電池儲能系統

電池儲能系統（BatteryEnergyStorageSystems，簡稱BESS）將多余的電能以高密度的鋰離子電池形式存儲起來，廣泛應用于電子電路、設備和電動汽車中，以備后續使用。

什么是電池儲能系統？

電池儲能系統（BESS）是一種技術和概念，用于在可充電（二次）電池和電池單元中存儲電化學能量，以便在需要時使用。無論是用于小型單電池紐扣電池，還是用于由電池堆和模塊組成的大規模儲能應用。

電能如今已成為我們日常生活的重要組成部分，我們隨時使用便攜式電子設備意味著我們離不開它，而電池滿足了我們的能源需求。

目前，鋰離子電池和鋰聚合物電池是電池儲能系統的主要技術，因為它們能夠存儲更多的瓦時能量每千克（kg）重量。例如：每克重量600毫安時（600mAhr/g），相比其他類型的二次儲能電池。

近幾十年來，極端天氣事件的頻率不斷增加，導致人們對更可持續的可再生能源技術（如太陽能、潮汐能和風能）的興趣日益增長。但世界能源增長的未來需要與可用的太陽能電池存儲量相匹配，以便在低需求或高可再生能源發電期間發電和存儲電能。

電池儲能系統

可再生能源系統發電的最大挑戰之一是其不可預測性。與傳統的化石燃料發電廠不同，后者可以24/7發電。

另一方面，可再生能源系統在一天中的能量輸出會根據當地天氣條件而變化。例如，當太陽不照耀或風不吹時，發電量可能為零。

通常，我們的家庭、辦公室、商店和建筑物都需要持續的電力供應，以保持冰箱運行或燈光開啟，即使在凌晨3點。這就是電池儲能系統，特別是深循環可充電電池發揮作用的地方，通過平衡可變發電和恒定電力供應之間的不匹配。

儲能系統可以根據所使用的存儲技術分為電化學、化學、機械或熱設備。這些不同的儲能系統在高峰生產期間積累多余的電能，并在高峰需求時釋放，從而保持電力供應的連續性。

電池容量

電池的能量容量或額定值通常以安時（Ah）表示。因此，如果電池需要連續供應3安培電流5天（120小時），則其額定值必須為：

Ah=Ixhr=3x5x24=360Ah

同樣，如果電池儲能系統的額定值為18kAh，它可以連續供應7.5安培負載電流多長時間。

時間=Ah/I=18000/7.5=2400小時或2400/24=100天

作為儲能設備的電池專門設計用于重復的充放電循環以及廣泛的放電深度。這使得它們特別適合需要日常能量緩沖的可再生能源應用。

但通過將可再生能源系統與智能儲能解決方案結合起來，我們正在接近使清潔能源不僅環保，而且在我們需要時可靠地可用。

毫無疑問，可再生能源對于實現碳中和社會至關重要。將可再生能源的優勢與電池儲能系統（BESS）結合起來，可以顯著減少我們的二氧化碳排放。

電池儲能系統的組成部分

任何化學儲能系統的基本元素都是電池，主要是因為它們的能量密度、充電和放電效率。電池本質上是一個自包含的電源包，由多個串聯連接的電池單元組成，將化學能轉化為電能。

術語“電池”定義了一種設備，由兩個電極和某種形式的電解液組成，放置在密封容器內，允許連接外部負載。兩個電極，一個稱為陽極（標有+號），另一個稱為陰極（標有-號），浸沒在電解液中。

電解液可以是液體或凝膠，位于兩個電極之間，創造一個環境，使微小的電粒子（電子）能夠以受控的方式流向外部連接的電路。

當連接到需要電源的設備（如手電筒）時，會為電子流動創建一個閉合路徑。它們從陽極開始旅程，通過設備（在此過程中提供電力），最終返回陰極。

電解液通過使整個過程以受控和可持續的方式發生起著至關重要的作用。然后，電子的連續流動就是我們所說的電流，它使我們的電池供電設備工作。

雖然電池以固定量提供穩定的電能來源，但將電池連接在一起，可以為我們所需的任何應用創建更高的電壓或安時額定值。

例如，將電池串聯（+到-）或并聯（+到+，-到-）連接，將增加電壓或電流容量，相比單個電池。

BESS示例2

十個3伏特、235毫安時的鋰離子電池串聯連接，然后再并聯連接。每種組合的儲能能力是多少。

1.串聯連接的儲能電池

VT=VCELLx10=3Vx10=30伏特

AhT=B1Ah=B2Ah=B3Ah=…等=235毫安時

因此，串聯連接將提供：30伏特，235毫安時，或7.05瓦時（Ah*V）。

2.并聯連接的儲能電池

VT=B1V=B2V=B3V=…等=3伏特

AhT=BAhx10=0.235Ahx10=2.35Ah

因此，并聯連接將提供：3伏特，2.35安時，或7.05瓦時。

電池儲能的發展已經從用于UPS系統的傳統鉛酸（PbA）電池走了很長的路。今天，現代電池技術專注于開發具有更高能量密度、耐用性和環境可持續性的電池儲能系統。

各種新興技術，如鋰離子、鋅空氣、鋰硫和鋰空氣電池，正在提高二次電池儲能系統的能力。此外，電極材料、板、密封件、膜和電解液的進步也改善了電池技術。

雖然儲能系統本身不是發電機，但它們通過提供備用電源和管理高峰需求，在傳統和可再生能源源旁邊發揮著關鍵作用。太陽能、風能、水力和生物質等可再生能源可以產生清潔電力，但如果沒有有效的存儲解決方案，這些能源可能會被浪費。

大規模電池儲能系統，特別是與可再生能源配對時，代表了滿足未來能源需求的有希望的解決方案。這些電化學電池系統可以有效地捕獲和存儲可再生能源以供后續使用。

電池儲能系統如何工作

對于儲能，電池由于其用戶友好性、低成本和由于缺乏機械和運動部件而導致的低維護需求，已被證明非常受歡迎。

可充電（二次）電池的電氣性能通常由幾個關鍵因素表征。例如它們的能量轉換效率、電池可以放電的深度以及它們可以充電的次數（生命周期）。

但電池的主要特征是其每單位尺寸可以存儲多少能量，以及在不使用時其存儲能量（放電）的速度有多快。然后，電池儲能（BES）設備可以分為以下3類：

1.能量充電（功率輸入）

在能量生成過剩期間，例如當太陽能或風能等可再生能源產生的能量超過需求時，BESS吸收并存儲多余的電能。能量也可以在低需求時來自電網，此時電力更便宜。因此，儲能系統按以下步驟運行：

電能由發電廠或可再生能源源產生。

BESS將此電能轉化為化學能，存儲在電池單元之間的電解液中。

電池管理系統（BMS）監控電池充電過程，優化并防止過充、過熱或電池損壞。

2.能量存儲

一旦能量被存儲，它以化學能的形式保留在電池中。電池的一個重要方面是其端電壓，它根據電流和充電狀態而變化。使用的電池類型（例如鋰離子、鉛酸或液流電池）決定了能量的存儲方式以及BESS可以存儲多少能量。

鋰離子電池由于其高能量密度、效率和長壽命而最常見。

液流電池使用液體電解液通過可逆化學反應存儲能量，通常更適合大規模、長時間儲能。

深循環鉛酸電池可能是較舊的技術，但由于其成本效益和可靠性，仍用于某些小規模存儲應用。

在未使用的存儲階段，BMS繼續監控充電狀態，確保能量安全存儲并準備在需要時放電。

3.能量放電（功率輸出）

當外部需求增加或高峰消耗期間，存儲的化學能從電池中放電并轉化回電能。

存儲的化學能通過電池內的電化學反應轉化回電能。

BESS將電能釋放回電網或本地負載（如建筑物、工廠或微電網）。

連接到系統的逆變器將電池的直流電（DC）轉換為交流電（AC），與電網或消費電器兼容。

此過程確保即使在發電較低或需求較高時也能持續供電。

電池放電容量以安時（Ah）評級。因此，如果電池在20小時內提供4A電流，則其評級為80Ah。

電池儲能系統的關鍵組件

電池單元：-BESS的核心組件，能量存儲在其中。它們將電能轉化為化學能，反之亦然。從而實現能量存儲。

正弦波逆變器：-這將存儲在電池中的直流電轉換為交流電，可用于家庭內外的多數電氣設備。

電池管理系統（BMS）：-一個關鍵組件，監控電池的健康、性能和安全性，優化充放電循環。

能量管理系統（EMS）：-控制和管理BESS整體操作的軟件，包括能量流動、監控和優化。

熱管理系統：-通過保持電池單元的最佳溫度，防止任何過熱和故障。

電池儲能系統的優勢

能量總是可以以某種形式存儲。無論是在自然界中以化石燃料的形式在地質尺度上，還是以太陽能（太陽）的形式在更大尺度上。這些能源根據人類需求以機械、電力或熱能的形式被消耗。

電池儲能系統（BESS）基于存儲來自太陽能和風能等可再生能源的電能，為滿足我們未來的能源需求提供了巨大的潛力。

化學能存儲設備以及使用液體或固體作為電解液的電化學超級電容器現在是當今領先的BESS技術。

隨著家庭中可再生能源系統的增加以及作為電力發電的一部分，能量存儲已成為一個主要問題。使用深循環電池存儲大量電能的能力將使公用事業公司在其運營中具有更大的靈活性，以應對供需的增加。電池儲能系統的優勢可以列舉如下：

通過穩定電力供應和防止停電，增加電網可靠性。

可再生能源整合：通過存儲多余電力，更好地利用間歇性可再生能源，如風能和太陽能。

降低能源成本：消費者可以在價格低時存儲能量，在價格上漲時使用。

減少碳足跡：通過優化可再生能源使用，支持向更清潔能源的轉變。

備用電源：在電網中斷時提供緊急電源。

BESS教程總結

總之，電池儲能系統（BESS）是能量存儲以及電網現代化和穩定的重要工具。特別是在使用太陽能電池板、風力渦輪機和水力能源增加可再生能源使用的背景下。

自從鉛酸電池發明以來，由于其廣泛的應用，各種可充電電池儲能系統已經開發出來。儲能系統在電能可用時存儲多余電能，并在高峰需求或短缺時釋放，提高電網的可靠性、效率和靈活性。儲能設備的性能可以從其輸出和能量密度兩方面定義。

顯然，存儲能量是有成本的，在許多情況下，將電能存儲在二次電池中可能是成本有效的。此外，隨著時間、技術和需求的改善，隨著該領域的更多研究和開發，電池儲能系統的更多可能應用將出現。