1、淺談智能電網中的分布式儲能 專業：電氣工程及其自動化班級：一班姓名：楊鵬學號：3013203194淺談智能電網中的分布式儲能摘要：優質、自愈、安全、清潔、經濟和互動是當前各國建設智能電網的共同目標，儲能環節是智能電網構建及實現不可或缺的關鍵環節，將分布式發電與儲能技術的結合大大提高了系統的能源利用率，改善系統的穩定性、可靠性以及經濟性。儲能技術將成為未來電網的發展重點之一。本文介紹了分布式儲能技術的概念，主要類型和發展現狀，以及分布式儲能在智能電網的應用。關鍵詞：分布式儲能 智能電網 抽水儲能 飛輪儲能 電池儲能1.引言目前，全球風力發電、光伏發電等可再生能源得到了指數式的增長，已經成為電力系

2、統的重要組成部分，但由于其具有波動性、隨機性、間歇性的特點，這些愈來愈成為制約新能源發展的障礙，且隨著新能源發電規模的繼續擴大，這個問題將顯得更為迫切。而儲能技術正是從根本上解決可再生能源發電接入問題的最有效手段，將富余的能量儲存起來，用能高峰期再將這些間歇式能源轉換成具有相對統一、穩定的輸出，通過儲能系統來彌補可再生能源發電的間歇性和不穩定性缺陷，從而實現可再生能源電力平滑并入電網。儲能技術的應用前景廣闊，并得到國家大力支持，科技部發布了的國家“十二五”科學和技術發展規劃把儲能作為戰略必爭領域。儲能技術將為改變現有的電網發展模式提供了可能，幫助可再生能源和智能電網的大規模應用，從而實現能源利

3、用效率和性能的最大化，未來有望大范圍應用。1.1分布式儲能技術概念分布式儲能技術是指電能通過某種裝置轉化成其他形式的能量并且高效存儲起來，需要時所存儲的能量可以方便地轉化成需要的能量形式。包括以下兩方面的內容，一是高效大容量存儲能量，二是快速高效的能量轉化技術1.2分布式儲能的作用電力生產過程是連續進行的，發電、輸電、變電、配電、用電必須時刻保持平衡;電力系統的負荷存在峰谷差,必須留有很大的備用容量,造成系統設備運行效率低。應用儲能技術可以對負荷削峰填谷,提高系統可靠性和穩定性,減少系統備用需求及停電損失。另外,隨著新能源發電規模的日益擴大和分布式發電技術的不斷發展,電力儲能系統的重要性也日益

4、凸顯。儲能技術的應用是在傳統電力系統生產模式基礎上增加一個存儲電能的環節,使原來幾乎完全剛性的系統變得柔性起來,電網運行的安全性、可靠性、經濟性、靈活性也會因此得到大幅度的提高。因此有人將儲能技術譽為電力生產過程中的第六環節,電力儲能技術的應用前景非常廣闊。同時，分布式儲能是智能電網中最重要的環節之一，可以對風電廠、光伏發電站送出的電能進行儲存進入穩定送入電網，有效解決風能和太陽能發電不穩定對電網造成的沖擊。2儲能技術發展現狀2.1我國分布式儲能技術發展現狀在大規模電池儲能裝置技術方面，我國起步較晚，與國外發達國家還有較大差距，主要表現在：一是設備容量規模還較小;二是設備的壽命短、利用效率低;

5、三是設備的智能化水平薄弱。在儲能應用方面我國距國外先進水平差距也很大，國外已經有數十套儲能電站投入運行，國內還沒有大容量電池儲能裝置的示范工程投入運行。目前，我國電池儲能的應用規模還很小，現有系統中儲能容量僅占總裝機容量的1.7%左右，遠沒有達到合理水平，且尚未建立用于瞬態電能質量管理和電力系統功率調節/補償的快速大容量儲能系統，只能依靠繼電保護和安全自動裝置切機，被動達到穩定。但隨著國家能源政策的調整和節能環保政策逐步落實，其應用規模預計也將逐步擴大。上海市電力公司已經建設包括漕溪站、前衛站、白銀站三個儲能示范電站，電力調度中心可以直接通過電網儲能管理系統對分布于各地的儲能站實施統一調度與遠

6、程監控。BYD在深圳龍崗建立了一座1MW(4MWh)儲能電站。2.2國外分布式儲能技術發展現狀近些年來，世界先進儲能技術得到了各國大力支持，不斷發展，取得了大量成果。加拿大VRBPowerSystems公司開始為愛爾蘭建設迄今為止國際上最大的額定輸出功率2MW(脈沖輸出功率3MW)，儲能容量12MWh全釩液流儲能電池系統。美國：北美有10個獨立系統運營(ISO)市場。每個市場有多個區、接口和樞紐。PJM一個1兆瓦-1兆瓦時項目2014年可獲得電網調節服務收入383,000美元。如果一個項目在15年的項目期內收到2014年收入113,000美元，內部回報率為28%。德國：PCR一個1兆瓦-1兆瓦

7、時的鋰離子系統可獲得收入190,000歐元/兆瓦-233,000歐元/兆瓦。如果其在15年的項目期內收到2014年收入208,000歐元，內部回報率為15%。英國：英國使用儲能技術的兩個案例是FirmFrequencyResponse(FFR)和FastReserve：日本經產省發起了新一輪針對鋰離子電池儲能系統的補貼計劃，共劃撥了100億日元，給予購買者購買系統價格2/3的資金補貼。日本政府希望通過開展這項計劃可以借助儲能提高可再生能源的利用比例，有效地管理峰值負荷。3.分布式儲能技術的分類分布式儲能技術按照儲能原理可以分為三大類：機械儲能，電磁儲能和電化學儲能。其中機械儲能包括：抽水蓄能，

8、壓縮空氣和飛輪儲能；電磁儲能包括：超級電容和超導儲能；電化學儲能包括：鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、全釩液流電池和鋅溴液流電池。各儲能技術比較如下表：由上表可以看出，所有的儲能方式中只有抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪儲能和鉛酸電池的技術比較成熟，已經可以滿足商用的要求，而其他儲能技術無不在示范研發階段。而技術成熟的四種儲能技術其功率等級，轉換效率等參數也相差很大。超導儲能尚處于研發階段，目前受制于技術的進步，短期內看不到大規模應用的前景;飛輪儲能轉換效率較低，大功率飛輪實現難度大;壓縮空氣儲能對安全要求較高，實現存在一定難度。國內主要倡導的是抽水蓄能和電池儲能。抽水蓄能電站技術成熟、存儲容量大、運

9、行壽命長，適宜于電力系統的大容量儲能，但是受水資源和地理條件的限制。因此，電池儲能的技術研究是目前分布式發電領域研究熱點之一。以下為幾種技術成熟儲能技術的介紹。3.1抽水儲能抽水蓄能是電力系統中唯一大規模采用的電力儲能形式，抽水儲能是投入運行時必須配備上、下游兩個水庫，負荷低谷時段抽水儲能設備工作在電動機狀態，將下游水庫的水抽到上游水庫保存，負荷高峰時抽水儲能設備工作于發電機狀態，利用儲存在上游水庫中的水發電。按上游水庫有無天然徑流匯入分為純抽水、混合抽水和調水式抽水蓄能電站，建站地點力求水頭高，發電庫容大，滲漏小，壓力輸水管道短，距離負荷中心近。抽水儲能電站儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾

10、天，綜合效率在70%85%之間。其最大特點是儲存能量非常大，同時抽水儲能也是在電力系統中應用最為廣泛的一種儲能技術，非常適合于電力系統調峰和用作長時間備用電源的場合。如調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用、黑啟動和提供系統的備用容量，還可以提高系統中火電站和核電站的運行效率。由于抽水蓄能電站要求必須同時具備上游水庫和下游水庫的條件，對地理條件要求比較高，同時還有抽水蓄能電站對生態環境的破壞，尤其是移民因素，都限制了抽水蓄能電站的進一步推廣。目前全世界共有超過90GW的抽水蓄能電站機組投入運行，約占全球總裝機容量的3%。3.2飛輪儲能飛輪儲能是利用電動機帶動飛輪高速運轉，將電能轉化成機械能儲存起來

11、，并在需要時飛輪帶動發電機發電，是一個電能和機械能相互轉化的儲能元件，為了減少損耗，大多數現代飛輪儲能系統都是由一個圓柱形旋轉質量塊和通過磁懸浮軸承支撐的機構組成。現代飛輪設備儲能功率密度>5kW/kg，能量密度>20Wh/kg，效率在90%以上，循環壽命可達20年。飛輪儲能的最大優點是幾乎不需要運行維護，設備壽命長，儲能效率高（在采用懸浮軸承后效率還可以進一步提高），清潔無污染，無噪聲，負荷跟蹤能力強，對環境沒有不良影響，缺點是能量密度低，費用較高，在小型場合無法體現其優勢，主要應用于那些在時間和容量方面介于短時儲能應用和長時間儲能應用之間的場合，如電能質量控制、不間斷電源、電壓

12、穩定和電壓調峰方面。飛輪儲能的主要優點有：1）儲能密度高；比超導磁儲能、超級電容器儲能和一般的蓄電池都要高。2）充放電時間短，且無過充放電問題，壽命長；飛輪儲能充電只需要幾分鐘，而不像化學電池需要幾個小時的充電時間。飛輪儲能系統的壽命主要取決于其電力電子的壽命，一般可達到20年左右。飛輪儲能技術廣泛應用的主要瓶頸有：a)技術成本相對于蓄電池來說比較高；b)軸承材料還有待進一步的突破；c)自放電現象很嚴重。3.3電池儲能電池儲能。電池儲能系統主要利用電池正負極的氧化還原反應進行充放電，也是人類最早應用和應用最廣泛的電儲能系統之一，電力系統的使用背景決定了儲能系統應具有容量大，效率高，使用壽命長，

13、造價相對低等特點，這就限制了鎳鎘、鋰離子電池在電力系統中的應用，大容量集成的技術難度和生產維護成本使得這些電池在相當長的時間內很難在電力系統中規模化應用。而近年出現的鈉硫電池和液流電池滿足了電力系統這方面的需求。鈉硫和液流電池則被視為新興的、高效的且具廣闊發展前景的大容量電力儲能電池。鈉硫電池儲能密度為140kWh/kg，體積減少到普通鉛酸蓄電池的1/5，系統效率可達80%，且循環壽命超過6000次。鈉硫電池的基本單元是單體電池，將數百個單體電池組合起來形成模塊，功率可達到數千千瓦，同時也是利于制造、運輸和安裝。目前在日本和北美已有100余座鈉硫電池電站在運行中，是各種二次電池中最為成熟的技術

14、。鈉硫電池已在日本商用，而且可以供給一個中型水泥廠一天的電量，且放電效率幾乎100%。液流電池是指電池正負極活性物質主要存在于電解液中，分別裝在兩個儲液罐中，通過送液泵送回電池，電池的正負極電解液有離子交換膜隔開的電池裝置。最早由ThallerL.H于1974年提出的一種化學儲能裝置，目前液流電池主要有釩溴、全釩和多硫化鈉/溴等多個體系，液流電池電化學極極小，能夠100%深度放電，儲存壽命長，可以通過增加電解液的量或提高電解質的濃度達到增加帶能容量的目的。由于液流電池電池組和電解液儲液罐可以分開放置，因而可以因地制宜的安排相對位置，并可根據設置場所的情況自由設計儲藏形式及隨意選擇形狀。4.儲能

15、技術在智能電網中的應用4.1智能電網的發電側(1)輔助動態運行：通過儲能技術快速響應速度，在輔助動態運行時提高火電機組的效率，減少碳排放。(2)在系統升級延遲時，取代或延緩新建機組:對于已接近峰值容量的電廠，儲能可降低或延緩對新建發電機組容量的需求；避免動態運行對機組壽命的損害，減少設備維護和設備更換的費用，延緩設備報廢時間。4.2智能電網輸配電側(1)無功支撐：通過與AGC的協調運行實現儲能設備無功功率的動態補償。(2)緩解線路阻塞：儲能系統安裝在阻塞線路的下游，在無阻塞時段充電在高負荷時段放電，從而減少系統對輸電容量的需求。（3）延緩輸配電擴容升級：在負荷接近設備容量的輸配電系統內，將儲能

16、安裝在原本需要升級的輸配電設備的下游來延緩或避免擴容；延緩高成本設備的報廢時間（老舊變壓器和直埋電纜）。（4）變電站直流電源：可用于開關元件、通訊基站、控制設備的備用電源直接為直流負荷供電。4.3只能電網用戶側(1)電能質量與可靠性：保護用戶就地負荷，提高電能質量n；提高供電可靠性。（2）用戶分時電價管理：在電價較低時儲能充電，在高電價時放電，此時用戶用電或向電網售電。（3）容量費用管理：用戶通過儲能系統以減少用電高峰時段用電需求，達到降低容量費用的目的。4.4智能電網輔助服務(1)電壓支撐：利用具有快速響應能力的儲能裝置根據系統負荷需求釋放或吸收無功功率，調整系統電壓(2)調峰：在用電低谷時

17、為抽水蓄能電站蓄水，在用電高峰時釋放電能，實現削峰填谷(3）調頻：對于負荷和發電的瞬間不平衡問題，通過對電網中的儲能設備進行充放電以及控制充放電的速率，實現頻率調節(4)旋轉、非旋轉或補充備用：旋轉備用：儲能在線運行，可在發電或輸電設備失電10分鐘內提供功率支持，10秒內提供頻率支持n；非旋轉備用：儲能非在線運行，10分鐘內為可中斷負荷提供支持n；補充備用：為旋轉備用和非旋轉備用的補充備用，1小時內提供支持(5)可再生能源負荷功率跟蹤：平滑光伏系統/風力發電機的功率輸出；n平滑負荷的快速隨機波動；n減少常規機組擔當時的燃料耗費和運行費用，減少碳排放(6)黑啟動支持：在網絡發生災難性故障后為發電

18、設備提供補充功率維持其在線運行；n為大型發電設備提供啟動功率5儲能研究發展趨勢現階段，各種儲能方法都不能完全兼顧安全性、高比功率、高比能量、長使用壽命、技術成熟以及工作溫度范圍寬等多方面的要求，儲能技術成本和性能不夠理想，整體技術和經濟性不夠好是制約儲能技術大規模應用的主要障礙，因此可大規模應用于電網中的儲能技術還有很大的研究前景和發展空間。（1） 研發高效率低成本的儲能技術：現階段成本過高是儲能技術大規模推廣運用的最大瓶頸，提高轉換效率和降低成本是儲能技術研發的一個重要環節。（2） 在智能電網中綜合應用各種儲能技術：由于每種儲能技術均存在著一定的局限性，并且由于本身的固有特性對其進行改進又要付出很大代價，因此可以揚長避短，將各種技術有機結合，充分發揮各種方式的優點，實現能量和功率等方面的多重要求，并且可以顯著延長儲能元件的循環壽命，這也成為儲能研究的一個新方向。（3） 研究有效的儲能系統控制策略：研究儲能系統和分布式系統綜合特性，穩態特性，暫態特性，充分利用儲能系統；提高傳統電源，新能源，負荷等數據數據共享，合理安排充放電時間，提高儲能系統利用效果。結語優質、自愈、安全、清潔、經濟和互動是當前各國建設智能電網的共同目標，傳統電網主要由發電、輸電、配電和用電四個基本