电池储能系统

电池储能系统（BatteryEnergyStorageSystems，简称BESS）将多余的电能以高密度的锂离子电池形式存储起来，广泛应用于电子电路、设备和电动汽车中，以备后续使用。

什么是电池储能系统？

电池储能系统（BESS）是一种技术和概念，用于在可充电（二次）电池和电池单元中存储电化学能量，以便在需要时使用。无论是用于小型单电池纽扣电池，还是用于由电池堆和模块组成的大规模储能应用。

电能如今已成为我们日常生活的重要组成部分，我们随时使用便携式电子设备意味着我们离不开它，而电池满足了我们的能源需求。

目前，锂离子电池和锂聚合物电池是电池储能系统的主要技术，因为它们能够存储更多的瓦时能量每千克（kg）重量。例如：每克重量600毫安时（600mAhr/g），相比其他类型的二次储能电池。

近几十年来，极端天气事件的频率不断增加，导致人们对更可持续的可再生能源技术（如太阳能、潮汐能和风能）的兴趣日益增长。但世界能源增长的未来需要与可用的太阳能电池存储量相匹配，以便在低需求或高可再生能源发电期间发电和存储电能。

电池储能系统

可再生能源系统发电的最大挑战之一是其不可预测性。与传统的化石燃料发电厂不同，后者可以24/7发电。

另一方面，可再生能源系统在一天中的能量输出会根据当地天气条件而变化。例如，当太阳不照耀或风不吹时，发电量可能为零。

通常，我们的家庭、办公室、商店和建筑物都需要持续的电力供应，以保持冰箱运行或灯光开启，即使在凌晨3点。这就是电池储能系统，特别是深循环可充电电池发挥作用的地方，通过平衡可变发电和恒定电力供应之间的不匹配。

储能系统可以根据所使用的存储技术分为电化学、化学、机械或热设备。这些不同的储能系统在高峰生产期间积累多余的电能，并在高峰需求时释放，从而保持电力供应的连续性。

电池容量

电池的能量容量或额定值通常以安时（Ah）表示。因此，如果电池需要连续供应3安培电流5天（120小时），则其额定值必须为：

Ah=Ixhr=3x5x24=360Ah

同样，如果电池储能系统的额定值为18kAh，它可以连续供应7.5安培负载电流多长时间。

时间=Ah/I=18000/7.5=2400小时或2400/24=100天

作为储能设备的电池专门设计用于重复的充放电循环以及广泛的放电深度。这使得它们特别适合需要日常能量缓冲的可再生能源应用。

但通过将可再生能源系统与智能储能解决方案结合起来，我们正在接近使清洁能源不仅环保，而且在我们需要时可靠地可用。

毫无疑问，可再生能源对于实现碳中和社会至关重要。将可再生能源的优势与电池储能系统（BESS）结合起来，可以显著减少我们的二氧化碳排放。

电池储能系统的组成部分

任何化学储能系统的基本元素都是电池，主要是因为它们的能量密度、充电和放电效率。电池本质上是一个自包含的电源包，由多个串联连接的电池单元组成，将化学能转化为电能。

术语“电池”定义了一种设备，由两个电极和某种形式的电解液组成，放置在密封容器内，允许连接外部负载。两个电极，一个称为阳极（标有+号），另一个称为阴极（标有-号），浸没在电解液中。

电解液可以是液体或凝胶，位于两个电极之间，创造一个环境，使微小的电粒子（电子）能够以受控的方式流向外部连接的电路。

当连接到需要电源的设备（如手电筒）时，会为电子流动创建一个闭合路径。它们从阳极开始旅程，通过设备（在此过程中提供电力），最终返回阴极。

电解液通过使整个过程以受控和可持续的方式发生起着至关重要的作用。然后，电子的连续流动就是我们所说的电流，它使我们的电池供电设备工作。

虽然电池以固定量提供稳定的电能来源，但将电池连接在一起，可以为我们所需的任何应用创建更高的电压或安时额定值。

例如，将电池串联（+到-）或并联（+到+，-到-）连接，将增加电压或电流容量，相比单个电池。

BESS示例2

十个3伏特、235毫安时的锂离子电池串联连接，然后再并联连接。每种组合的储能能力是多少。

1.串联连接的储能电池

VT=VCELLx10=3Vx10=30伏特

AhT=B1Ah=B2Ah=B3Ah=…等=235毫安时

因此，串联连接将提供：30伏特，235毫安时，或7.05瓦时（Ah*V）。

2.并联连接的储能电池

VT=B1V=B2V=B3V=…等=3伏特

AhT=BAhx10=0.235Ahx10=2.35Ah

因此，并联连接将提供：3伏特，2.35安时，或7.05瓦时。

电池储能的发展已经从用于UPS系统的传统铅酸（PbA）电池走了很长的路。今天，现代电池技术专注于开发具有更高能量密度、耐用性和环境可持续性的电池储能系统。

各种新兴技术，如锂离子、锌空气、锂硫和锂空气电池，正在提高二次电池储能系统的能力。此外，电极材料、板、密封件、膜和电解液的进步也改善了电池技术。

虽然储能系统本身不是发电机，但它们通过提供备用电源和管理高峰需求，在传统和可再生能源源旁边发挥着关键作用。太阳能、风能、水力和生物质等可再生能源可以产生清洁电力，但如果没有有效的存储解决方案，这些能源可能会被浪费。

大规模电池储能系统，特别是与可再生能源配对时，代表了满足未来能源需求的有希望的解决方案。这些电化学电池系统可以有效地捕获和存储可再生能源以供后续使用。

电池储能系统如何工作

对于储能，电池由于其用户友好性、低成本和由于缺乏机械和运动部件而导致的低维护需求，已被证明非常受欢迎。

可充电（二次）电池的电气性能通常由几个关键因素表征。例如它们的能量转换效率、电池可以放电的深度以及它们可以充电的次数（生命周期）。

但电池的主要特征是其每单位尺寸可以存储多少能量，以及在不使用时其存储能量（放电）的速度有多快。然后，电池储能（BES）设备可以分为以下3类：

1.能量充电（功率输入）

在能量生成过剩期间，例如当太阳能或风能等可再生能源产生的能量超过需求时，BESS吸收并存储多余的电能。能量也可以在低需求时来自电网，此时电力更便宜。因此，储能系统按以下步骤运行：

电能由发电厂或可再生能源源产生。

BESS将此电能转化为化学能，存储在电池单元之间的电解液中。

电池管理系统（BMS）监控电池充电过程，优化并防止过充、过热或电池损坏。

2.能量存储

一旦能量被存储，它以化学能的形式保留在电池中。电池的一个重要方面是其端电压，它根据电流和充电状态而变化。使用的电池类型（例如锂离子、铅酸或液流电池）决定了能量的存储方式以及BESS可以存储多少能量。

锂离子电池由于其高能量密度、效率和长寿命而最常见。

液流电池使用液体电解液通过可逆化学反应存储能量，通常更适合大规模、长时间储能。

深循环铅酸电池可能是较旧的技术，但由于其成本效益和可靠性，仍用于某些小规模存储应用。

在未使用的存储阶段，BMS继续监控充电状态，确保能量安全存储并准备在需要时放电。

3.能量放电（功率输出）

当外部需求增加或高峰消耗期间，存储的化学能从电池中放电并转化回电能。

存储的化学能通过电池内的电化学反应转化回电能。

BESS将电能释放回电网或本地负载（如建筑物、工厂或微电网）。

连接到系统的逆变器将电池的直流电（DC）转换为交流电（AC），与电网或消费电器兼容。

此过程确保即使在发电较低或需求较高时也能持续供电。

电池放电容量以安时（Ah）评级。因此，如果电池在20小时内提供4A电流，则其评级为80Ah。

电池储能系统的关键组件

电池单元：-BESS的核心组件，能量存储在其中。它们将电能转化为化学能，反之亦然。从而实现能量存储。

正弦波逆变器：-这将存储在电池中的直流电转换为交流电，可用于家庭内外的多数电气设备。

电池管理系统（BMS）：-一个关键组件，监控电池的健康、性能和安全性，优化充放电循环。

能量管理系统（EMS）：-控制和管理BESS整体操作的软件，包括能量流动、监控和优化。

热管理系统：-通过保持电池单元的最佳温度，防止任何过热和故障。

电池储能系统的优势

能量总是可以以某种形式存储。无论是在自然界中以化石燃料的形式在地质尺度上，还是以太阳能（太阳）的形式在更大尺度上。这些能源根据人类需求以机械、电力或热能的形式被消耗。

电池储能系统（BESS）基于存储来自太阳能和风能等可再生能源的电能，为满足我们未来的能源需求提供了巨大的潜力。

化学能存储设备以及使用液体或固体作为电解液的电化学超级电容器现在是当今领先的BESS技术。

随着家庭中可再生能源系统的增加以及作为电力发电的一部分，能量存储已成为一个主要问题。使用深循环电池存储大量电能的能力将使公用事业公司在其运营中具有更大的灵活性，以应对供需的增加。电池储能系统的优势可以列举如下：

通过稳定电力供应和防止停电，增加电网可靠性。

可再生能源整合：通过存储多余电力，更好地利用间歇性可再生能源，如风能和太阳能。

降低能源成本：消费者可以在价格低时存储能量，在价格上涨时使用。

减少碳足迹：通过优化可再生能源使用，支持向更清洁能源的转变。

备用电源：在电网中断时提供紧急电源。

BESS教程总结

总之，电池储能系统（BESS）是能量存储以及电网现代化和稳定的重要工具。特别是在使用太阳能电池板、风力涡轮机和水力能源增加可再生能源使用的背景下。

自从铅酸电池发明以来，由于其广泛的应用，各种可充电电池储能系统已经开发出来。储能系统在电能可用时存储多余电能，并在高峰需求或短缺时释放，提高电网的可靠性、效率和灵活性。储能设备的性能可以从其输出和能量密度两方面定义。

显然，存储能量是有成本的，在许多情况下，将电能存储在二次电池中可能是成本有效的。此外，随着时间、技术和需求的改善，随着该领域的更多研究和开发，电池储能系统的更多可能应用将出现。