储能行业基础知识
一、储能的定义与意义
储能是通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放出来的过程，是一种电网供需平衡技术。传统“刚性”电力系统电能“源—荷”瞬时动态平衡的法则越来越难以为继，未来电力系统必须具备足够的“柔性”以适应高比例可再生能源的新常态。在这一转变过程中，储能因其具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力，成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术之一。新能源在电力系统中的占比低于20%时，现有的调峰电厂（燃气、水力发电厂）可应付间歇性新能源供电波动；但大于这个比例时，就需要用到供需平衡技术，包括储能、需求侧管理、电网互联。
储能可很好地解决可再生能源引入的挑战，因此在新型电力系统中具有重要地位。一方面，可解决风光出力高峰与负荷高峰错配的难题，通过削峰填谷，增加谷负荷以促进可再生能源的消纳，减少峰负荷以延缓容量投资需求。另一方面，可解决风光出力随机性和波动性带来的频率稳定难题，尤其是电化学等响应速度较快的新型储能，能提供调频服务提高电网可靠性。
二、储能技术的分类
储能技术主要分为：热储能、电储能、氢储能三大类，其中电储能技术又可进一步划分为：1）电化学储能；2）电磁储能；3）机械储能。
电化学储能包括：锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、液流电池。
电磁储能包括：超级电容、超导存储等。
机械能储能包括：水力发电、抽水蓄能、固体重力储能，以及通过高速旋转的飞轮的动能储能的飞轮储能、压缩空气储能。
热储能包括：熔融盐储能和储冷。
机械储能的基本原理是电网低谷时利用过剩电力，将作为液态能量媒介的水从低标高的水库抽到高标高的水库，电网峰荷时高标高的水库中的水回流岛下水库，推动水轮发电机发电。
氢储能或合成天然气储能是指利用氢或合成天然气作为二次能源的载体。利用待弃掉的风电制氢，通过电解水将水分解为氢气和氧气，从而获得氢。以后可直接用氢作为能量的载体，再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气（甲烷），以合成天然气作为另一种二次能量 载体。
三、储能技术的性能比较和应用选择
储能技术种类繁多，他们的特点各异。实际应用时，要根据各种储能技术的特点以及对优缺点进行综合比较来选择适当的技术。供选择的主要特征包括：①能量密度(kWhorMWh)；②功率密度(kWorMW)；③响应时间(-ms,-s,-minute)；④储能效率(充放电效率)；⑤设备寿命(年)或充放电次数；⑥技术成熟度；⑦经济因素(投资成本、运行和维护费用)；⑧安全和环境方面的考虑。
四、储能技术在电力行业的应用场景
储能在电力行业的三大应用环节为：电源侧、电网侧、用户侧，具体提供的功能和价值为：1）实时功率平衡（功率价值）；2）提高系统容量系数（容量价值）；3）能量吞吐和转移（能量价值）。
一般而言，放电时间为秒至分钟级的储能技术，常常是功率型的，比如超级电容器、超导储能、飞轮储能，可用于UPS和提高电能质量、调频；放电时间为分钟至小时级的一般为容量型的，如轮储能、各种电池等，可用于电源转换；放电时间为小时至天级的一般为能量型的，
如液流电池、抽水蓄能、压缩空气、氢储能等，目前应用最广泛的大型抽水蓄能可以解决天级的储能要求，要满足周和月级的储能需求要依靠其他种类储能手段，如氢和合成天然气。
五、各种储能技术的优缺点分析
锂离子电池的综合表现最好，使用场景最多；而与之相对，互补性最强的就是氢储能，它可以应用于锂离子电池无法使用的季节性调峰领域，对于缓解目前极端气候所带来的季节性用电紧张问题产生重要作用。
同时，氢储能与超级电容也有非常强的互补性，尤其是超级电容在提高电能质量、平滑新能源出力、调频方面具有其它技术所不具备的显著优势，但其大规模应用的最大阻碍还是使用成本，因此宁愿退而求其次，使用更加经济的锂离子电池方案。
六、电化学储能系统构成
1、电池
目前主流的蓄电池储能为锂电池、钠离子电池、液流电池：
1）锂电池
优势是能力密度高、污染低、转换效率高、循环寿命长，但随着原材料价格的飙升，影响成本下降，且稳定性不足、容易出现安全问题，需要专门的消防和温控公司进行监控维护，进一步增加了使用成本。目前磷酸铁锂的度电成本在0.31-0.3942之间。
2）钠离子电池
钠离子相对锂电池而言，更加稳定安全、摩尔导电率更高，成本更低（约30%），但缺点是能量密度低，长期稳定性不足。比较适宜大型集中储能电站用于日间调频。
3）液流电池
主要是钒液流电池，优点是长期稳定性高、安全，循环使用寿命高（可达12000-14000次）、充放电效率高、容量可增加、电解液可循环使用。缺点是能量密度很低、能量转换效率较低、放电时间长（最高可达8小时）。
2、电池管理系统BMS
BMS的原材料是IC、线束、继电器与机壳。基本工作原理是MCU采集传感器提供的电流、电压、温度等电池工作参数，从而对电池的工作情况进行分析，估算其剩余电量，决定是否启动保护电路或进行均衡；电池工作状态可通过显示屏显示，也可以与上位机进行通信，从而实现远程监控。BMS主要由主控单元、从控单元、信息采集单元、信息传输及显示单元等组成。在硬件设计过程中，为达成产品的高可靠性和安全性，在各功能区需要选择PPTC、FUSE等被动保护器件以保护电子电路在复杂电磁环境中的功能和安全。
在锂离子电池系统中，BMS需要对电池组进行数据监测和故障诊断，以便对电池进行动态管理，并将这些数据上传至控制器，便于进行控制策略的选取与实施，实现电能的高效利用，保持电池性能良好，同时起到延长电池循环使用寿命的作用。一般来说，BMS要实现单体电池电压电流检测、电量计算、均衡管理等九大功能。特斯拉回应失控事故
其中单体电池电压监测的目的主要在于通过压差判断电池的差异性以及检测单体的运行状态。除此以外，电池组的总电压仍需要单独测试以备继电器的诊断。
其中温度的测量对于电池组工作状态的评估具有重大意义，包含单体电池的温度测量和电池组流体温度监测。电池组中温度传感器的放置位置以及使用个数，对温度测量影响较大，此
外，不同温度区间对于BMS模块的精度要求也有不同，一般涉及到分级管理的概念。
另外单体电池SOC估算是BMS中的重点和难点。目前最常采用的估算方法是安时积分法和开路电压标定法。通过建立电池模型和大量数据的采集，将实际数据与计算数据进行比较，是目前的主流做法。