安科瑞 陳聰

摘要:該文闡述了儲能技術(shù)研究在微電網(wǎng)中的意義和價(jià)值,并對抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能電站、蓄電池儲能、超*電容器儲能、超導儲能等儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中的應用研究現狀進(jìn)行了概述,分別討論了各種儲能方式的優(yōu)點(diǎn)和不足之處,并對各種儲能技術(shù)的性能指標進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞:儲能技術(shù)；微電網(wǎng)；抽水儲能；蓄電池儲能；

0引言

隨著(zhù)世界各國社會(huì )經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對能源和電力供應的安全性、穩定性、可靠性以及電能質(zhì)量的要求越來(lái)越*，而電網(wǎng)建設卻沒(méi)有隨之同步發(fā)展，使得傳統的大電網(wǎng)供電方式已經(jīng)不能很好地滿(mǎn)足用電客戶(hù)的這些要求，因此，能夠集成分布式電源發(fā)電的新型電網(wǎng)一微電網(wǎng)應運而生。微電網(wǎng)[1]作為現代新型電網(wǎng)中的一個(gè)智能單元，可以在數秒鐘的短時(shí)間內進(jìn)行反應，滿(mǎn)足電力系統輸、配電網(wǎng)絡(luò )的需求，很好地改善系統安全性和靈活性，降低線(xiàn)路能耗、節省電網(wǎng)建設投資，被認為是未來(lái)新型智能電網(wǎng)的堅強支撐。其中，儲能系統[2]是微電網(wǎng)系統的一個(gè)重要組成單元，具有十分重要的作用，具有巨大的市場(chǎng)前景。

目前，就儲能技術(shù)而言，大多類(lèi)型儲能裝置的技術(shù)水平和經(jīng)濟性與大電網(wǎng)對儲能的巨大需求之間存在較大差距。隨著(zhù)**對風(fēng)光儲能項目招標的再次啟動(dòng)，大規模、大容量的儲能技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。伴隨著(zhù)風(fēng)電、光伏電站的大規模入網(wǎng)，對儲能系統的容量規模需求也越來(lái)越迫切。但是，目前除了蓄水儲能外，其它多數類(lèi)型的儲能技術(shù)在短期內無(wú)法滿(mǎn)足諸如大規模電力系統調峰填谷、電網(wǎng)安全、電能儲備等電網(wǎng)應用需求，導致風(fēng)電脫網(wǎng)等安全事故頻發(fā)。

此外，我國關(guān)于大容量類(lèi)型的新能源并入電網(wǎng)的規劃、設計、運行及控制技術(shù)等方面還處于起步階段，沒(méi)有具體對應的并網(wǎng)**標準。傳統標準一般僅對電站的一些運行參數提出被動(dòng)要求，電網(wǎng)并不主動(dòng)對電站進(jìn)行調度和控制，只是對諧波分量、頻率偏差、電壓波動(dòng)、功率因數等方面進(jìn)行要求，關(guān)于風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電等大容量新型儲能系統的并網(wǎng)接入標準基本沒(méi)有涉及。至今為止，我國對新能源并網(wǎng)要求并沒(méi)有強制性的操作流程和具體相關(guān)技術(shù)要求。多數發(fā)電企業(yè)認為只要能發(fā)出電，不論多少、質(zhì)量?jì)?yōu)劣，電網(wǎng)*須全部接收，在這種情況下，導致發(fā)電企業(yè)缺乏動(dòng)力采用新型儲能技術(shù)。因此，盡快制定完善規范的儲能技術(shù)接入標準，加快推進(jìn)儲能裝置技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研究，盡快研發(fā)出經(jīng)濟、安全、*效的儲能裝置，使之能夠與風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性的新能源儲能技術(shù)協(xié)調配合，滿(mǎn)足新能源長(cháng)期穩定并網(wǎng)要求，為清潔能源的發(fā)展奠定基礎，從而推進(jìn)我國能源結構的調整。

1微電網(wǎng)系統中常用的儲能技術(shù)

目前，微電網(wǎng)中使用的儲能系統種類(lèi)繁多，根據儲能原理大概可以分為：機械儲能技術(shù)、電化學(xué)儲能技術(shù)、電磁儲能技術(shù)、相變儲能技術(shù)等。其中，機械儲能方式主要有抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等儲能技術(shù)；電化學(xué)儲能方式主要有蓄電池儲能、鋰電池儲能和鈉硫電池儲能等儲能技術(shù)；電磁儲能方式主要有超導儲能和超*電容器儲能等儲能技術(shù)；冰蓄冷儲能屬于相變儲能方式。目前，微電網(wǎng)系統中能夠利用的儲能技術(shù)很多，其中，飛輪儲能、蓄電池儲能、超*電容器儲能和超導儲能等儲能技術(shù)相對成熟，是近年發(fā)展較快的儲能形式。

（1）抽水儲能

抽水蓄能電站（pumped hydro power plant）是現階段在實(shí)際工程中應用較為廣泛，技術(shù)相對成熟的一種儲能方式。抽水儲能電站的主要優(yōu)勢就是對建造容量方面沒(méi)有嚴格要求，具有非常強的靈活性，理論上只要上游的水庫足夠大，其電能儲存容量就沒(méi)有上限。而且儲存能量的釋放時(shí)間范圍也相對靈活，具有一定的可控性，可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等。抽水蓄能技術(shù)的能量利用效率也相對較*，大概能達到70％-85％。目前，電網(wǎng)系統主要利用抽水蓄能技術(shù)來(lái)調峰填谷、調頻、調相、以及旋轉備用等。

（2）壓縮空氣儲能電站

壓縮空氣儲能電站（compressed air energy storage，C-AES）.基本原理是利用電力系統在低谷負荷時(shí)段的剩余電能壓縮空氣，并將其儲存在*壓密封容器內，在*峰負荷時(shí)段通過(guò)釋放壓縮空氣來(lái)驅動(dòng)燃氣輪機進(jìn)行發(fā)電，本質(zhì)上是一種用于調峰的燃氣輪機發(fā)電廠(chǎng)。相對抽水蓄能電站而言，壓縮空氣儲能電站的建設投資、發(fā)電成本較低，但由于壓縮的空氣能量密度比較低，而且儲能電站的建設位置對地形條件要求也比較*，因此，在實(shí)際工程應用中受到一定的影響。在壓縮空氣儲能電站發(fā)電過(guò)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(shí)在節約成本方面也很有優(yōu)勢。目前，CAES電站主要用在頻率調制、平衡負荷、峰谷電能的回收調節、冷啟動(dòng)、發(fā)電系統備用等實(shí)際場(chǎng)合。伴隨著(zhù)分布式發(fā)電系統的快速發(fā)展，不斷提*儲氣壓縮比、減小儲氣容器容量就顯得非常重要，今后CAES更具有應用性的發(fā)展將是微型壓縮空氣蓄能電站（mi-cm-CAES)。

（3）飛輪儲能

它是一種機械儲能方式，整個(gè)儲能系統由飛輪機構、電動(dòng)／發(fā)電機、磁懸浮軸承支撐機構、控制器、功率變換裝置等五部分組成。其基本工作原理是利用電動(dòng)機使飛輪*速旋轉，將電能轉化為動(dòng)能的形式，當系統需要儲存能量時(shí)，電動(dòng)機通過(guò)吸收外接電源的電能帶動(dòng)飛輪*速旋轉；當電網(wǎng)需要釋放能量時(shí)，飛輪又作為原動(dòng)機提供能量拖動(dòng)發(fā)電機，將機械能轉化為電能。目前飛輪儲能技術(shù)主要用于不間斷電源系統，電網(wǎng)調峰和調頻控制中，功率等*從幾十千瓦到兆瓦*。

（4）蓄電池儲能

目前蓄電池儲能在電力系統中主要作為電力調峰使用，它是提*電力系統可靠性和穩定性的儲能裝置。其原理是利用蓄電池的活性物質(zhì)在正、負*之間進(jìn)行氧化還原反應，從而實(shí)現化學(xué)能與電能間的相互轉化。目前，蓄電池主要分為鉛酸蓄電池、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(lèi)型。其中，鉛酸蓄電池由于其技術(shù)成熟，制造成本更低，可靠性較*，應用更為廣泛。鋰電池因其能量密度*，記憶效應低，應用前景更好。

（5）超*電容器儲能

超*電容的原理應用了電學(xué)中的雙電層理論，在電容充電過(guò)程中理想*化狀態(tài)的電*表面形成電荷，并吸引周?chē)娊赓|(zhì)溶液中的異性離子，使之附于電*表面，成為雙電荷層，從而構成雙電層電容。目前超*電容器儲能的研究熱點(diǎn)為通過(guò)電力穩定控制系統與可再生能源發(fā)電系統的整合使用，起到改善電網(wǎng)質(zhì)量，提*供電系統可靠性的作用，其中超*電容與蓄電池的混合儲能技術(shù)在插電式混合動(dòng)力汽車(chē)中得到廣泛應用。

（6）超導儲能

超導儲能系統是通過(guò)超導體制成線(xiàn)圈，將電網(wǎng)系統中電能轉化為磁場(chǎng)能量?jì)Υ嫫饋?lái)，在需要時(shí)再將儲存的磁場(chǎng)能量轉化為電能送回電網(wǎng)。目前隨著(zhù)電力電子技術(shù)和*溫超導技術(shù)的飛速發(fā)展，超導儲能技術(shù)在電力系統中的應用越來(lái)與廣泛，在上個(gè)世紀90年代已經(jīng)在光伏發(fā)電系統和風(fēng)力發(fā)電系統中得到推廣應用。下面通過(guò)如表1所示對各種儲能方式的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較。

表1 各種儲能方式性能特點(diǎn)比較

2安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統

2.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專(zhuān)門(mén)針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實(shí)現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線(xiàn)等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實(shí)現下*各儲能單元的統一監控和管理，還可以實(shí)現與上*調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上*調度指令，又可以滿(mǎn)足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經(jīng)濟運行。

2.2應用場(chǎng)景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

2.3系統結構

2.4系統功能

（1）實(shí)時(shí)監管

對微電網(wǎng)的運行進(jìn)行實(shí)時(shí)監管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負荷，同時(shí)也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對系統環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，掌握微電網(wǎng)系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發(fā)電系統進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質(zhì)量

實(shí)現整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態(tài)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進(jìn)行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監測。

（5）可視化運行

實(shí)現微電網(wǎng)無(wú)人值守，實(shí)現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進(jìn)行不間斷監控。

（6）優(yōu)化控制

通過(guò)分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進(jìn)行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實(shí)現經(jīng)濟優(yōu)化調度，以降低尖峰或者*峰時(shí)刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶(hù)可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時(shí)可以切換年報查看每個(gè)月的電量和收益。

（8）能源分析

通過(guò)分析光伏、風(fēng)電、儲能設備的發(fā)電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進(jìn)行設置。其中策略包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

3硬件及其配套產(chǎn)品

4結論

由于我國微電網(wǎng)儲能技術(shù)發(fā)展還處于起步階段，單一儲能技術(shù)還遠遠無(wú)法做到在常規溫度范圍內同時(shí)滿(mǎn)足大功率與*能量，系統安全性*，使用壽命長(cháng)的所有要求。因此，在現階段單一儲能技術(shù)發(fā)展還不能滿(mǎn)足使用需求的情況下，充分整合各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，揚長(cháng)避短，提*轉換效率、降低成本，有效保證*可靠性、*能量、大功率等方面的多重要求，是儲能技術(shù)研發(fā)的一個(gè)重要方向。

【參考文獻】

[1]魯宗相，王彩霞，閔勇，等，微電網(wǎng)研究綜述［J電力系統自動(dòng)化，2007,31（19）：100-107．

[2]張華民，周漢濤，趙平，等．儲能技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現狀及展望［］能源工程，2005，（3）：1-7．

[3]張維煜，朱熀秋．飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展現狀［J］．電工技術(shù)學(xué)報，2011,26（7）：141-146．

[4]潘軍．蓄電池充電系統的研究與設計［D］．南京：南京航空航天大學(xué)，2009．

[5]胡毅，陳軒恕，杜硯，等．超*電容器的應用與發(fā)展［電力設備，2008,9（1）：19-22．

[6]陳星鶯，劉孟覺(jué)．單淵達．超導儲能單元在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統的應用中國電機工程學(xué)報，2001,21（12）：63-66.

[7]賀莉，宗海煥，李翔，張麗娟，羅丹羽．儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中的應用研究，1003-0107(2016)01-0001-03

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版.