锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术。然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。

考虑荷电状态一致性的分布式储能电站一次调频控制策略

随着可再生能源比例增加,电网新建储能电站成为提升系统频率稳定性的重要手段。针对电网中分布式储能电站(distributedenergystoragestations,DESS)参与一次调频面临的荷电状态均衡问题,提出了一种考虑荷电状态(state of charge,SOC)一致性的DESS协同控制策略。首先,构建了含分布式储能电站的区域电网调频模型,分析了传统调频控制方法的特点,并讨论了储能在高渗透率新能源电网中的调频及一致性控制需求;其次,分析了电网调频需求与DESS的SOC一致性调整需求之间的耦合关系,设计了基于一致性原理的SOC分布式控制策略,进而构建了兼顾两种需求的DESS一次调频协同控制方法,详细分析了关键控制参数的设计原则与取值方法。最后,搭建典型区域电网模型,结合不同频率波动工况进行了仿真验证,结果表明:所提控制策略可以有效改善电网频率质量,在不增加系统调频负担的前提下实现多个储能电站的SOC一致性调节,减小了DESS集群的SOC越限风险,增强了其聚合控制效果。

考虑过充/过放的电化学储能电站建模及故障特性分析

随着电化学储能的广泛应用,其已成为解决可再生能源并网问题的热门方案之一。然而,储能电站的充放电模式转换及不同的运行控制策略等,将导致电网故障特征更为复杂。为全面、深入地分析储能电站的并网故障特征,文中基于实际的储能电站拓扑结构和运行控制策略,建立了电化学储能电站仿真模型,模拟在常规充/放电、故障穿越、过充/过放等不同工况下储能电站的动态响应过程。在此基础上,明确了储能电站在常规充/放电和过充/过放场景下的故障特性差异,分析了产生差异的决定因素。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台完成了所建模型的功能性验证,研究结果为了解储能电站的工作原理、研究储能电站的并网控制策略及保护方案提供了借鉴。

电化学储能电站消防安全法律治理对策

电化学储能电站消防安全法律治理对策意在通过法律手段确保电站的消防安全,以防范各类不安全事件的发生。首先,针对电化学储能法律、相关法律问题及各项储能政策展开研究;其次,分析电化学储能的基本原理,并针对储能电站电能与化学能的循环转换方式,确定电化学储能电站的供能表现,从而有目的地进行消防安全监管;最后,确定消防安全法律存在的漏洞问题,并提出相应的治理及整改意见,一方面保障法律体系的完整性,另一方面确保电化学储能电站的消防安全。

基于参与因子的储能电站一次调频控制策略

为使电池储能高效安全地参与电网一次调频过程,考虑储能电站内部组成构造,提出一种储能电站各储能单元动态参与一次调频的控制策略。首先在系统频率跃出调频死区时,基于参与因子确定参与一次调频的主辅出力单元,提高荷电状态(State of charge,SOC)保持效果,同时协调虚拟正/负惯性与虚拟下垂3种控制方法依据Logistic函数特性出力,改善一次调频效果;其次当系统频率进入调频死区时,依据超短期负荷预测对储能单元荷电状态进行预恢复,提高储能电站调频容量利用率;最后在两种系统工况下仿真验证,结果表明所提控制策略的有效性。

锂离子电池储能电站热失控预警与防护研究进展

锂离子电池储能电站安全问题是制约能源变革与“双碳”长远目标实现的重要因素。一旦储能电站发生安全事故,造成的财产损失和人员伤亡将非常严重。文中分析了锂离子电池储能电站引发安全事故的原因;综述了储能电站发展至今安全前置的各类预警技术,介绍了抑制储能电站热失控扩散的灭火剂种类及优缺点;对近年来工程应用及实验研究安全预警和防护的技术特点进行了总结和讨论;最后,针对各类应用场景的锂离子电池储能电站,从行业健康、有序、长远发展的角度,指出在安全事故预警、防护方面存在的问题,并对未来发展技术趋势进行了展望。

锂电池储能电站火灾与消防安全防护技术综合研究

近年来国内外锂电池储能电站的增量十分可观,用户侧潜力巨大,遂对锂电池储能电站的安全防护提出了更高的要求。现如今锂电池储能舱传统火灾探测器的预警方式存在不足,同时国内外大量应用研究也表明七氟丙烷和全氟己酮是目前较适用于锂电池储能电站火灾的气体灭火剂,但任何单一灭火剂均无法同时起到扑灭明火和抑制大容量锂电池复燃的作用,锂电池储能电站目前缺乏明确有效的灭火技术、系统性的解决方案。本文从极早期火灾探测对储能舱火灾预警的重要性出发,综述了含不同种类添加剂的细水雾对锂电池储能电站火灾的灭火效果,突出了气体灭火剂-细水雾联合应用消防策略的重要性,并提出了清洁高效灭火技术开发的重点和下一步发展方向。

计及动态能源价格和共享储能电站的多主体综合能源系统双层优化调度策略

可再生能源不确定性背景下,为协调综合能源运营商、电热负荷聚集商及共享储能电站之间的利益关系,提出一种电热综合动态定价机制,基于综合需求响应特性,引导电热负荷聚集商参与综合能源系统运营商优化,促进储能高效应用和新能源就地消纳,实现多利益主体互利共赢。以综合能源系统运营商为主体,以电热负荷聚集商和共享储能运营商为从体,构建一主多从的综合能源多运营主体系统优化模型。充分挖掘共享储能运营商的运行模式,包括充电、放电和提供备用等模式。采用CPLEX对主从博弈模型迭代求解,算例结果验证了模型及方法的有效性。

锂电池储能电站消防灭火系统设计

磷酸铁锂电池储能电站存在一定的火灾安全风险,研究过程旨在针对此类电站设计可行的消防灭火系统。通过分析磷酸铁锂电池的燃烧过程,发现其在140℃即可进入热失控状态,在扑灭明火后容易出现复燃。对比干粉灭火器、六氟丙烷灭火器、七氟丙烷灭火器以及水的灭火效果,发现只有水能够实现快速降温和灭火。因此,该电站消防系统以高压细喷雾灭火装置为核心,同时配套设计消火栓以及室内外移动式灭火器材,重点消防位置是电池储能预制舱。

集装箱式储能电站两相冷板液冷系统的温控效果研究

长期处于高温与大温差将会损坏电池性能与使用寿命,而现有的电池储能冷却系统普遍存在冷却效率低、冷热气流组织紊乱以及漏液风险等问题。针对以上不足,本文研发了应用于大型集装箱储能的新型两相冷板液冷系统,并在湖南省湘潭市某储能电站对其温控效果进行现场实测。首先,分析了两相冷板在整个充、放电过程中对全舱与各电池箱的电池温度和温度一致性的控制效果,其次,揭示了充、放电过程结束后的静置期间电池温度变化规律。研究结果表明,两相冷板液冷系统在整个充、放电过程中能够有效降低电池的温升,并将全舱电池的最大温差从传统液冷系统的4.17℃降低至3℃以内,提高了电池温度的一致性;在同等充、放电条件下,充电时电池散发的热量高于放电时电池散发的热量;无冷却情况下,静置阶段储能电站内部电池会出现80 min及更长时间持续高温的现象。

考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略

电化学储能电站在应用于调频、调压等功率波动性工况时,存在能量效率较低、荷电状态(state of charge,SOC)不均衡等问题。该文提出考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略,其主要包括单元优化层和子系统优化层:单元优化层通过充电/放电优先级分区计算实际运行单元数量及其编号,建立以储能单元能耗最小为目标的优化模型,并采用遗传算法求解最优解集;子系统优化层引入基于电化学阻抗的电池能耗模型,以储能子系统能耗最低和SOC均衡为目标建立多目标优化模型,并采用非支配快速排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-II)进行求解。通过某地区锂电池储能电站实际参数验证所提策略的有效性,结果表明,与SOC比例分配策略和单层功率分配策略相比,所提功率分配策略在降低电站能耗的同时能最大程度实现SOC均衡,保障电站双向调节能力,提高储能电站经济性。

基于考虑通信延迟改进分布一致性算法的多储能电站快速低寿命损耗功率均衡分配策略

针对多电池储能电站(BESS)跟踪快速波动的电网功率指令时存在功率分配速度慢、BESS寿命损耗高、荷电状态(SOC)均衡能力弱的问题,提出了基于考虑通信延迟改进分布一致性算法(IDCA)的多BESS快速低寿命损耗功率均衡分配策略。为了加快功率分配速度,将功率分配加权矩阵引入分布一致性算法(DCA),基于事件驱动的思想改进拉普拉斯矩阵,同时将状态反馈矩阵引入DCA以提升鲁棒性,并基于单值预测控制求取该矩阵以降低占用内存,形成IDCA;设计考虑寿命损耗与SOC均衡的BESS虚拟损耗函数,并基于该虚拟损耗函数计算功率分配加权矩阵;采用IDCA为各BESS分配功率指令,BESS响应各自指令以完成响应。选取广东电网的典型自动发电控制(AGC)指令进行仿真,结果表明:IDCA能保证功率指令快速分配,同时具有较高的鲁棒性和较低的内存占用量;所提功率分配策略有效降低了各BESS寿命损耗,促进了SOC均衡,最终实现了多BESS对AGC指令的快速准确跟踪。

基于两阶段鲁棒的多综合能源微网-共享储能电站协同优化运行策略

多综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)配置共享储能电站(shared energy storage plant,SES)能显著提升系统能源利用率以及储能利用效率。然而,系统在实际运行中面临着主体协同管理、新能源出力随机性、多能负荷功率不确定性以及各个主体隐私保护等诸多挑战。针对上述问题,该文提出基于两阶段鲁棒的多综合能源微网-共享储能电站协同优化运行策略。首先,构建min-max-min两阶段鲁棒优化模型,第一阶段决策各IEM与SES电能交互量,第二阶段决策最恶劣情况下各IEM内调度计划。针对第二阶段含有“0-1”整数变量无法用卡鲁什·库恩·塔克(KarushKuhn-Tucker,KKT)条件转对偶求解的问题,据此提出重构与分解(reconstruction and decomposition,RD)—列和约束生成(column constraint generation,C&CG)算法的求解方法。其次基于纳什谈判理论,建立多IEM-SES系统运行效益最大化问题和电能交易支付最大化问题。最后,为保护各IEM隐私采用交替方向乘子法对两个问题进行分布式求解。通过仿真验证,所提策略兼顾了系统的鲁棒性和经济性,有效地保护了各主体的隐私性。

考虑电池能耗因子与调节速率的电化学储能电站负荷控制方法

为解决常规的电化学储能电站负荷控制方法因缺乏对电池能耗因子的考虑,导致负荷控制效果不佳问题,提出考虑电池能耗因子和调节速率含风电的电化学储能电站负荷控制方法,通过对储能站的负荷率进行计算,在此基础上结合日负荷曲线的均方差,对用户的负荷时间弹性进行定性分析。结合储能电站的电池能耗因子,将负荷控制目标转化为储能损耗最小值求解问题,构建出目标函数,并结合调度功率的指令需求对目标函数进行约束,构建电站充放电均衡条件等式,并采用迭代法对边际负荷最优值进行求解。

电化学储能电站用磷酸铁锂电池电性能及电极材料理化性能分析

为优化储能电站电池充、放电运行维护策略,对储能电站用磷酸铁锂电池在恒功率P、2P、4P下进行充、放电性能试验,拆解后对电极材料进行扫描电镜形貌测试、X射线衍射测试、电感耦合等离子光谱测试。结果表明,随着充、放电功率增大,电池完成充、放电循环时间变短,内阻变大,电池有效充、放电容量变小;4P功率下电池正极的磷酸铁锂颗粒有明显的裂纹,负极表面的Fe、P、S等元素质量分数偏高;循环充、放电到一定次数后,电池开始老化,出现FePO4相;大功率充、放电使负极材料中锂元素质量分数升高,正极锂元素质量分数与功率呈反比关系,加速电池的老化。储能电站实际运维中,对电池宜采用低功率的充、放电策略,可有效提高电池使用寿命及安全可靠性。

独立电池储能电站在新能源发电中的应用探讨

独立电池储能电站是解决新能源发电系统波动性和不稳定性问题的关键设备。然而,在新能源发电中,独立电池储能电站也存在一系列问题,如缺乏科学的盈利模式,影响运行经济效果,同时也存在电网接入问题、储能技术有待优化问题。本文将分别从这些方面探讨独立电池储能电站的应用问题和策略,以期为独立电池储能电站的推广以及其在新能源发电中的应用提供一些参考。

海上油气田电网分布式储能电站建设

介绍了某油田群电网储能电站示范项目建设情况,作为国内首个海上油气田电网分布式储能电站,建设过程不仅实现多项技术创新,同时具有良好的经济效益和社会效益,有助于中海油响应国家的双碳发展目标,加快能源转型步伐,践行绿色低碳战略。

基于锂离子电池光伏储能电站消防系统设计与探讨

锂离子电池是目前储能电站应用最广泛的类型之一。储能电站一旦发生火灾蔓延迅速,易导致热失控,火灾危险系数较高。本文通过分析国内外针对储能电站发布的不同规范及标准,结合各类学术成果及设计案例。总结小型光伏配套锂离子电池储能电站的消防系统设计,从消防水量计算、安全性校验、系统布置要点、电池预制舱外消防给水、舱内自动灭火系统、二次冷却喷淋系统、火灾报警及消防器材布置等方面进行完整的方案介绍。对储能设施的间距布置、室外水量的核算、气体灭火及消防给水系统的设计提出了支撑性解释。

电力现货市场下山东电化学储能电站净收益分析

总结山东电力现货市场下电化学储能电站的相关政策。通过分析储能电站的各项收益、费用,得出电化学储能电站净收益的计算公式。通过分析电站净收益与上网电量、度电价差、综合效率、采用“两充两放”运行策略的关系,研究典型工况下临界点度电价差。通过山东某在运100 MW/200 MW·h电化学储能电站案例分析验证了净收益计算公式的有效性。研究结果可以为优化电站运行策略、提高电站收益水平提供参考。

某压缩空气储能电站浅埋盐穴稳定性研究

国内许多盐穴难以满足压缩空气储能电站的改造要求,新建盐穴成为未来压缩空气储能电站储气库的重点目标。以安徽省某拟开采浅埋盐矿作为实例,建立水溶开采后盐腔计算模型。基于该矿区具有浅埋深与大倾角的地质特点,分析盐层倾角和埋深对盐腔变形和体积收缩的影响规律。研究结果表明:盐层倾角为20°时,盐腔的稳定性较差,矿区拟建盐腔埋深达到500 m后,腔体蠕变5 a后体积收缩超过安全限值。