浅谈智能电网中的分布式储能

1、专业：电气工程及其自动化班级：一班姓名：杨鹏学号：3013203194浅谈智能电网中的分布式储能摘要：优质、自愈、平安、清洁、经济和互动是当前各国建设智能电网的共同目标,储能环节是智能电网构建及实现不可或缺的关键环节,将分布式发电与储能技术的结合大大提升了系统的能源利用率,改善系统的稳定性、可靠性以及经济性.储能技术将成为未来电网的开展重点之一.本文介绍了分布式储能技术的概念,主要类型和开展现状,以及分布式储能在智能电网的应用.关键词：分布式储能智能电网抽水储能飞轮储能电池储能1 .引言目前,全球风力发电、光伏发电等可再生能源得到了指数式的增长,已经成为电力系统的重要组成局部,但由于其具有波动

2、性、随机性、间歇性的特点,这些愈来愈成为制约新能源开展的障碍,且随着新能源发电规模的继续扩大,这个问题将显得更为迫切.而储能技术正是从根本上解决可再生能源发电接入问题的最有效手段,将充裕的能量储存起来,用能顶峰期再将这些间歇式能源转换成具有相对统一、稳定的输出,通过储能系统来弥补可再生能源发电的间歇性和不稳定性缺陷,从而实现可再生能源电力平滑并入电网.储能技术的应用前景广阔,并得到国家大力支持,科技部发布了的?国家“十二五科学和技术开展规划?把储能作为战略必争领域.储能技术将为改变现有的电网开展模式提供了可能,帮助可再生能源和智能电网的大规模应用,从而实现能源利用效率和性能的最大化,未来有望大

3、范围应用.1.1 分布式储能技术概念分布式储能技术是指电能通过某种装置转化成其他形式的能量并且高效存储起来,需要时所存储的能量可以方便地转化成需要的能量形式.包括以下两方面的内容,一是高效大容量存储能量,二是快速高效的能量转化技术1.2 分布式储能的作用电力生产过程是连续进行的,发电、输电、变电、配电、用电必须时刻保持平衡；电力系统的负荷存在峰谷差,必须留有很大的备用容量,造成系统设备运行效率低.应用储能技术可以对负荷削峰填谷,提升系统可靠性和稳定性,减少系统备用需求及停电损失.另外,随着新能源发电规模的日益扩大和分布式发电技术的不断开展,电力储能系统的重要性也日益凸显.储能技术的应用是在传统

4、电力系统生产模式根底上增加一个存储电能的环节,使原来几乎完全刚性的系统变得柔性起来,电网运行的平安性、可靠性、经济性、灵活性也会因此得到大幅度的提升.因此有人将储能技术誉为电力生产过程中的第六环节,电力储能技术的应用前景非常广阔.同时,分布式储能是智能电网中最重要的环节之一,可以对风电厂、光伏发电站送出的电能进行储存进入稳定送入电网,有效解决风能和太阳能发电不稳定对电网造成的冲击.2 .储能技术开展现状2.1 我国分布式储能技术开展现状在大规模电池储能装置技术方面,我国起步较晚,与国外兴旺国家还有较大差距,主要表现在：一是设备容量规模还较小；二是设备的寿命短、利用效率低；三是设备的智能化水平薄

5、弱.在储能应用方面我国距国外先进水平差距也很大,国外已经有数十套储能电站投入运行,国内还没有大容量电池储能装置的示范工程投入运行.目前,我国电池储能的应用规模还很小,现有系统中储能容量仅占总装机容量的1.7%左右,远没有到达合理水平,且尚未建立用于瞬态电能质量治理和电力系统功率调节/补偿的快速大容量储能系统,只能依靠继电保护和平安自动装置切机,被动到达稳定.但随着国家能源政策的调整和节能环保政策逐步落实,其应用规模预计也将逐步扩大.上海市电力公司已经建设包括漕溪站、前卫站、白银站三个储能示范电站,电力调度中央可以直接通过电网储能治理系统对分布于各地的储能站实施统一调度与远程监控BYDft深圳龙

6、岗建立了一座1MW(4MWh)储能电站.2.2 国外分布式储能技术开展现状近些年来,世界先进储能技术得到了各国大力支持,不断开展,取得了大量成果.加拿大VRBPowerSystem纪司开始为爱尔兰建设迄今为止国际上最大的额定输出功率2MW称冲输出功率3MW)储能容量12MWhir铀液流储能电池系统.美国：北美有10个独立系统运营(ISO)市场.每个市场有多个区、接口和枢纽.PJM一个1兆瓦-1兆瓦时工程2021年可获得电网调节效劳收入383,000美元.如果一个工程在15年的工程期内收到2021年收入113,000美元,内部回报率为28%德国：PCFH个1兆瓦-1兆瓦时的锂离子系统可获得收入1

7、90,000欧元/兆瓦-233,000欧元/兆瓦.如果其在15年的工程期内收到2021年收入208,000欧元,内部回报率为15%英国：英国使用储能技术的两个案例是FirmFrequencyResponse(FFR)和FastReserve:日本经产省发起了新一轮针对锂离子电池储能系统的补贴方案,共划拨了100亿日元,给予购置者购置系统价格2/3的资金补贴.日本政府希望通过开展这项方案可以借助储能提升可再生能源的利用比例,有效地治理峰值负荷.3 .分布式储能技术的分类分布式储能技术根据储能原理可以分为三大类：机械储能,电磁储能和电化学储能.其中机械储能包括：抽水蓄能,压缩空气和飞轮储能；电磁储

8、能包括：超级电容和超导储能；电化学储能包括：铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、全锐液流电池和锌澳液流电池.各储能技术比拟如下表：18功率等级(MW)功率密屋(W/kg)6g(Wh/kg)放电持续时间舜(%)函抽水蓄能商用100-5000/05-1.5<1谢圾8013000压缩空气商用5-300/30-60小50705000飞怆商用0-250400-1600S-L30电秒-分种变05-90>100000电窿轴级电容示寇C-030.05-5300-5000杪分钟艰95350000禽能超导储能研发0-50MO-200005-5室秘力摩9s>100000铅酸电池商用0-10075-30

9、03050分加-4啕寸堤70901005000电化学他能锂离子电池0-2015031575250分a4业SO95200C-10口00钠硫电池1-盟.90-230150-240色-小时银752DOO-45DD全乳液流电池0.03-415-3015-75杵-小时级6S75>10000钟浪液雌；也0.055050150秒-小时编6070>10000由上表可以看出,所有的储能方式中只有抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能和铅酸电池的技术比拟成熟,已经可以满足商用的要求,而其他储能技术无不在示范研发阶段.而技术成熟的四种储能技术其功率等级,转换效率等参数也相差很大.超导储能尚处于研发阶段,目前受制于

10、技术的进步,短期内看不到大规模应用的前景；飞轮储能转换效率较低,大功率飞轮实现难度大；压缩空气储能对平安要求较高,实现存在一定难度.国内主要倡导的是抽水蓄能和电池储能.抽水蓄能电站技术成熟、存储容量大、运行寿命长,适宜于电力系统的大容量储能,但是受水资源和地理条件的限制.因此,电池储能的技术研究是目前分布式发电领域研究热点之一.以下为几种技术成熟储能技术的介绍.3.1 抽水储能抽水蓄能是电力系统中唯一大规模采用的电力储能形式,抽水储能是投入运行时必须配备上、下游两个水库,负荷低谷时段抽水储能设备工作在电动机状态,将下游水库的水抽到上游水库保存,负荷顶峰时抽水储能设备工作于发电机状态,利用储存在

11、上游水库中的水发电.按上游水库有无天然径流汇入分为纯抽水、混合抽水和调水式抽水蓄能电站,建站地点力求水头高,发电库容大,渗漏小,压力输水管道短,距离负荷中央近.抽水储能电站储存能量的释放时间可以从几小时到几天,综合效率在70%-85双间.其最大特点是储存能量非常大,同时抽水储能也是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术,非常适合于电力系统调峰和用作长时间备用电源的场合.如调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量,还可以提升系统中火电站和核电站的运行效率.由于抽水蓄能电站要求必须同时具备上游水库和下游水库的条件,对地理条件要求比拟高,同时还有抽水蓄能电站对生态环境的破坏,尤

12、其是移民因素,都限制了抽水蓄能电站的进一步推广.目前全世界共有超过90GW勺抽水蓄能电站机组投入运行,约占全球总装机容量的3%3.2 飞轮储能飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速运转,将电能转化成机械能储存起来,并在需要时飞轮带动发电机发电,是一个电能和机械能相互转化的储能元件,为了减少损耗,大多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承支撑的机构组成.现代飞轮设备储能功率密度5kW/kg,能量密度20Wh/kg,效率在90%Z上,循环寿命可达20年.飞轮储能的最大优点是几乎不需要运行维护,设备寿命长,储能效率高在采用悬浮轴承后效率还可以进一步提升,清洁无污染,无噪声,负荷跟踪水

13、平强,对环境没有不良影响,缺点是能量密度低,费用较高,在小型场合无法表达其优势,主要应用于那些在时间和容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的场合,如电能质量限制、不间断电源、电压稳定和电压调峰方面.飞轮储能的主要优点有：1储能密度高；比超导磁储能、超级电容器储能和一般的蓄电池都要高.2充放电时间短,且无过充放电问题,寿命长；飞轮储能充电只需要几分钟,而不像化学电池需要几个小时的充电时间.飞轮储能系统的寿命主要取决于其电力电子的寿命,一般可到达20年左右.飞轮储能技术广泛应用的主要瓶颈有:a技术本钱相对于蓄电池来说比拟高；b轴承材料还有待进一步的突破；c自放电现象很严重.3.3 电池储能

14、电池储能.电池储能系统主要利用电池正负极的氧化复原反响进行充放电,也是人类最早应用和应用最广泛的电储能系统之一,电力系统的使用背景决定了储能系统应具有容量大,效率高,使用寿命长,造价相对低等特点,这就限制了锲镉、锂离子电池在电力系统中的应用,大容量集成的技术难度和生产维护本钱使得这些电池在相当长的时间内很难在电力系统中规模化应用.而近年出现的钠硫电池和液流电池满足了电力系统这方面的需求.钠硫和液流电池那么被视为新兴的、高效的且具广阔开展前景的大容量电力储能电池.钠硫电池储能密度为140kWh/kg,体积减少到普通铅酸蓄电池的1/5,系统效率可达80%且循环寿命超过6000次.钠硫电池的根本单元

15、是单体电池,将数百个单体电池组合起来形成模块,功率可到达数千千瓦,同时也是利于制造、运输和安装.目前在日本和北美已有100余座钠硫电池电站在运行中,是各种二次电池中最为成熟的技术.钠硫电池已在日本商用,而且可以供应一个中型水泥厂一天的电量,且放电效率几乎100%液流电池是指电池正负极活性物质主要存在于电解液中,分别装在两个储液罐中,通过送液泵送回电池,电池的正负极电解液有离子交换膜隔开的电池装置.最早由ThallerL.H于1974年提出的一种化学储能装置,目前液流电池主要有铀一浪、全锐和多硫化钠/澳等多个体系,液流电池电化学极极小,能够100麻度放电,储存寿命长,可以通过增加电解液的量或提升

16、电解质的浓度到达增加带能容量的目的.由于液流电池电池组和电解液储液罐可以分开放置,因而可以因地制宜的安排相对位置,并可根据设置场所的情况自由设计储藏形式及随意选择形状.4 .储能技术在智能电网中的应用4.1 智能电网的发电侧(1)辅助动态运行：通过储能技术快速响应速度,在辅助动态运行时提升火电机组的效率,减少碳排放.(2)在系统升级延迟时,取代或延缓新建机组：对于已接近峰值容量的电厂,储能可降低或延缓对新建发电机组容量的需求；防止动态运行对机组寿命的损害,减少设备维护和设备更换的费用,延缓设备报废时间.4.2 智能电网输配电侧(1)无功支撑：通过与AGC勺协调运行实现储能设备无功功率的动态补偿

17、.(2)缓解线路阻塞：储能系统安装在阻塞线路的下游,在无阻塞时段充电在高负荷时段放电,从而减少系统对输电容量的需求.(3)延缓输配电扩容升级：在负荷接近设备容量的输配电系统内,将储能安装在原本需要升级的输配电设备的下游来延缓或防止扩容；延缓高本钱设备的报废时间(老旧变压器和直埋电缆).(4)变电站直流电源：可用于开关元件、通讯基站、限制设备的备用电源直接为直流负荷供电.4.3 只能电网用户侧(1)靠性.(2)用户分时电价治理：在电价较低时储能充电,在高电价时放电,止匕时用户用电或向电网售电.(3)容量费用治理：用户通过储能系统以减少用电顶峰时段用电需求,到达降低容量费用的目的.4.4 智能电网

18、辅助效劳(1)电压支撑：利用具有快速响应水平的储能装置根据系统负荷需求释放或吸收无功功率,调整系统电压(2)调峰：在用电低谷时为抽水蓄能电站蓄水,在用电顶峰时释放电能,实现削峰填谷(3)调频：对于负荷和发电的瞬间不平衡问题,通过对电网中的储能设备进行充放电以及限制充放电的速率,实现频率调节(4)旋转、非旋转或补充备用：旋转备用：储能在线运行,可在发电或输电设备失电10分钟内提供功率支持,10非在线运行,10旋转备用的补充备用,1小时内提供支持(5)可再生能源负荷功率跟踪：平滑光伏系统/风力发电机的功率输出；滑负荷的快速随机波动；减少碳排放(6)黑启动支持：在网络发生灾难性故障后为发电设备提供补充功率维持其5.储能研究开展趋势现阶段,各种储能方法都不能完全兼顾平安性、高比功率、高比能量、长使用寿命、技术成熟以及工作温度范围宽等多方面的要求,储能技术本钱和性能不够理想,整体技术和经济性不够好是制约储能技术大规模应用的主要障碍,因此可大规模应用于电网中的储能技术还有很大的研究前景和开展空间.(1) 研发高效率低本钱的储能技术：现阶段本钱过高是储能技术大规模推广运用的最大瓶颈,提升转换效率和降低本钱是储能技术研发的一个重要环节.(2) 在智能电网中综合应用各种储能技术：由于每种储能技术均存在着一定的局限性,并且由于本身的固有特性对其进行改良又要付出很大代价,因此