们是依据这样的一个政策来实施的。

第三个方面就是降低新能源的弃电或者是扩大新能源的应用规模和范围。因为大家关心安全,近年陆续发生一些比较重大的安全事件,本来我还有几张图,因为涉及到国内的一些单位我就没有放出来,就放了这一张,这是韩国2018年7月2号发生的一个比较大规模的,是有4兆瓦的功率,12兆瓦时锂电池的储能系统,全部都烧尽了,救火是救不灭了。经过分析,各个专家分析统一比较认可的共识是认为现在的锂电池的结构和现在的设计技术,材料技术还存在着一定的商业应用的风险,主要实际上是有几个方面,一个是过充过放的风险,第二个是短路风险,第三个是在应用的时候不均匀性造成电芯不一致的后期效应,前期静态的时候在工厂都做了一致性的检测,原则上是没问题,但是在应用场景上,一串组之后可能温度差比较大,靠外面环境接触的地方,因为有空调设施,温度控制会比较好一点,但靠中间可能只有三毫克,两个电芯之间只有三毫米的间隙,这样的话空气对流还是比较困难,所以温度的一致性在运行过程中实际上是有比较大的差距。在不同的温度环境下充放电电量是不一样的,这样就造成规模应用的时候,本来比较一致的,使用到一段时间之后不一致性就会凸现出来,不一致性凸现出来会有很多的隐患和风险,后面我们会讲到。

这是一块BMS,实际上大规模储能里有三个技术是比较核心关键的,一个是BMS,第二个是PCS,第三个是EMS,任何一个环节做的不好都有可能造成非常大的风险和不良的后果。特别突出介绍一下BMS,电池管理最基本的一个环节也是最实质的一个环节,我想了一个通用的BMS的,网上也可以搜得到的一块板,只管12颗电芯或者16颗,可能有一些这方面的专家自己做过了,大部分可能自己没看过里面BMS电路的情况。

BMS实际上是一个比较强大的计算机控制系统,也是比较复杂的,里面局部的电路,这是几颗专用芯片,这是均衡电路的,一共可以管六颗电芯的大概就是这样一个结构。里面有庞大的线路,这会怎么样呢?第一,它管理的参量会比较多,包括运行、判断等等,还有一个本身的可靠性要远远低于电芯的可靠性。

我把它简化了一下,基本上像这样的一个BMS,蓝色的部分就是监控电路,刚才那块大板的主要部分,它还有均衡电路,均衡电路目前有两种,我一会儿把一个示意图再打出来。我现在要说明的是什么呢?目前的这个是锂电池的,特别说明一下。今天重点讲的是锂电池方面的,实际上是电化学蓄电池方面,不排除,不是说别的储能方式不好,因为我认为目前商业性价比比较高的,马上能够商业化应用的,大规模储能方面锂电池还是比较优选的之一。

讲锂电池多数是这么一个情况,我现在一共划了五条线,这边是四个电池,现在叫四个并接,目前大规模储能一般都是三个,四个,五个,甚至八个,还有做多的是12个,一会儿我讲为什么是这个原因。现在是四个并接的,视同为一个电池好了,检测电路有5根线,两根线是检测电压的,还有一根蓝色是检测温度的,还有两根红色是做均衡的,是主动均衡的。这里面特别说明的是一颗电池要有五个线路,其中还有一个是电路的回路做主动均衡的。

在一个一MWH的集装箱里,如果用60安时的电芯要有5000多颗,如果四个并起来这样的话还有一千多个回路在里面,所以辅助的设备和回路造成的不安全因素是非常大的,现在很多集装箱出问题,后面分析起来,很多跟辅助电路先发生故障和问题有很大关系。

还有一个,电芯大家会看,每个电芯厂都会做测试,实际上是很难燃烧的,我们也做过实际的测试,你就是一颗电芯,基本上就是600多安回出来,有的会到900安一颗电芯,这个电流会非常大,如果电人的话把手指就要击穿掉,但是它不会燃烧。

反过头来讲燃烧是因为很多情况下,过充过放会漏液,温度会比较高,比较高的时候电极,不同厂家的工艺措施使它内部短接,容易和燃烧的锂电池的液体发生关系,这时候比较容易起火。

画这张图的另外一个意思,我这边画了四根电池,这边一个红色,现在的BMS检测实际上是这个红色的电压,并不是四颗里面任何一颗的电压,这个大家大多数都是学过电的,中学物理里面都有,并接的时候电压位是相等的,所以四个并接之后检测到的电压是同样的电压。可是这四颗电芯里面运行一段时间了不均衡,有的已经过充了,有的已经满了,旁边的这一颗,两边的还比较低,电位,这个时候如果按照红线的位置可能只有到80%的SOC还可以继续充电,另外一颗已经满的这个时候就会过充了,长期过充就有可能造成比较危险的事故。

如果现在是放电,现在比较低的就会提前达到了放电的保护电,不应该再放的,再放就过低了,检测出来的平均电压在他上面,这个时候在BMS和EMS得到的数据,它还可以继续放电。这个时候再放电,这两个比较低的就会过放,所以过充过放电池厂家都会说是致命的损伤。

为什么出现这种情况呢?刚才我们看到了BMS的线路,包括这些个传感器等等,这个成本目前还是比较高的,为了降低成本,它就把几颗并在一起视同一颗,所以这样的话就会造成一个,因为经济成本的原因造成对安全性的降低,就违背了原来BMS最早的初衷,就是要把每一颗电池管住,实际上就管不住了,这是经济性上。

这是一个600颗电池工作三个月以后的情况,两个蓝线之间是允许的偏差范围,在两个线的上侧和下侧都有部分的电芯不一致超过了要求,在充放电的时候就有可能造成过充过放,时间关系就快一点。这是一个小时,如果做调频的时候一个小时需要调的波动的次数,还是挺频繁的,所以比汽车使用实际上难度或者风险度是增加的。

这个地方稍微讲一下,BMS两种,靠上边的这一种是属于被动的均衡,是有一个电阻,有一个开关,如果充电的时候这颗高了就把这个开关接上让电从电阻消耗掉,把电位拉下来。下面这一个是主动均衡,是靠耦合的办法,用另外一颗电源给某一个低的补电,或者把某一个高的取出去,使它补齐。这样的话一个BMS有这么多电芯,如果每一个都去管理的话就要有这么多个回路在里面,这个风险,这个出问题的概率也是非常大的,目前很多用的都是开关管,开关管某些情况或者设计不太好会有漏电流还会出现其他的负作用,这是价格方面,商业价值上,商业价值,目前的情况,储能系统大概在1300-1700千瓦时的价格。

现在我们在大规模储能上,BMS做了一个创新的改造就是采用了这边的这一种,没有均衡,在电芯上没有均衡,我们叫做全电芯单体检测,然后小组串均衡,用这样的办法既可以监测每一颗电池的安全性又可以解决均衡问题,这是我们在720兆瓦时的项目上做的。最后一句,目前我们在做的一个项目是在甘肃,这个项目比较大,一共有720兆瓦时,一共放了8个子站,在一个输电的等级线路上挂在不同的地区,所以我们叫网域,这个项目现在已经开始实施了,这个也就是采用了刚才的BMS的管理技术,就是单体电芯全检测,小组串均衡的一个技术。

(发言根据电力头条App速记整理,未经本人审核)


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