动力电池在储能系统中的梯次利用对电能质量的影响

(华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450000)

1 概述

据《动力电池蓝皮书》叙述，随着我国发展新能源汽车产业上升为国家战略，2013年以后新能源汽车大规模推广应用，产销量年年不断攀升，截至2017年底累计推广新能源汽车180多万辆，根据企业质保期限、电池循环寿命、车辆使用工况等方面研究测算，2018年后各大汽车企业将会面临新能源汽车动力电池规模化退役，预计2019年动力电池回收量将达到11.14万t，2020年将达到25.7万t。数量如此大的退役动力电池，解决废旧动力电池回收再将其梯次利用的问题迫在眉睫。为了解决这一问题，政府部门在2018年2月发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，指出落实生产者责任延伸制度，汽车生产企业承担动力蓄电池回收的主体责任，鼓励动力电池生产企业、综合利用企业以及其他相关企业在标准化设计、开放通信协议以及编码溯源等方面配合整车企业充分落实动力电池回收责任，通过多种形式，合作共建、共用废旧动力电池回收渠道，并遵从先梯次利用后再生利用原则开展多层次、多用途的合理利用。据国内外研究，当动力电池储能降为70%～80%时，将不能将其运用在电动汽车上，将退役的动力电池应用在储能领域是现在电力系统研究的热潮。

为了将退役动力电池在储能领域应用，将梯次电池与风光联合系统形成一个风光联合储能系统。储能领域作为退役动力电池的一个主要发展方向，其更大限度的将退役电池再次利用，具有优化环境、节约资源、能源二次利用等优点。对退役电池的再次利用将电池的剩余价值充分运用起来，充分发挥其容量价值、储能特性，延长其使用寿命，进行资源回收利用，减少了电池回收的压力以及资源的浪费。对退役动力电池的梯次利用促进了电力系统绿色健康发展，退役电池在储能系统中的应用对社会和环境具有特别重大的意义和影响。

2 风光联合储能系统

风能和太阳能是当今社会特别热门的清洁能源，越来越受到国内外关注，甚至有些国家都具有了一定规模的光伏发电系统以及风力发电系统。在我国新疆等一些省份风、光能源比较充足，发展也具有一定规模。风光联合储能系统由光伏发电模块、风力发电模块、动力电池储能模块、系统控制模块以及系统负载等多个部分组成。

风能和太阳能的随机性和不稳定性是导致它们现在还没被大量开发和利用的重要原因[1]，但由于它们在时间和季节上有着有一定的互补性，将其综合利用储存在储能系统中。然后利用储能系统稳定地输出电能，优化和提高电能质量。

当风、光能源充足且负荷需求较小时，储能系统将储存多余的能量，此时储能系统处于充电状态；当风光能源不足、负荷需求较大时，储能系统将储能的能量输送给负荷，此时储能系统处于放电状态。

3 动力电池的梯次利用

资源与环境给予了当今电力系统行业极大的挑战，所以当今社会发展新能源的趋势是势不可挡的。一次能源的大量消耗，让整个自然环境产生了很大的不可逆的破坏，电能无疑来说是一种当今社会被广泛使用的清洁能源，而这种能源的储存方式中蓄电池储能无疑是最简单方便的。

电动车的面世虽然极大地减小了环境压力，使得新能源汽车产业能够迅速发展，但是动力电池成为制约电动汽车发展的重要因素，因为动力电池的造价较高[2]。而在2013年左右随着电动汽车热销售出去的电动汽车的动力电池，经过五六年的使用，现在即将面临淘汰退役的问题，因为当汽车的动力电池储能低于70%～80%之后，将不能继续在电动车上使用。但是数量极大的动力电池退役后的处理方式和去向，受到了相关人士的关注。经研究调查表明，退役的动力电池还有60%能够梯次利用[3]，这样的动力电池直接丢弃或者闲置，是对资源的一种极大浪费。

对动力电池在储能上的梯次利用是动力电池现在在储能系统中的一个研究热点，梯次电池在储能系统的使用使得动力电池资源得到更加合理化的分配应用。进一步减少了电力系统在储能系统上的经济开销，极大地节约了成本，提高了经济性。而且梯次电池的使用，进一步延长了电池的使用期限，增大了使用价值，减少了电池回收的压力。

4 储能系统提高电能质量

随着风能和太阳能引起了电力行业的重视，清洁型的新能源的开发成为焦点。但是风能和太阳能受自然环境影响较大，具有间歇性和随机性等问题。光伏和风力有功出力波动会引起配电网电压波动、网损增加、电能质量变差、电网调节压力增大等问题。随着并网规模增大，分布式光伏、风力出力波动将逐步成为限制其接入的重要因素。由于供电可靠性比较低，如果将风力和光伏发电设备直接接入系统将会对系统产生比较大的冲击和影响。储能系统对于新能源的不稳定性具有一定的缓冲作用，减少新能源大量并网对系统产生的冲击。为了减少光伏和风力对系统的不良影响，提高系统的有功频率特性、无功电压特性以及安全稳定特性[4]，平抑光伏、风力发电波动[5-6]，削峰填谷[7]，增加储能装置无疑是一个比较好的选择。

5 结语

新能源电动汽车的快速发展，动力电池的大量退役，以及愈演愈烈的新能源发电潮流，储能因其对能量调节作用，正深刻改变着电力与能源结构。可以预见，它将成为电力能源行业发展的又一关键内生推动力，将对涵盖“源—网—荷”整体电力与能源系统的生产运行产生变革性影响，除了参与电网调峰、调频外，也已具备了改善调节电网电能质量的能力。储能在电力系统中的地位以及作用在不断提高，而动力电池的梯次利用提高了储能系统的经济性。

本文提出了动力电池在电力系统储能领域的梯次利用，将资源进行二次利用，进一步延长了动力电池的使用期限；进行资源回收利用，减少电池回收压力，提高资源利用率。减少风力和光伏发电对系统的冲击，提高电能质量以及供电可靠性。动力电池梯次利用促进了电力系统绿色健康发展，在未来会在不同的领域受到越来越多的关注。