隨著風能、光伏等可再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)干擾、污染及隨機性引起的棄光、棄風問題日趨嚴重。自2011年起，通過對磷酸鐵鋰電池為基礎(chǔ)的化學儲能系統(tǒng)的潛心開發(fā)、測試與運用，已攻克并不斷攻克著儲能系統(tǒng)中一個又一個應用難題。
降低成本，實現(xiàn)大規(guī)模應用
在鋰離子電池成本結(jié)構(gòu)中，材料成本占比接近75%，而包括勞動力成本、制造成本、其他成本在內(nèi)總共占比25%出頭。根據(jù)成本分布情況，中天科技集團(以下簡稱中天)針對性地采取了相應的降本措施：
中天儲能采用全自動化設(shè)備。這是為降低制造成本及勞動力成本所采用的措施，與純手工制作對比，生產(chǎn)效率增加50%以上，制造成本下降了7%以上，使勞動力成本下降了2%左右。自動化設(shè)備的應用，使磷酸鐵鋰電池整體成本下降了10%左右。
其它材料的標準化及工藝的不斷優(yōu)化。除正、負極材料及隔膜等主要材料外的其它電池材料和PACK用材料，中天都盡可能采用標準化材料，使電池及電池組批量制作時，成本能有較大幅度的下降，且在工藝上不斷優(yōu)化。在2015年，中天在材料標準化及工藝優(yōu)化上使整體成本下降了約12%左右。
通過對主要原材料的改良使主材成本下降。中天通過配方改良及工藝改進，不斷提高主材利用率，主材的成本上也有較大的降低。盡管2015年以來主材的價格不斷上漲，但中天主材的成本占比沒上升，且略有下降。
一致性好及使用壽命長，讓儲能系統(tǒng)在實際使用過程中的成本下降起著關(guān)鍵作用。因為中天采用全自化設(shè)備，所以在一致性及配組上得到了保證，加上中天全極耳等獨創(chuàng)工藝使儲能系統(tǒng)壽命達到5000次以上，大大降低了實際運營成本。
關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)具有更大優(yōu)勢
除了上述一些針對性降本措施，中天還就如何降低質(zhì)量成本、售后成本，針對性形成相應的體系。綜合所有成本的降低，中天使磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)有更大的優(yōu)勢，為儲能系統(tǒng)得到更廣泛應用打下良好的基礎(chǔ)。
儲能系統(tǒng)調(diào)度算法是能否發(fā)揮儲能系統(tǒng)最佳作用的關(guān)鍵。一般電池儲能系統(tǒng)主要由儲能電池組、變流器、控制裝置和變壓器組成。圖2是儲能系統(tǒng)的電路拓撲圖。
以電池儲能系統(tǒng)的削峰填谷功能為例來說明控制算法，第一是預測出的日負荷曲線，優(yōu)化出24h的最優(yōu)充放電策略，即每個時刻電池是否充放電，充放電的功率大小為多少。第二是實時控制，根據(jù)日前優(yōu)化給出的充放電策略，以及當前的負荷值、電池狀態(tài)等數(shù)據(jù)，計算出充放電功率指令并下發(fā)給每組電池。
較簡單的削峰填谷方法是基于恒功率充放電方式，指在充放電階段電池儲能電站以恒定的功率進行充放電。恒功率充放電方式實現(xiàn)的一般步驟是：根據(jù)電池組的容量S和設(shè)定的充放電功率P，計算出總充電時間和總放電時間T=S/P。然后在負荷曲線中找到負荷最小點及負荷最大點，確定好充電及放電時間T。
如果需要根據(jù)實際情況靈活制定儲能電站的運行策略，且做到合理精確，就需要采用基于功率差充放電方式的削峰填谷方法。功率差充放電方式就是根據(jù)已有的負荷預測曲線，考慮到電池組容量和充放電功率的限制，首先把進行削峰填谷的充放電功率上下限值定下來，然后與預測負荷功率曲線進行比較，在此基礎(chǔ)上各時間段內(nèi)的充放電功率就能被確定。
上述只是以削峰填谷需要合理的算法作為說明。除此之外，儲能系統(tǒng)所要考慮的控制策略還有很多：
(1)間隙性可再生能源與儲能系統(tǒng)的互補控制策略;(2)孤島型儲能系統(tǒng)控制策略;(3)區(qū)域載荷預測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法……
一系列能源與能源、能源與負載間的控制算法策略，是確保儲能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，且減少棄風棄光的前提。中天儲能在這一方面設(shè)計了針對性的算法來應對不同應用條件下的儲能系統(tǒng)。
單體電池的選擇與串并聯(lián)的選擇，決定了儲能系統(tǒng)可靠性及壽命。在電池儲能電站系統(tǒng)中，儲能電池由多個電池經(jīng)串聯(lián)成電池組后接入直流母線，然后直流母線經(jīng)DC/AC逆變器接入變壓器，連接到交流母線進入電網(wǎng)。一般DC/AC逆變器輸入直流電壓都在DC500V以上，用磷酸鐵鋰電池作為儲能電池時，串數(shù)為200串左右。MW級儲能系統(tǒng)所需的儲能電量可能達到1000Ah以上。目前磷酸鐵鋰單體電池以幾十Ah為主，所以要獲得較高的容量的儲能電池組時，在需多個電池組進行串聯(lián)的同時，還需采取并聯(lián)的方式來提高容量。
電池模塊組在串并聯(lián)過程中，由于串聯(lián)的電池同時經(jīng)過充電或放電，所以串聯(lián)過程中電池的一致性非常重要。而在并聯(lián)使用時，在充放電過程中功率變化、起停及其它保護機制起作用時，就會出現(xiàn)相互并聯(lián)模組間的互充等影響。所以中天儲能系統(tǒng)電池考慮的點有：
(1)單體電池是否能滿足工作過程的性能要求;(2)電池模組、整個電池組間一致性要求如何實現(xiàn);(3)單體電池及電池模組是否能滿足充放電過程中功率變化、起停及其它保護機制起作用時，抑制住并聯(lián)單體、模塊相互之間的影響;(4)當電池隨使用時間的推移，內(nèi)部機理發(fā)生變化，是否能滿足上述過程性能要求;(5)采用先串后并還是先并后串，先并多少、再串多少、最后并多少……
拿先串后并和先并后串來說，就有很大的不同。根據(jù)圖3可以看出，先串后并安全性、可靠性更好;而容量更小、自放電更大，對BMS要求更高。如果采用先并后串則反之。
電池管理系統(tǒng)(BMS)對單體電池間均衡應如何解決。上述提到電池的一致性非常關(guān)鍵，但由于單體電池間總會存在差異，而且隨著使用時間的推移，差異會變大。作為電池組的一重要部分電池管理系(BMS)應如何對單體電池間進行均衡，就成為了確保儲能系統(tǒng)壽命更長的一項指標。
中天儲能長期以來的研究表明，電池的一致性由諸多參數(shù)一致性來決定;在不同工作電流下所呈現(xiàn)的一致性是不一樣的;材料、工藝差別所引起的一致性差別很大;不同時間、不同使用經(jīng)歷的電池有著本質(zhì)的區(qū)別。
結(jié)合上述各個研究結(jié)論，有針對性地對BMS均衡功能做針對性一一設(shè)計，避免了由于這一系統(tǒng)的差異帶來的不均衡，而不是簡單的被動均衡，或主動均衡。因為目前所謂的被動或主動均衡都僅是基于監(jiān)測電壓來實現(xiàn)，從源頭上就存在著偏差。當然中天所設(shè)計BMS的均衡部分硬件、算法等都需要結(jié)合儲能系統(tǒng)的實際工作要求、使用及環(huán)境要求來進行適當調(diào)整。
鋰離子電池及BMS系統(tǒng)與PCS的匹配性問題。儲能變流器(PCS)作為電能執(zhí)行系統(tǒng)，負責對各種能量轉(zhuǎn)換，并對電池系統(tǒng)進行充電。所以在使用過程中怎樣與電池系統(tǒng)進行更好的匹配，也是讓儲能系統(tǒng)工作安全、穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵所在。通常PCS工種模式有：
1)功率模式：以設(shè)定的有功、無功輸出功率值為參考;2)調(diào)頻模式：設(shè)定頻率，根據(jù)頻率設(shè)定值吸收或發(fā)出有功功率以調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率;3)調(diào)壓模式：設(shè)定參考電壓，根據(jù)電壓設(shè)定值注入容性或感性無功(低電壓穿越、STATCOM);
孤島模式：脫離大電網(wǎng)，自行組網(wǎng)運行，調(diào)頻調(diào)壓，同步并網(wǎng)。在各種不同模式下，電池及BMS都是處于不同工況，且可能出現(xiàn)不同的起充、起放、靜止、均衡、脈沖交換等特殊情況。因此，如何在BMS中控制好電壓電流使其平抑過渡，如何平衡PCS充放，如何利用BMS與PCS間通信及控制策略，如何將BMS與PCS各自保護機制做到劃分準確、干凈實施等，都必須充分考慮。中天正著手建立各種大數(shù)據(jù)庫，進行不斷分析與總結(jié)，使鋰離子電池及BMS與PCS做更有效的匹配。
在對儲能系統(tǒng)不斷研發(fā)與實踐過程中，中天除了對上述一些實際問題設(shè)計出了相應解決方案，還進一步對其它的遠程監(jiān)控、云管理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)收集分析及儲能電池回收等做了實際的開發(fā)與應用。這在以后的電站儲能、家庭儲能、通信儲能及其它不同的儲能系統(tǒng)中，不斷得到應用與提升。