0 引言

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这2个技术难点的最佳途径，其中纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。随着电动汽车的飞速发展，动力电池（尤其是锂电池）的回收问题也日渐提到研究日程上来。尽管淘汰下来的动力电池还会保有不足80%左右的可用容量，但是由于其性能不一致性非常严重，淘汰下来的电池剩余容量与寿命难以估计，使得淘汰下来的动力电池的大规模集中使用变得非常困难。按目前电动汽车发展趋势，到2017～2018年将有上万吨动力电池退出市场 （3～5年寿命，低于80%额定容量） ， 迎来动力电池集中退役的巨大压力。

1.储能技术在电力系统的应用

1.1我国用电现状

随着国民经济的发展及人民生活水平的提高，用电结构发生了很大变化，不仅仅用电负荷峰值和谷值的差距越来越大，东部发达地区和西部发展中地区的用电差距也越来越大。另一方面我国风能和太阳能资源富集区域多集中于西北、东北等地，本地电力负荷有限，而我国70%以上的能源需求集中在东中部地区，这些电力必须通过远距离高压输送到东部负荷中心。

1.2电池储能系统技术提出

当前我国正处于深化改革的重要阶段，保证电网提供安全稳定经济优质的电能，提高供电可靠率、客户满意率、降低事故率以及破解电力增长中电网和资源约束的矛盾，尽快扭转电力建设的高消耗、高污染、高投入、低产出、低效益的状况，是摆在电网安全运行面前的一个棘手问题。因此电网的深度调峰调频能力显得十分必要，必须在高负荷地区建设调峰调频组合电源。由于风能、太阳能的间歇性、随机性，大规模风电、光伏发电接入电网，使电网面临系统备用容量和调峰电源、暂态稳定性和频率稳定性、安全性、电能质量等巨大挑战。正因如此，随着我国光伏和风电的快速增长，局部地区的弃光弃风限电问题日趋严重，有些地区甚至超过30%。并网和消纳问题已经成为制约我国风电和光伏发电持续健康发展的重要因素。而储能技术将解决电网的深度调峰调频能力和风光电的间歇性波动问题，实现远近配合互补，促进电能结构的调整，既确保电网的安全经济优质运行、保证可靠供电、满足经济发展和人民生活用电，又可以促进可再生资源和清洁能源的优化利用，提高电网的整体效益和竞争力。

1.3电池储能系统技术简介

储能技术是将电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量高效存储起来，在需要时，可以将所存储的能量方便地换成所需形式能量的一种技术，它是智能电网最迫切解决的问题。它包括两个方面的内容：一是高效大容量存储能量的方法，二是快速高效的能量转换。储能装置应用于电力系统是“智能电网”发展的需要。传统电力系统遵循电能生产－传输－使用的模式运行，储能技术的应用可以在这个系统中增加一个具有“存储”电能的环节，使原来几乎完全“刚性”的系统变得“柔性”起来，电网运行的安全性、经济性、灵活性也会因此得到大幅度的提高。在用户侧使用储能技术，可以充分发挥电能的许多优良特性，如洁净、便于收集、容易高效地转换成多种其他形式的能源等特性，实现用传统能源系统很难实现，甚至不能实现的功能。因此，储能技术有助于电网接纳可再生能源发电、有效抑制间歇性电源的波动、实现用户端电能管理、减小峰谷差、提高能源利用效率、提高电网的安全稳定运行。此外，储能设备也可以解决后备电源问题，为重要用户提供可靠的供电。

1.4电池储能系统技术在电力系统的应用前景

各种储能技术中，基于锂电池的储能系统具有性价比高、技术成熟，被认为是最有广泛应用前景的储能形式。但是，目前锂电池储能系统造价仍然过高，投资回报率过长，盈利模式不清晰等客观因素导致锂电池储能系统的应用受到极大的限制。但是随着电动汽车的快速发展，将电动汽车淘汰下来的大量锂电池有效利用起来，使得储能系统成本大幅下降，从而将彻底解决电网的分布式深度调峰调频和风光电可再生能源的波动问题，进一步确立了储能技术在电网中的独特作用，为建立智能电网打下坚实的基础。另外，大量淘汰下来的汽车电池存放也是一个很大的问题，若能将其利用起来、发挥其剩余能量的价值，也为社会创造一大笔财富。

2.电池储能技术系统总体方案

2.1方案概述

本方案是基于动力电池梯度使用来构建中小型储能单元，并在此基础上组网构成大型储能系统，利用峰谷电价差异或弃风弃光的能量对废旧动力电池进行充放电（谷充峰放）以起到削峰填谷的作用，由此来抑制电网波动。本系统集成有电池储能系统、智能监控系统及通信数据处理器等设备，可采用本地控制和远程控制。

2.2方案特点

由于该储能系统单元功率较小（即电池串并联数量较少），便于电池管理系统对电池进行均衡管理，可大大减少了系统的维护时间并保证了动力电池梯度使用的安全。在系统运行时通过各能源管理系统将电源电池包的SOC范围设定在合理之间，这样将大大延长电池使用寿命。

此系统以“分散安装、集中控制”为系统设计原则，一方面减少了对储能系统安装场地面积的需求，另一方面可集中接受上级监控单元下发的统一调度指令进行协调运行，便于用户甚至是电网调度中心统一调配，实现和大型集中性储能系统的同样功能。配合光伏、风能等间歇性能源使用，形成自发自用模式，也可将由限电造成的弃风弃光能量储存在电池中，再根据需求释放给负载，缓解资源的浪费。同时，由于其安装地点分散，所需基本储能单元数量较多，客观上也为构建新能源互联网打下基础。

为了解决废旧电池均一性较差、维护困难的问题，不同于以往的集中式大规模使用锂电池的模式，以多个中小功率储能单元（其功率范围可比较灵活， 5-20KW/10-150KWH左右，以电动汽车所用电池模块为基准）为核心构建大型储能系统，从客观上：

（1）便于废旧电池进行分组管理，解决了均一性较差的问题。

（2）由于该储能单元功率较小，便于电池管理系统对电池进行均衡管理，大大减少了系统的维护时间并保证了废旧电池的安全使用。

（3）在系统运行时通过监控单元将电池的SOC范围设定在30%-80%之间，这样将大大延长电池使用寿命。

2.3方案架构

单个分布式储能系统由退役汽车动力电池、双向储能逆变器和能源管理系统组成，能源管理系统通过以太网连接到网络监控平台，形成“分散安装、集中控制”的大型储能系统。

2.4削峰填谷运行模式说明

在电力需求逐年增加的情况下，较大负荷中心配电网中普遍存在负荷因数偏低的问题，即白天与夜晚的电力负荷需求存在很大差异。利用高能量密度和高效率的电池储能系统，可减弱这种随时间变化的能量需求波动，从而提高现有发电系统的运行效率，降低运行成本。

电池储能系统在夜晚用电低谷期将电能吸收进电池存储起来，在白天用电高峰期将电能释放，满足负荷的需求，使供需平衡[1]。

a.白天：储能系统以需求功率向负载供应能量，以减少用户在用电高峰时的电费，若供电能量不足可由电网补充供电，如下图红线所示：

b.夜晚：电网通过储能系统对电池进行充电，此时负载由电网供电，如下图红线所示：

3.经济效益分析

下面以一套在上海地区运行的100kWh电池系统（相当于20套80V60Ah储能系统）来说明运行情况，并在此基础上做进一步的经济性分析：

假设该储能系统的锂电放电深度（DOD）为50%，系统转换效率为92%，电池系统总容量为100kWh，电池系统可用容量为50kWh，逆变器总输出功率为40kW。

若进一步考虑最大需量费用，通常情况下用户用电最大功率出现时间即为电费峰值期间，按照上述计算，每月可减少最大需量25KW（削峰值）， 即利用该系统每年最大需量可节约42 * 25 * 12 = 12600元/年  （上海地区最大需量电价 42元/KW.月）。

综上所述，采用该系统后用户的年度收益为35157元，预计3年可收回投资成本。

4.结论

储能技术在世界范围内已有许多实际工程和示范应用，并成功应用于可再生能源、智能电网、分布式能源、离网微电网、工业节能、应急电源、家庭储能、轨道交通等领域。随着各种储能技术路线的逐渐成熟、储能成本的持续下降以及相关政策的逐步完善，电网对储能的需求有望逐步释放，“十三五”期间将是储能技术逐步开始商业化的阶段。

目前的电池储能成本都高于市场能够接受的水平，只能应用于带补贴的新能源汽车产业或电网储能示范项目[2]。由于本系统利用废旧动力锂电池构建的储能系统，可以大大降低了系统成本，利用峰谷差价减少用户用电费用，同时解决最大用电需量限制，也为创立一种新的储能系统盈利模式打下基础。

参考文献

[1]王育飞、王辉、符杨、张宇. 储能电池及其在电力系统中的应用[J]. 上海电力学院学报，2012（10）：106-115.

[2]陈永翀、李爱晶、刘丹丹、张萍. 储能 技术在能源互联网系统中应用与发展展望[J]. 能源互联网技术专辑，2015（12）：172-182.