电池储能系统的性能指标

来源：万事通人生；作者：雨露晨荷

电池储能系统需要关注的性能指标主要包括两个方面，一是与能量的存储能力及有效利用有关，即与容量有关；另一个则是与能量的补充或释放能力有关，即与功率有关。而两者之间的关系又往往被用来区分该储能系统为能量型或功率型。

1.系统容量

该指标体现的是储能系统理论最大可存储的能量容量，一般单位用千瓦时(kWh)或兆瓦时(MWh)表示。这是储能系统最重要的一个参数指标，但是，其真正可用容量却又受到了电池充放电深度(DOD)和系统效率的影响。

BESS系统容量，强调的是可以输出或被利用的能量的大小，这一点和电池容量的定义有所区别。电池容量一般是指在一定条件下(放电率、温度、终止电压等)电池能够放出的电荷量，以安时(Ah)为单位，表示的是电流与时间的积分。

2.系统最大功率

系统最大功率，体现的是储能系统最大充放电能力，一般单位用千瓦(kW)或兆瓦(MW)表示。该性能指标决定于电池内部、直流传输回路、PCS及交流接入的整个主电路设计甚至通过最大功率运行下的损耗(该损耗将主要转化为热能)，而影响温控系统和其他辅助设备的设计。同样容量的储能系统，由于最大功率的不同，而在功能上产生显著差异;即使是同一个储能系统，由于运行功率的不同，其效率也会产生二次方倍的差异。当功率参数相对容量参数较大时，如1MW/500kWh，将被称为功率型储能系统;而反之如500kW/1MWh，则被称为能量型储能系统。所以有时，也会引人时间的概念，如前者可被标记为1MW/0.5h，而后者可被标记为500kW/2h。

3.能量损失与效率

储能系统的效率，反映系统在充放电过程中的能量损失，可理解为系统放出能量与充入能量的比值，也称为循环效率。这一损失，不仅仅与储能电池的技术类型有关，也决定于PCS等电气环节。狭义的系统效率，将主要表现充放电过程中主电路上的损耗，从电池、直流母线PCS最后到变压器(如果存在的话)。但是，事实上在工程应用中，温控系统等辅助设备的功率消耗也经常会被折算人总的损耗中，对效率产生影响。此外，电池静置过程中也会产生能量损失，铅酸电池一般为1%~3%月，而锂电池则小于 1%/月。

能量损失 Ec - Ed =δEc + δEs + δEd

式中Ec 、Ed——充电能量、放电能量;

δEc 、δEs、δEd——充电过程损耗、静置过程损耗、放电过程损耗。

系统循环效率

系统能量平衡关系如图所示。

4.循环次数

电池的循环次数，即为电池的寿命。而整个储能系统中，由于电池的高价值，其寿命也决定了整个储能系统的寿命。循环次数的衰减，会使得电池内阻增加，损耗和发热量也随之上升，将进一步加剧循环次数的衰减过程。此外，频繁的过充和过放，将导致电池中金属物质在电解液中的溶解、沉积的往复，也将对电池循环次数和安全产生显著影响。

某型锂电池在1C充电、1C放电情况下，不同DOD时循环次数产生了较为明显的差异如图所示。

5.成本

储能系统的成本，将与系统的容量、功率、现场工作环境紧密相关。一般来说，能量型储能系统中，电池的成本比重相对较高;而功率型储能系统中，电池的成本比重却相对较低。但无论如何，在当前情况下，电池组的成本总是占据整个BESS成本的主要部分，且在未来也是系统成本下降的主要选择。

成本的单位可以采用元№Wh或元W，但是均不能完全准确表达其含义，因此在具体项目的讨论过程中对容量和功率的同时约定非常必要。

6.响应时间

对于BESS而言，功率本身的转换和响应时间均在毫秒级，这对于电力系统应用而言已经足够。这也是 BESS相较于飞轮储能、抽水蓄能等其他物理储能方式优越的地方。可由于受到电压、安装方式及电芯容量的限制，单个 BESS的功率及容量均较为有限，这样一来在大型储能电站中，如某个由数十组常规低压5MW/2h储能系统并联组建的大型储能电站，其响应时间的瓶颈将主要受限于通信方式和调度机制，也将会受到并联设备间功率协同、环流抑制等功能的影响，最终的站级响应时间可能会在百毫秒或秒量级。当然，单体5MW/2h的 BESS只是假设，其过多的电池并联本身就存在较大的安全隐患。这一问题的解决，需要群控方式的改变也需要高压直挂等新的储能系统技术的突破和应用。

7.其他特性

在其他一些应用场景或经济性分析中，也会用到比能量(能量与质量之比，Whkg)、比功率(功率与质量之比，kWkg)、单位容量占地面积(能量与占地面积之比，Whm)等概念这在核算项目运输成本、占地空间等方面也具有参考意义。