面向一次調(diào)頻的鎳氫電池系統(tǒng)開發(fā)

近年來(lái)開發(fā)利用新能源技術(shù)已成為世界各國(guó)保障能源安全、應(yīng)對(duì)氣候變化、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要舉措

。由于新能源具有明顯的波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模接入電網(wǎng)會(huì)降低電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量水平和抗擾動(dòng)能力，導(dǎo)致電網(wǎng)一次調(diào)頻能力下降，引起頻率的不穩(wěn)定

。目前，我國(guó)主要是應(yīng)用傳統(tǒng)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻，但是隨著其裝機(jī)比例逐漸萎縮，電網(wǎng)中將會(huì)出現(xiàn)調(diào)頻資源不足的問(wèn)題。另外，若長(zhǎng)期依靠火電機(jī)組承擔(dān)頻率調(diào)節(jié)任務(wù)，也會(huì)造成發(fā)電設(shè)備磨損、煤耗增高、備用容量導(dǎo)致的發(fā)電損失等一系列負(fù)面影響

?？焖侔l(fā)展的儲(chǔ)能技術(shù)具有響應(yīng)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速率快、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)勢(shì)

，可作為優(yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)資源參與到電網(wǎng)的一次調(diào)頻，從而有效地緩解傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)頻壓力。

隨著水資源商品化思想的不斷推廣，許多法律和政策文件已接受水是商品的觀念，最著名的當(dāng)屬都柏林水與可持續(xù)發(fā)展聲明，它的指導(dǎo)原則之一便是水具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)該承認(rèn)它是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品。過(guò)去沒(méi)有承認(rèn)水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值導(dǎo)致出現(xiàn)水資源浪費(fèi)，將水視為經(jīng)濟(jì)商品是實(shí)現(xiàn)它高效、公平使用的重要途徑，有助于鼓勵(lì)人們保護(hù)水資源。依據(jù)水資源商品化的邏輯，水是可以進(jìn)行市場(chǎng)定價(jià)的商品，定價(jià)后的水資源可以避免浪費(fèi)。既然水是一種商品，那么創(chuàng)設(shè)水權(quán)市場(chǎng)來(lái)分配水資源無(wú)疑是最佳選擇。

一次調(diào)頻具有短時(shí)功率大、持續(xù)時(shí)間短、充放電頻次高等特性，宜選用功率型儲(chǔ)能技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)功率型的儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻已進(jìn)行了較多的研究和應(yīng)用。例如，Swierczynski等

測(cè)試表明1.6 MW/400 kWh的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成功地為丹麥電力市場(chǎng)提供一次調(diào)頻服務(wù)，并具備較高經(jīng)濟(jì)收益。文獻(xiàn)[10-11]中仿真分析結(jié)果表明，飛輪儲(chǔ)能輔助火電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻可以減小火電機(jī)組的調(diào)頻負(fù)擔(dān)。Huang等

針對(duì)峰期和非峰期兩個(gè)典型工況對(duì)超級(jí)電容器參與一次調(diào)頻進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明12 MW-10 s的小容量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最佳的調(diào)頻效果。然而，上述研究主要都集中在鋰離子電池、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容器三種儲(chǔ)能方式，關(guān)于大容量、高功率鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的研究則較少。

(4)包裝可以進(jìn)行復(fù)制?？蓮?fù)制是說(shuō)包裝要通過(guò)某些形式或通過(guò)一定的技術(shù)可以將包裝進(jìn)行批量復(fù)制。如果某個(gè)包裝不可以進(jìn)行批量復(fù)制，個(gè)性化過(guò)強(qiáng)，就不利于發(fā)揮產(chǎn)品的自身價(jià)值，其自身價(jià)值不能得到體現(xiàn)，企業(yè)花費(fèi)的人力物力不能為其創(chuàng)造出應(yīng)有的利益。復(fù)制手段多種多樣，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，達(dá)到人類視覺(jué)感知的效果。

鎳氫電池和目前主流的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)相比(表1)，具有功率性能好、系統(tǒng)單位功率帶電量低以及電池的利用率高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，鎳氫電池采用的是水系電解液，可以避免大電流頻繁充放條件下電池?zé)崾Э貛?lái)的安全性問(wèn)題。與現(xiàn)有的超級(jí)電容器和飛輪儲(chǔ)能技術(shù)相比，鎳氫電池在能量密度和系統(tǒng)一次投入成本上也具有一定的優(yōu)勢(shì)。從上述幾種典型的功率型儲(chǔ)能器件對(duì)比來(lái)看，鎳氫電池的綜合性能較好，是一次調(diào)頻技術(shù)中最有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能方式。

錫是我國(guó)優(yōu)勢(shì)金屬資源，錫石多金屬硫化礦是我國(guó)特色錫礦資源。由于錫石性脆，在選礦生產(chǎn)中存在錫石過(guò)磨和硫化礦欠磨的突出矛盾，影響錫的金屬回收率和硫化礦精礦質(zhì)量?？紤]到該類礦石的礦物組成復(fù)雜，涉及硫化礦、氧化礦和脈石等眾多礦物成分，且不同礦物成分存在較大的吸波特性差異，因此，本文從利用微波選擇性加熱潛力出發(fā)，研究傳統(tǒng)加熱與微波加熱預(yù)處理對(duì)錫石多金屬硫化礦助磨的差異，旨在探索錫石多金屬硫化礦的微波加熱輔助磨礦新途徑。

圖4是火電機(jī)組和儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的協(xié)調(diào)控制邏輯。如圖所示，當(dāng)火電機(jī)組單獨(dú)響應(yīng)一次調(diào)頻時(shí)，發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一次調(diào)頻死區(qū)之外的頻率偏差值，按照下垂控制(

=Δ

/Δ

)的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)閥門的動(dòng)作來(lái)增減機(jī)組的輸出功率。由于一次調(diào)頻的頻繁動(dòng)作會(huì)造成設(shè)備有較大的磨損，因此如果將小頻差的調(diào)節(jié)任務(wù)主要分配給儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)，則可改善閥門運(yùn)行條件，并提升安全可靠性。

1 鎳氫電池工作原理

（1）在鎳氫電池組單體最高溫度＞45 ℃，Δ

和SOC參數(shù)為任意值，此時(shí)Δ

=0，儲(chǔ)能系統(tǒng)執(zhí)行禁止充電和放電，保證系統(tǒng)溫度維持在合理的范圍內(nèi)。

鎳氫電池的正極通常通過(guò)鎳化合物粘貼到泡沫鎳基體中制成，負(fù)極采用儲(chǔ)氫合金涂層的帶孔鎳箔或泡沫鎳。其正負(fù)極片均具有大表面積的多孔結(jié)構(gòu)以及高的電子導(dǎo)電性，因此鎳氫電池具備低內(nèi)阻和高倍率特性。此外，鎳氫電池還具有環(huán)境友好，回收價(jià)值高，壽命長(zhǎng)以及維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)

。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鎳氫電池以小容量、低倍率、偏能量型為主，在小型數(shù)碼類產(chǎn)品、電動(dòng)工具、混合動(dòng)力以及港口機(jī)械等領(lǐng)域均有一定的應(yīng)用

。

第二個(gè)維度是基于對(duì)“專業(yè)化的實(shí)施主體”的理解。Wilensky[7](1964)認(rèn)為專業(yè)化過(guò)程有兩個(gè)最重要的步驟，第一步是建立培訓(xùn)學(xué)校，提供專業(yè)培訓(xùn)；第二步是成立專業(yè)組織，建立規(guī)章制度、道德準(zhǔn)則等各種結(jié)構(gòu)性制度，劃定清晰的職業(yè)道德法則。Abbott[8](1988)則提出了專家與顧客之間“專業(yè)知識(shí)的非對(duì)稱性”關(guān)系，這一關(guān)系使得社會(huì)必須信任專業(yè)工作者，認(rèn)可其專業(yè)地位。因此，專業(yè)化的實(shí)施主體有四個(gè)：政府、專業(yè)組織、大學(xué)與社會(huì)。政府頒布相關(guān)的法律法規(guī)規(guī)范專業(yè)發(fā)展，專業(yè)組織維護(hù)與鞏固其專業(yè)地位，大學(xué)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)提供專業(yè)的教育培訓(xùn)。此外，專業(yè)化還需要社會(huì)整體環(huán)境對(duì)其專業(yè)地位的認(rèn)可[9]。

2 儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置和控制策略

2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)功率/容量配置設(shè)計(jì)

基于《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則(試行)》和《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則(試行)》兩個(gè)細(xì)則的管理辦法的要求，一次調(diào)頻是指當(dāng)電力系統(tǒng)頻率偏離目標(biāo)頻率時(shí)，發(fā)電機(jī)組通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)反應(yīng)，調(diào)整有功出力減少頻率偏差所提供的服務(wù)，是傳統(tǒng)機(jī)組的必備功能。通常情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助火電機(jī)組參與一次調(diào)頻時(shí)，其死區(qū)設(shè)置大小和火電機(jī)組一致，為49.967～50.033 Hz(±2 r/min)。圖2是儲(chǔ)能系統(tǒng)功率輸出跟隨頻率變化的響應(yīng)過(guò)程。在死區(qū)范圍內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以不參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，當(dāng)電網(wǎng)頻率越過(guò)死區(qū)處于低頻時(shí)(＜49.967 Hz 或2998 r/min)儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)放電為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組增加輸出功率，當(dāng)電網(wǎng)頻率處于高頻時(shí)(＞50.033 Hz 或3002 r/min)可以作為機(jī)組的廠用負(fù)荷吸收功率，來(lái)達(dá)到一次調(diào)頻的效果。

（2）在鎳氫電池組單體最高溫度≤45 ℃，電池SOC參數(shù)在40%～60%時(shí)，當(dāng)Δ

≥0，Δ

=min(Δ

，

)；Δ

＜0，Δ

=max(Δ

，-

)。

為了得到儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)了西北地區(qū)某火電機(jī)組典型工況下的頻率偏差值以及概率密度曲線，如圖3(a)、(b)所示。通過(guò)對(duì)頻率差信號(hào)進(jìn)行分析，按照火電機(jī)組的調(diào)速器模型，得到了典型周內(nèi)機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻負(fù)荷的需求分布[圖3(c)]。從圖中可以看出，死區(qū)之外的頻率差信號(hào)大多數(shù)在2997～2998 r/min 及3002～3003 r/min 范 圍 內(nèi)，且死區(qū)之外的頻率波動(dòng)以及負(fù)荷需求近似符合正態(tài)分布?；?5%置信區(qū)間的計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)功率配置超過(guò)5 MW之后，再增加功率對(duì)滿足一次調(diào)頻需求所帶來(lái)的收益較小。此外，大部分的功率需求持續(xù)時(shí)間都在1 min 以內(nèi)，正向/反向調(diào)節(jié)的功率、頻次也基本相近。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)配置的電池需同時(shí)具備大功率充電和放電的能力，容量大小能夠在滿功率的情況下支持2 min 以上。根據(jù)上述功率需求和鎳氫電池的特性，下文研制了最大使用倍率為10 C、最大功率輸出持續(xù)時(shí)間可達(dá)6 min以及能夠滿足機(jī)組多個(gè)周期內(nèi)的一次調(diào)頻需求的高功率鎳氫電池。因此，通過(guò)上述分析，儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率/容量配置在5 MW/0.5 MWh，能有效且經(jīng)濟(jì)地輔助火電機(jī)組響應(yīng)一次調(diào)頻。

2.2 控制策略

因此，為了探索鎳氫電池儲(chǔ)能技術(shù)在一次調(diào)頻中的應(yīng)用潛力，本文首先基于火電機(jī)組的一次調(diào)頻實(shí)際工況，研究了鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的容量配置和控制策略。其次，針對(duì)目標(biāo)容量為5 MW/0.5 MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)，研制了高功率鎳氫電池單體、模塊以及系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了性能測(cè)試的研究，最后對(duì)鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的成本核算。

由于鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)滿功率最大持續(xù)時(shí)間為6 min，長(zhǎng)時(shí)間單方向向上或向下的小頻差調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)充/過(guò)放以及溫升過(guò)高的問(wèn)題，影響鎳氫電池的使用壽命。因此，為了使儲(chǔ)能系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)高效地滿足一次調(diào)頻的需求，本文綜合考慮了鎳氫電池的充放電特性、電網(wǎng)頻率偏差、電池SOC和溫度等因素，在文獻(xiàn)[17]的基礎(chǔ)上建立了鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的綜合優(yōu)化控制邏輯，如圖5 所示。在圖5 所示的控制邏輯中，原來(lái)由火電機(jī)組響應(yīng)的調(diào)頻動(dòng)作量Δ

的信號(hào)可以傳遞給協(xié)同控制器，協(xié)調(diào)控制器實(shí)時(shí)收集電池溫度和SOC 狀態(tài)等信息進(jìn)行綜合判斷，最終給儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置分配調(diào)頻動(dòng)作量Δ

。其中Δ

為調(diào)速器系統(tǒng)根據(jù)頻率偏差計(jì)算的輸出功率；SOC 為鎳氫電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；Δ

為儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率輸出；

為儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定功率。

儲(chǔ)能系統(tǒng)功率輸出Δ

綜合判斷邏輯如下。

鎳氫電池由金屬氫化物(MH)負(fù)極、Ni(OH)

正極和KOH 水系電解液以及隔膜構(gòu)成，圖1 為鎳氫電池的工作原理，其化學(xué)反應(yīng)

如下：

3) 根據(jù)管道的設(shè)計(jì)溫度和運(yùn)行溫度，得到最低溫度為60 ℃，作為沖擊試驗(yàn)溫度，管道未經(jīng)過(guò)焊后熱處理(PWHT)，脆性斷裂次因子見(jiàn)表6所列，通過(guò)查表6，利用插值法計(jì)算，得到低溫

魯迅對(duì)國(guó)民性的改造是以暴露農(nóng)民身上的弱點(diǎn)為切入口的，從而推及其他群體直至全體國(guó)民。魯迅筆下的阿Q這一農(nóng)民身上幾乎具有所有國(guó)民性的弱點(diǎn)，他愚昧無(wú)知，麻木不仁，封建落后，自欺欺人。其中以“精神勝利法”最為典型。作者對(duì)阿Q這一形象的批判是十分尖銳，不留情面的。試想：如不敢揭示瘡疤，像阿Q那樣習(xí)慣忌光忌亮，“用瞞和騙，造出奇妙的逃路來(lái)，而自以為正路，在這路上，就證明著國(guó)民性的怯懦、懶惰、而又滑。一天一天的滿足著，即一天一天的墮落著，但又覺(jué)得日見(jiàn)其光榮?！蹦敲粗袊?guó)人民就要繼續(xù)做帝國(guó)主義、封建統(tǒng)治者的奴隸，而且心安理得地活下去。

（4）在鎳氫電池組單體最高溫度≤45 ℃，電池SOC＞90%時(shí)，當(dāng)Δ

＞0，Δ

=0，儲(chǔ)能系統(tǒng)執(zhí)行禁止充電；Δ

＜0，Δ

=max(Δ

，-

)；當(dāng)Δ

=0，Δ

=-

，儲(chǔ)能系統(tǒng)在死區(qū)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)將電池SOC向下拉至平衡。

針對(duì)5 MW/0.5 MWh最終目標(biāo)的一次調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)，本文首先研制了1.2 V/50 Ah 的單體電池，該單體電池容量的大小既保證了儲(chǔ)能系統(tǒng)集成對(duì)大容量電池的要求，又能同時(shí)滿足單體電池制造工藝和內(nèi)部散熱的要求。之后依次將單體電池串聯(lián)組成24 V/50 Ah 的電池模塊和720 V/50 Ah 的電池系統(tǒng)并進(jìn)行測(cè)試分析。

上述控制邏輯中，儲(chǔ)能系統(tǒng)功率Δ

的輸出通過(guò)電池溫度、動(dòng)態(tài)SOC以及火電機(jī)組下垂功率Δ

來(lái)綜合確定，既兼顧了系統(tǒng)壽命和SOC 恢復(fù)的需求，又能保證儲(chǔ)能的出力深度。

3 電池系統(tǒng)研制與測(cè)試

（6）在鎳氫電池組單體最高溫度≤45 ℃，電池SOC＜10%時(shí)，當(dāng)Δ

＞0，Δ

=max(Δ

，-

)；Δ

＜0，Δ

=0，儲(chǔ)能系統(tǒng)執(zhí)行禁止放電；當(dāng)Δ

=0，Δ

=

，儲(chǔ)能系統(tǒng)在死區(qū)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)將電池SOC向上拉至平衡。

教學(xué)各環(huán)節(jié)的處理缺少有效的方法,尤其是難點(diǎn)的處理缺少層次,缺少讓學(xué)生必要的思考、探究、感悟,老師講得多,學(xué)生主體參與不夠,影響了學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建和能力的提高。老師考慮的是教學(xué)任務(wù)的完成,并沒(méi)有關(guān)注學(xué)生是否理解、掌握了,尤其是對(duì)那些不愛(ài)發(fā)言的同學(xué)更少關(guān)注,不提問(wèn),不了解他們的想法,原本生動(dòng)的課堂只是少數(shù)學(xué)生與老師的對(duì)話,顯得冷清。

3.1 1.2 V/50 Ah的鎳氫電池單體

正負(fù)極采用端面焊接的大圓柱結(jié)構(gòu)，并通過(guò)正負(fù)極N/P比例、泡沫鎳面密度、電解液配方、極片厚度以及生產(chǎn)工藝等優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備了1.2 V/50 Ah高功率鎳氫電池單體，如圖6(a)所示。該鎳氫電池單體的功率性能好，分別在0.5 C、1 C、2 C、3 C、5 C、10 C倍率條件下,充/放電容量可達(dá)額定容量50 Ah 的90%以上[圖6(b)、(c)]。相比于傳統(tǒng)的能量型鎳氫電池和鋰離子電池，具有明顯的功率優(yōu)勢(shì)。同時(shí)電池在50% SOC 平衡電量的狀態(tài)下，分別在5 C和10 C條件下最大可持續(xù)充/放電6 min和3 min，且15 s 淺充/放周期(相當(dāng)于4% DOD 放電深度)的運(yùn)行壽命超過(guò)了48萬(wàn)次[圖6(d)]。上述測(cè)試結(jié)果表明，高功率鎳氫電池在秒級(jí)的大電流工況條件下具有高的壽命可靠性。

3.2 24 V/50 Ah的鎳氫電池模塊

將上述20個(gè)高功率鎳氫電池單體串聯(lián)成24 V/50 Ah 的電池模塊，各電池單體按照4×5 的排列放置在絕緣隔板上，配上電池管理系統(tǒng)中的主動(dòng)均衡模塊單元，并在每?jī)蓚€(gè)單體電池之間采集電池的溫度和電壓信息，實(shí)時(shí)對(duì)電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示。為防止電池在大電流條件下的溫度升高過(guò)快，在電池模塊的結(jié)構(gòu)中設(shè)有強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單體電池運(yùn)行溫度的一致性，提高電池的能量效率并延長(zhǎng)壽命。圖8是在室溫條件下對(duì)該電池模塊以500 A(10 C)充電至截止電壓32 V，擱置0.5 h，再以500 A 放電至截止電壓22 V 的制度進(jìn)行高倍率充放電試驗(yàn)，以測(cè)試單體電池之間電壓和溫度分布的一致性。從圖8中可以看出，電池單體之間最大壓差僅為92 mV，最大溫差為6 ℃，證實(shí)了單體之間電壓和溫度的均一性。

圖9 是電池模塊按照火電機(jī)組8 h 內(nèi)一次調(diào)頻工況和2.1 節(jié)中的控制策略開展測(cè)試后所得到電池模塊出力深度、電壓以及荷電狀態(tài)(SOC)的圖。由測(cè)試結(jié)果可知，電池的輸出功率能快速響應(yīng)頻率的波動(dòng)信號(hào)，同時(shí)電池SOC 狀態(tài)基本維持在30%～60%區(qū)間，工作狀態(tài)良好。8 h 長(zhǎng)周期工況測(cè)試，驗(yàn)證了鎳氫電池模塊參與一次調(diào)頻的出力效果以及可行性。

3.3 720 V/50 Ah的鎳氫電池系統(tǒng)

將30個(gè)上述標(biāo)準(zhǔn)化的電池模塊串聯(lián)組成720 V/50 Ah 的電池系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出360 kW 的功率。由于測(cè)試設(shè)備功率限制，本文以最大允許的電流250 A(5 C)對(duì)該電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電功率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖10 所示。從圖中可以看出，該電池系統(tǒng)5 C 倍率條件下的充放電曲線和1.2 V 單體電池相似，充放電持續(xù)時(shí)間可達(dá)20 min，庫(kù)侖效率為90%，能量效率為75%。由此可以看出，串聯(lián)設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)可以和鎳氫電池單體、模塊一樣具備優(yōu)異的功率性能。

3.4 鎳氫電池系統(tǒng)成本核算

儲(chǔ)能成本是決定儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的重要參數(shù)

。在功率型儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景中，一般采用功率成本指標(biāo)(萬(wàn)元/MW)來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)能技術(shù)的系統(tǒng)成本。鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投入成本可以簡(jiǎn)單分為直流側(cè)設(shè)備成本、交流側(cè)設(shè)備成本以及系統(tǒng)集成成本。本文開發(fā)的高功率鎳氫電池系統(tǒng)的直流側(cè)設(shè)備總成本大概在600 萬(wàn)～700 萬(wàn)元/MWh，其中鎳氫電池單體的容量成本占90%，電池管理系統(tǒng)成本和成組成本大概各占5%?？紤]到已投運(yùn)的火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目中，功率型磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)容量按2 C 方案配置的項(xiàng)目較為常見(jiàn)。因此，本文將鎳氫電池系統(tǒng)(10 C 方案)與功率型磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)(2 C方案)的成本進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比，見(jiàn)表2。從表中可以看出，鎳氫電池系統(tǒng)初始投入成本比鋰離子電池系統(tǒng)低75萬(wàn)～125萬(wàn)元，同時(shí)功率成本也略占優(yōu)勢(shì)(低15 萬(wàn)～25 萬(wàn)元/MW)。但需要指出的是，高功率鎳氫電池的能量成本高于功率型磷酸鐵鋰電池，且6 min 時(shí)長(zhǎng)的鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)暫不適合應(yīng)用于電網(wǎng)的二次調(diào)頻。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)一次調(diào)頻的工況真實(shí)數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合鎳氫電池最大充放電倍率特性，提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助火電機(jī)組參與一次調(diào)頻的最優(yōu)功率/容量配置。并基于機(jī)組負(fù)荷需求、電池荷電狀態(tài)(SOC)以及電池溫度等因素綜合考慮，建立了鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻的協(xié)調(diào)控制策略。

（2）以5 MW/0.5 MWh為最終目標(biāo)的一次調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)，研制了高功率的鎳氫電池單體、電池模塊以及電池系統(tǒng)。1.2 V/50 Ah 鎳氫電池單體具有10 C 的倍率特性以及淺放電深度下48 萬(wàn)次的長(zhǎng)壽命，24 V/50 Ah 電池模塊以及720 V/50 Ah 電池系統(tǒng)可以在大功率測(cè)試條件下穩(wěn)定工作。

（3）本文的研究給火電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)提供了一種新的儲(chǔ)能方式，測(cè)試結(jié)果對(duì)下一步研究鎳氫電池儲(chǔ)能技術(shù)在一次調(diào)頻工程應(yīng)用具有重要的參考意義。

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