分布式發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的作用

分布式發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)黃科元副教授儲能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量儲存起來以便以后需要時利用的技術(shù)。儲能技術(shù)按照儲存介質(zhì)進(jìn)行分類，可以分為機(jī)械類儲能、電氣類儲能、電化學(xué)類儲能、熱儲能和化學(xué)類儲能。分布式發(fā)電系統(tǒng)儲能系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在：（1）對變化負(fù)荷的匹配，可提高機(jī)組效率，實現(xiàn)節(jié)能減排電力系統(tǒng)的負(fù)荷是時刻變化的。而為了使發(fā)電機(jī)組能運行在高輸出功率區(qū)域，一般要求機(jī)組（特別是承擔(dān)基本符合的火電機(jī)組）不能輕載運行。這就導(dǎo)致在低負(fù)荷下多發(fā)的電未能利用而浪費，而在電力系統(tǒng)發(fā)電容量不足時又不能滿足峰值負(fù)荷。當(dāng)系統(tǒng)中裝設(shè)儲能系統(tǒng)時，可以分別在峰值和低谷時發(fā)電和充電。從而很好的與系統(tǒng)變化的負(fù)荷相匹配，提高電站的運行效率，減少運行成本，節(jié)約了能源，實現(xiàn)節(jié)能減排（2)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高供電質(zhì)量

電力系統(tǒng)有功和無功功率對電力系統(tǒng)的頻率和電壓有很大影響。而負(fù)荷的有功和無功是迅速變化的，分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)的存在可以配合分布式發(fā)電系統(tǒng)快速響應(yīng)有功無功的這種變化，從而避免了電力系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷變化的困難，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，保證電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，從而促進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和提高供電質(zhì)量。特別是對短時間內(nèi)負(fù)荷的較大變化，儲能系統(tǒng)的及時補(bǔ)償還可以減小它對電網(wǎng)的沖擊（3）延緩系統(tǒng)對新增發(fā)電容量的需求，提高設(shè)備利用率

由于儲能系統(tǒng)能夠起到削峰填谷的作用，因此可以避免發(fā)電系統(tǒng)為了滿足峰值負(fù)荷需求而增加投資加大系統(tǒng)的容量，從而減緩了電力系統(tǒng)對于調(diào)峰用機(jī)組容量的要求。這樣大電廠不必為了負(fù)荷的峰和谷而經(jīng)常開關(guān)機(jī)組，這樣就可以提高發(fā)電設(shè)備的利用率（4）降低電能損耗，增大輸電線容量

由于分布式發(fā)電系統(tǒng)儲能設(shè)備一般靠近負(fù)荷中心，可就近即時補(bǔ)充負(fù)荷需求。大電廠一般分布在原理負(fù)荷的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這樣就可以減小電能遠(yuǎn)距離輸送時在輸電線路上的損耗，從而減輕了輸電線路的負(fù)擔(dān)，也因此提高了原來輸電線路輸電的能力（5）提高黑啟動能力

分布式發(fā)電系統(tǒng)很多都需要依賴由外界電源的輔助來啟動。而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生停電事故時，一般分布式發(fā)電系統(tǒng)所能依靠的電網(wǎng)的電力也會同時被切斷了，使分布式發(fā)電系統(tǒng)變成了孤島。當(dāng)配備有儲能系統(tǒng)時，分布式發(fā)電系統(tǒng)就可以獨立地啟動并持續(xù)運行，從而增強(qiáng)了該系統(tǒng)的黑啟動能力（6）可用于再生能源優(yōu)化，推動可再生能源開發(fā)應(yīng)用。

新能源在發(fā)電方面的許多固有缺陷，使新能源的發(fā)展應(yīng)用受到了阻礙，而儲能系統(tǒng)的加入很好的彌補(bǔ)了其中的一些不足，推動了新能源在更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，從而一方面提高能源利用的效率；另一方面，減少了化石能源的使用，使各種能源得到更合理的配置與利用．（7）減小電力設(shè)備的維護(hù)需求

由于儲能系統(tǒng)可以維持電網(wǎng)中電壓和頻率的相對穩(wěn)定，減小變化負(fù)荷導(dǎo)致的潮流等問題對電力系統(tǒng)的沖擊，從而使電力設(shè)備運行于高效率工作點，優(yōu)化了電力設(shè)備的運行環(huán)境，所以可以減小電力設(shè)備的維護(hù)。幾種典型的儲能系統(tǒng)

超級電容儲能系統(tǒng)蓄電池儲能系統(tǒng)超導(dǎo)儲能系統(tǒng)飛輪儲能系統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)超級電容儲能系統(tǒng)SCESSCES系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為儲存能量用的超級電容器組件陣列、進(jìn)行能量變換與傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換系統(tǒng)和基于微處理器的綜合控制系統(tǒng)。

SCES系統(tǒng)主要運行在兩種模式下：獨立運行模式(當(dāng)電網(wǎng)電壓過高、過低或瞬時停電時)和并網(wǎng)運行模式(當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動與閃變時)。獨立運行時，將儲存的直流電能轉(zhuǎn)換成三相可控的交流電能送入配電網(wǎng)，暫時代替電網(wǎng)維持負(fù)載電壓，防止停電。逆變器控制單元采用電壓電流雙環(huán)控制技術(shù)可實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差小、響應(yīng)快、總諧波畸變率低。并網(wǎng)運行時，作為電網(wǎng)的動態(tài)補(bǔ)償裝置，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動與閃變等電能質(zhì)量問題時對電壓進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，改善用戶電能質(zhì)量。此時，儲能系統(tǒng)控制單元加入了功率補(bǔ)償控制，SCES系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的有功和無功功率跟隨參考補(bǔ)償功率的變化，協(xié)助電網(wǎng)的能量供給，從而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和對負(fù)荷供電的可靠性

優(yōu)點：（1）很高的功率密度。其輸出功率密度是一般蓄電池的數(shù)十倍；（2）極長的充放電循環(huán)壽命。其循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上；（3）非常短的充電時間；（4）蓄能時間長。超級電容器蓄能過程中，雖然也有微小的漏電電流，但蓄能壽命可以認(rèn)為是無限的；（5）高可靠性。超級電容器沒有運動部件，維護(hù)工作少，因而可靠性非常高。從它的優(yōu)點可以看出，在邊遠(yuǎn)地區(qū)，超級電容器可以和風(fēng)力發(fā)電裝置或太陽能發(fā)電裝置組成混合電源，使得在無風(fēng)或夜間也可以提供足夠的電能。超級電容儲能系統(tǒng)蓄電池儲能系統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)(BESS)具有控制有功功率流的能力，能夠同時對接入點的有功功率和無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，為高壓輸電系統(tǒng)提供快速的響應(yīng)容量，有效提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量蓄電池種類繁多，特點各不相同，也就各有優(yōu)勢。幾種典型的儲能系統(tǒng)

是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。主要應(yīng)用于便攜式的移動設(shè)備中，其效率可達(dá)95%以上，放電時間可達(dá)數(shù)小時，循環(huán)次數(shù)可達(dá)5000次或更多，響應(yīng)快速，是電池中能量最高的實用性電池，目前來說用的最多NaS電池系統(tǒng)NaS電池特性優(yōu)良，具有能量密度高、無自放電、運行壽命長、便于現(xiàn)場安裝與維護(hù)以及環(huán)境友好及突出的超載脈沖功率輸出特性和迅速的動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，為NAS電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用提供了廣泛的前景。近年來NaS電池在日本，北美，歐洲的電力系統(tǒng)中得到迅速發(fā)展．已被用干負(fù)荷平定或負(fù)荷削峰、不問斷供電（UPS)或應(yīng)急電源、電能質(zhì)量維護(hù)以及風(fēng)能發(fā)電等多種場臺，并且在輸配電系統(tǒng)的有、無功點支持及多功能電能儲存系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用前景NaS電池系統(tǒng)超導(dǎo)儲能系統(tǒng)SMES超導(dǎo)蓄能系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)點：噪音低、高可靠性、高轉(zhuǎn)換效率（可達(dá)95％）和很快的反應(yīng)速度（可達(dá)幾毫秒）。但是也有致命的缺點：一是超導(dǎo)蓄能系統(tǒng)需要壓縮器和水泵來維持液體的低溫，使系統(tǒng)復(fù)雜，且導(dǎo)致維修頻率提高；二是成本太高，至今為止，超導(dǎo)蓄能系統(tǒng)的成本比其它類型的蓄能系統(tǒng)的成本高得多。

25kJ超導(dǎo)儲能用磁體飛輪儲能系統(tǒng)FESS飛輪儲能密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、充電時間短、適應(yīng)各種環(huán)境、可重復(fù)深度放電，無過充、放電問題，對溫度不敏感等，應(yīng)用前景廣闊。飛輪蓄能系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)中，如改善電能質(zhì)量，作為化學(xué)電池的補(bǔ)充及替代UPS電源等。目前，正在運行和開發(fā)的飛輪有核聚變研究用飛輪系統(tǒng)、電氣化鐵道用飛輪系統(tǒng)、不間斷電源用超高速低損耗飛輪、低空軌道衛(wèi)星用飛輪系統(tǒng)、電動汽車用飛輪電池、高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪等

80年代以來，新型復(fù)合材料碳素纖維的發(fā)展使得飛輪的周邊線速度可以超過1000m／s，大大增加了飛輪的儲能密度。高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承技術(shù)的研究使得飛輪軸承的摩擦力大幅度減小，再配以空氣抽真空技術(shù)，飛輪機(jī)組的效率可以達(dá)到80％以上，高于抽水蓄能電站。現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展為解決飛輪電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動問題以及能量的轉(zhuǎn)換和傳遞問題創(chuàng)造了條件其他的可應(yīng)用的分布式發(fā)電系統(tǒng)儲能系統(tǒng)電解水制氫這種儲能系統(tǒng)需與燃料電池聯(lián)合應(yīng)用。在系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)負(fù)荷減小或發(fā)電容量增加時，將多余的電能用來電解水，使氫和氧分離，作為燃料電池的燃料送入燃料電池中存儲起來；當(dāng)負(fù)荷增加時或發(fā)電容量不足時，使存儲在燃料電池中的氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，繼續(xù)向負(fù)荷供電，從而保證供電的連續(xù)性。二、電能儲存技術(shù)——壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能（CAES）采用壓縮空氣作為儲能介質(zhì),將電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣,根據(jù)需要時通過控制壓縮空氣的釋放速度和時間,得到穩(wěn)定、可靠的電能。單位重量持續(xù)功率20-50W/kg單位重量傳遞能量5-10Wh/kg

典型儲存時間5-30min

系統(tǒng)價格:1000-1500$/kWh二、電能儲存技術(shù)——壓縮空氣儲能290MW，德國，Huntorf電站，1978110MW，美國，McIntoshAEC電站，1991.2700MW，美國，Norton，在建。壓縮空氣儲能的商業(yè)化運營壓縮空氣儲能系統(tǒng)CAES

“壓縮空氣蓄能”技術(shù)的基本原理是利用富余的電能將空氣壓縮，注入地下儲氣庫，以一種類似天然氣的方式保存在地下。電力不足時，將這些壓縮空氣導(dǎo)入渦輪發(fā)電機(jī)，幫助天然氣燃燒，供給燃?xì)廨啓C(jī)的能量就是壓縮空氣的勢能加上天然氣化學(xué)能的總和，這樣產(chǎn)生的能量很大。在充壓和釋放的循環(huán)中，壓縮空氣蓄能電站發(fā)出的電量大于充壓所需的電量，可以節(jié)省1/2—2/3的燃燒成本。二、電能儲存技術(shù)——壓縮空氣儲能優(yōu)點寬工作溫度范圍多次充電/放電循環(huán)使用壽命長（20年）對環(huán)境影響小缺點成本功耗系統(tǒng)復(fù)雜能量密度二、電能儲存技術(shù)——壓縮空氣儲能分布式發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的作用抽水儲能將電網(wǎng)低谷時利用過剩電力作為液態(tài)能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫，電網(wǎng)峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電，效率一般為75%左右，俗稱進(jìn)4出3，具有日調(diào)節(jié)能力，用于調(diào)峰和備用。不足之處：選址困難，及其依賴地勢；投資周期較大，損耗較高，包括抽蓄損耗+線路損耗；現(xiàn)階段也受中國電價政策的制約，去年中國80%以上的抽蓄都曬太