淺析儲能技術在企業微電網中的應用

hth下载地址 陳聰

摘要:該文闡述了儲(chu) 能技術研究在微電網中的意義(yi) 和價(jia) 值,並對抽水儲(chu) 能、飛輪儲(chu) 能、壓縮空氣儲(chu) 能電站、蓄電池儲(chu) 能、超*電容器儲(chu) 能、超導儲(chu) 能等儲(chu) 能技術在微電網中的應用研究現狀進行了概述,分別討論了各種儲(chu) 能方式的優(you) 點和不足之處,並對各種儲(chu) 能技術的性能指標進行了比較。

關(guan) 鍵詞:儲(chu) 能技術；微電網；抽水儲(chu) 能；蓄電池儲(chu) 能；

0引言

隨著世界各國社會(hui) 經濟的迅猛發展，對能源和電力供應的安全性、穩定性、可靠性以及電能質量的要求越來越*，而電網建設卻沒有隨之同步發展，使得傳(chuan) 統的大電網供電方式已經不能很好地滿足用電客戶的這些要求，因此，能夠集成分布式電源發電的新型電網一微電網應運而生。微電網[1]作為(wei) 現代新型電網中的一個(ge) 智能單元，可以在數秒鍾的短時間內(nei) 進行反應，滿足電力係統輸、配電網絡的需求，很好地改善係統安全性和靈活性，降低線路能耗、節省電網建設投資，被認為(wei) 是未來新型智能電網的堅強支撐。其中，儲(chu) 能係統[2]是微電網係統的一個(ge) 重要組成單元，具有十分重要的作用，具有巨大的市場前景。

目前，就儲(chu) 能技術而言，大多類型儲(chu) 能裝置的技術水平和經濟性與(yu) 大電網對儲(chu) 能的巨大需求之間存在較大差距。隨著**對風光儲(chu) 能項目招標的再次啟動，大規模、大容量的儲(chu) 能技術成為(wei) 人們(men) 關(guan) 注的焦點。伴隨著風電、光伏電站的大規模入網，對儲(chu) 能係統的容量規模需求也越來越迫切。但是，目前除了蓄水儲(chu) 能外，其它多數類型的儲(chu) 能技術在短期內(nei) 無法滿足諸如大規模電力係統調峰填穀、電網安全、電能儲(chu) 備等電網應用需求，導致風電脫網等安全事故頻發。

此外，我國關(guan) 於(yu) 大容量類型的新能源並入電網的規劃、設計、運行及控製技術等方麵還處於(yu) 起步階段，沒有具體(ti) 對應的並網**標準。傳(chuan) 統標準一般僅(jin) 對電站的一些運行參數提出被動要求，電網並不主動對電站進行調度和控製，隻是對諧波分量、頻率偏差、電壓波動、功率因數等方麵進行要求，關(guan) 於(yu) 風能發電、光伏發電等大容量新型儲(chu) 能係統的並網接入標準基本沒有涉及。至今為(wei) 止，我國對新能源並網要求並沒有強製性的操作流程和具體(ti) 相關(guan) 技術要求。多數發電企業(ye) 認為(wei) 隻要能發出電，不論多少、質量優(you) 劣，電網*須全部接收，在這種情況下，導致發電企業(ye) 缺乏動力采用新型儲(chu) 能技術。因此，盡快製定完善規範的儲(chu) 能技術接入標準，加快推進儲(chu) 能裝置技術的開發、研究，盡快研發出經濟、安全、*效的儲(chu) 能裝置，使之能夠與(yu) 風能、太陽能等間歇性的新能源儲(chu) 能技術協調配合，滿足新能源長期穩定並網要求，為(wei) 清潔能源的發展奠定基礎，從(cong) 而推進我國能源結構的調整。

1微電網係統中常用的儲(chu) 能技術

目前，微電網中使用的儲(chu) 能係統種類繁多，根據儲(chu) 能原理大概可以分為(wei) ：機械儲(chu) 能技術、電化學儲(chu) 能技術、電磁儲(chu) 能技術、相變儲(chu) 能技術等。其中，機械儲(chu) 能方式主要有抽水儲(chu) 能、飛輪儲(chu) 能、壓縮空氣儲(chu) 能等儲(chu) 能技術；電化學儲(chu) 能方式主要有蓄電池儲(chu) 能、鋰電池儲(chu) 能和鈉硫電池儲(chu) 能等儲(chu) 能技術；電磁儲(chu) 能方式主要有超導儲(chu) 能和超*電容器儲(chu) 能等儲(chu) 能技術；冰蓄冷儲(chu) 能屬於(yu) 相變儲(chu) 能方式。目前，微電網係統中能夠利用的儲(chu) 能技術很多，其中，飛輪儲(chu) 能、蓄電池儲(chu) 能、超*電容器儲(chu) 能和超導儲(chu) 能等儲(chu) 能技術相對成熟，是近年發展較快的儲(chu) 能形式。

（1）抽水儲(chu) 能

抽水蓄能電站（pumped hydro power plant）是現階段在實際工程中應用較為(wei) 廣泛，技術相對成熟的一種儲(chu) 能方式。抽水儲(chu) 能電站的主要優(you) 勢就是對建造容量方麵沒有嚴(yan) 格要求，具有非常強的靈活性，理論上隻要上遊的水庫足夠大，其電能儲(chu) 存容量就沒有上限。而且儲(chu) 存能量的釋放時間範圍也相對靈活，具有一定的可控性，可以從(cong) 幾個(ge) 小時到幾天不等。抽水蓄能技術的能量利用效率也相對較*，大概能達到70％-85％。目前，電網係統主要利用抽水蓄能技術來調峰填穀、調頻、調相、以及旋轉備用等。

（2）壓縮空氣儲(chu) 能電站

壓縮空氣儲(chu) 能電站（compressed air energy storage，C-AES）.基本原理是利用電力係統在低穀負荷時段的剩餘(yu) 電能壓縮空氣，並將其儲(chu) 存在*壓密封容器內(nei) ，在*峰負荷時段通過釋放壓縮空氣來驅動燃氣輪機進行發電，本質上是一種用於(yu) 調峰的燃氣輪機發電廠。相對抽水蓄能電站而言，壓縮空氣儲(chu) 能電站的建設投資、發電成本較低，但由於(yu) 壓縮的空氣能量密度比較低，而且儲(chu) 能電站的建設位置對地形條件要求也比較*，因此，在實際工程應用中受到一定的影響。在壓縮空氣儲(chu) 能電站發電過程中，能量利用效率得到了較大提升，所消耗的燃氣量要比常規燃氣輪機少40％，同時在節約成本方麵也很有優(you) 勢。目前，CAES電站主要用在頻率調製、平衡負荷、峰穀電能的回收調節、冷啟動、發電係統備用等實際場合。伴隨著分布式發電係統的快速發展，不斷提*儲(chu) 氣壓縮比、減小儲(chu) 氣容器容量就顯得非常重要，今後CAES更具有應用性的發展將是微型壓縮空氣蓄能電站（mi-cm-CAES)。

（3）飛輪儲(chu) 能

它是一種機械儲(chu) 能方式，整個(ge) 儲(chu) 能係統由飛輪機構、電動／發電機、磁懸浮軸承支撐機構、控製器、功率變換裝置等五部分組成。其基本工作原理是利用電動機使飛輪*速旋轉，將電能轉化為(wei) 動能的形式，當係統需要儲(chu) 存能量時，電動機通過吸收外接電源的電能帶動飛輪*速旋轉；當電網需要釋放能量時，飛輪又作為(wei) 原動機提供能量拖動發電機，將機械能轉化為(wei) 電能。目前飛輪儲(chu) 能技術主要用於(yu) 不間斷電源係統，電網調峰和調頻控製中，功率等*從(cong) 幾十千瓦到兆瓦*。

（4）蓄電池儲(chu) 能

目前蓄電池儲(chu) 能在電力係統中主要作為(wei) 電力調峰使用，它是提*電力係統可靠性和穩定性的儲(chu) 能裝置。其原理是利用蓄電池的活性物質在正、負*之間進行氧化還原反應，從(cong) 而實現化學能與(yu) 電能間的相互轉化。目前，蓄電池主要分為(wei) 鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳鉻蓄電池、鈉硫蓄電池、鎳鉻蓄電池、釩液硫電池等類型。其中，鉛酸蓄電池由於(yu) 其技術成熟，製造成本更低，可靠性較*，應用更為(wei) 廣泛。鋰電池因其能量密度*，記憶效應低，應用前景更好。

（5）超*電容器儲(chu) 能

超*電容的原理應用了電學中的雙電層理論，在電容充電過程中理想*化狀態的電*表麵形成電荷，並吸引周圍電解質溶液中的異性離子，使之附於(yu) 電*表麵，成為(wei) 雙電荷層，從(cong) 而構成雙電層電容。目前超*電容器儲(chu) 能的研究熱點為(wei) 通過電力穩定控製係統與(yu) 可再生能源發電係統的整合使用，起到改善電網質量，提*供電係統可靠性的作用，其中超*電容與(yu) 蓄電池的混合儲(chu) 能技術在插電式混合動力汽車中得到廣泛應用。

（6）超導儲(chu) 能

超導儲(chu) 能係統是通過超導體(ti) 製成線圈，將電網係統中電能轉化為(wei) 磁場能量儲(chu) 存起來，在需要時再將儲(chu) 存的磁場能量轉化為(wei) 電能送回電網。目前隨著電力電子技術和*溫超導技術的飛速發展，超導儲(chu) 能技術在電力係統中的應用越來與(yu) 廣泛，在上個(ge) 世紀90年代已經在光伏發電係統和風力發電係統中得到推廣應用。下麵通過如表1所示對各種儲(chu) 能方式的性能特點進行比較。

表1 各種儲(chu) 能方式性能特點比較

2hth下载地址Acrel-2000MG微電網能量管理係統

2.1概述

Acrel-2000MG儲(chu) 能能量管理係統是hth下载地址專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能電站研製的本地化能量管理係統，可實現了儲(chu) 能電站的數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、曆史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控製策略選擇，包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等。該係統不僅(jin) 可以實現下*各儲(chu) 能單元的統一監控和管理，還可以實現與(yu) 上*調度係統和雲(yun) 平台的數據通訊與(yu) 交互，既能接受上*調度指令，又可以滿足遠程監控與(yu) 運維，確保儲(chu) 能係統安全、穩定、可靠、經濟運行。

2.2應用場景

適用於(yu) 工商業(ye) 儲(chu) 能電站、新能源配儲(chu) 電站。

2.3係統結構

2.4係統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲(chu) 能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對係統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控製逆變一體(ti) 機、儲(chu) 能電池、儲(chu) 能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網係統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電係統進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，並對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與(yu) 設備進行不間斷監控。

（6）優(you) 化控製

通過分析曆史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，並結合分布式電源出力與(yu) 儲(chu) 能狀態，實現經濟優(you) 化調度，以降低尖峰或者*峰時刻的用電量，降低企業(ye) 綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲(chu) 能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個(ge) 月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲(chu) 能設備的發電效率、轉化效率，用於(yu) 評估設備性能與(yu) 狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網係統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、新能源消納、逆功率控製等。

3硬件及其配套產(chan) 品

4結論

由於(yu) 我國微電網儲(chu) 能技術發展還處於(yu) 起步階段，單一儲(chu) 能技術還遠遠無法做到在常規溫度範圍內(nei) 同時滿足大功率與(yu) *能量，係統安全性*，使用壽命長的所有要求。因此，在現階段單一儲(chu) 能技術發展還不能滿足使用需求的情況下，充分整合各種技術的優(you) 點，揚長避短，提*轉換效率、降低成本，有效保證*可靠性、*能量、大功率等方麵的多重要求，是儲(chu) 能技術研發的一個(ge) 重要方向。

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