分布式发电系统中储能系统的作用

分布式发电系统中储能系统黄科元副教授储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。储能技术按照储存介质进行分类，可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。分布式发电系统储能系统的作用主要体现在：（1）对变化负荷的匹配，可提高机组效率，实现节能减排电力系统的负荷是时刻变化的。而为了使发电机组能运行在高输出功率区域，一般要求机组（特别是承担基本符合的火电机组）不能轻载运行。这就导致在低负荷下多发的电未能利用而浪费，而在电力系统发电容量不足时又不能满足峰值负荷。当系统中装设储能系统时，可以分别在峰值和低谷时发电和充电。从而很好的与系统变化的负荷相匹配，提高电站的运行效率，减少运行成本，节约了能源，实现节能减排（2)维持系统的稳定运行，提高供电质量

电力系统有功和无功功率对电力系统的频率和电压有很大影响。而负荷的有功和无功是迅速变化的，分布式发电储能系统的存在可以配合分布式发电系统快速响应有功无功的这种变化，从而避免了电力系统跟踪负荷变化的困难，提高电网功率因数，保证电网电压和频率的稳定，从而促进系统的稳定和提高供电质量。特别是对短时间内负荷的较大变化，储能系统的及时补偿还可以减小它对电网的冲击（3）延缓系统对新增发电容量的需求，提高设备利用率

由于储能系统能够起到削峰填谷的作用，因此可以避免发电系统为了满足峰值负荷需求而增加投资加大系统的容量，从而减缓了电力系统对于调峰用机组容量的要求。这样大电厂不必为了负荷的峰和谷而经常开关机组，这样就可以提高发电设备的利用率（4）降低电能损耗，增大输电线容量

由于分布式发电系统储能设备一般靠近负荷中心，可就近即时补充负荷需求。大电厂一般分布在原理负荷的偏远地区，这样就可以减小电能远距离输送时在输电线路上的损耗，从而减轻了输电线路的负担，也因此提高了原来输电线路输电的能力（5）提高黑启动能力

分布式发电系统很多都需要依赖由外界电源的辅助来启动。而当电网发生停电事故时，一般分布式发电系统所能依靠的电网的电力也会同时被切断了，使分布式发电系统变成了孤岛。当配备有储能系统时，分布式发电系统就可以独立地启动并持续运行，从而增强了该系统的黑启动能力（6）可用于再生能源优化，推动可再生能源开发应用。

新能源在发电方面的许多固有缺陷，使新能源的发展应用受到了阻碍，而储能系统的加入很好的弥补了其中的一些不足，推动了新能源在更广范围内的应用，从而一方面提高能源利用的效率；另一方面，减少了化石能源的使用，使各种能源得到更合理的配置与利用．（7）减小电力设备的维护需求

由于储能系统可以维持电网中电压和频率的相对稳定，减小变化负荷导致的潮流等问题对电力系统的冲击，从而使电力设备运行于高效率工作点，优化了电力设备的运行环境，所以可以减小电力设备的维护。几种典型的储能系统

超级电容储能系统蓄电池储能系统超导储能系统飞轮储能系统压缩空气储能系统超级电容储能系统SCESSCES系统主要由3部分组成，分别为储存能量用的超级电容器组件阵列、进行能量变换与传输的电能转换系统和基于微处理器的综合控制系统。

SCES系统主要运行在两种模式下：独立运行模式(当电网电压过高、过低或瞬时停电时)和并网运行模式(当电网电压出现波动与闪变时)。独立运行时，将储存的直流电能转换成三相可控的交流电能送入配电网，暂时代替电网维持负载电压，防止停电。逆变器控制单元采用电压电流双环控制技术可实现稳态误差小、响应快、总谐波畸变率低。并网运行时，作为电网的动态补偿装置，当电网电压出现波动与闪变等电能质量问题时对电压进行动态补偿，改善用户电能质量。此时，储能系统控制单元加入了功率补偿控制，SCES系统向电网输送的有功和无功功率跟随参考补偿功率的变化，协助电网的能量供给，从而提高电力系统稳定性和对负荷供电的可靠性

优点：（1）很高的功率密度。其输出功率密度是一般蓄电池的数十倍；（2）极长的充放电循环寿命。其循环寿命可达万次以上；（3）非常短的充电时间；（4）蓄能时间长。超级电容器蓄能过程中，虽然也有微小的漏电电流，但蓄能寿命可以认为是无限的；（5）高可靠性。超级电容器没有运动部件，维护工作少，因而可靠性非常高。从它的优点可以看出，在边远地区，超级电容器可以和风力发电装置或太阳能发电装置组成混合电源，使得在无风或夜间也可以提供足够的电能。超级电容储能系统蓄电池储能系统电池储能系统(BESS)具有控制有功功率流的能力，能够同时对接入点的有功功率和无功功率进行调节，为高压输电系统提供快速的响应容量，有效提高了电力系统的稳定性、可靠性和电能质量蓄电池种类繁多，特点各不相同，也就各有优势。几种典型的储能系统

是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。主要应用于便携式的移动设备中，其效率可达95%以上，放电时间可达数小时，循环次数可达5000次或更多，响应快速，是电池中能量最高的实用性电池，目前来说用的最多NaS电池系统NaS电池特性优良，具有能量密度高、无自放电、运行寿命长、便于现场安装与维护以及环境友好及突出的超载脉冲功率输出特性和迅速的动态特性等诸多优点，为NAS电池储能系统在电力系统的应用提供了广泛的前景。近年来NaS电池在日本，北美，欧洲的电力系统中得到迅速发展．已被用干负荷平定或负荷削峰、不问断供电（UPS)或应急电源、电能质量维护以及风能发电等多种场台，并且在输配电系统的有、无功点支持及多功能电能储存系统中有广泛应用前景NaS电池系统超导储能系统SMES超导蓄能系统具有独特的优点：噪音低、高可靠性、高转换效率（可达95％）和很快的反应速度（可达几毫秒）。但是也有致命的缺点：一是超导蓄能系统需要压缩器和水泵来维持液体的低温，使系统复杂，且导致维修频率提高；二是成本太高，至今为止，超导蓄能系统的成本比其它类型的蓄能系统的成本高得多。

25kJ超导储能用磁体飞轮储能系统FESS飞轮储能密度大、能量转换效率高、寿命长、充电时间短、适应各种环境、可重复深度放电，无过充、放电问题，对温度不敏感等，应用前景广阔。飞轮蓄能系统主要用于电力系统中，如改善电能质量，作为化学电池的补充及替代UPS电源等。目前，正在运行和开发的飞轮有核聚变研究用飞轮系统、电气化铁道用飞轮系统、不间断电源用超高速低损耗飞轮、低空轨道卫星用飞轮系统、电动汽车用飞轮电池、高温超导磁悬浮飞轮等

80年代以来，新型复合材料碳素纤维的发展使得飞轮的周边线速度可以超过1000m／s，大大增加了飞轮的储能密度。高温超导磁悬浮轴承技术的研究使得飞轮轴承的摩擦力大幅度减小，再配以空气抽真空技术，飞轮机组的效率可以达到80％以上，高于抽水蓄能电站。现代电力电子技术的发展为解决飞轮电机的高速旋转驱动问题以及能量的转换和传递问题创造了条件其他的可应用的分布式发电系统储能系统电解水制氢这种储能系统需与燃料电池联合应用。在系统运行过程中，当负荷减小或发电容量增加时，将多余的电能用来电解水，使氢和氧分离，作为燃料电池的燃料送入燃料电池中存储起来；当负荷增加时或发电容量不足时，使存储在燃料电池中的氢和氧进行化学反应直接产生电能，继续向负荷供电，从而保证供电的连续性。二、电能储存技术——压缩空气储能压缩空气储能（CAES）采用压缩空气作为储能介质,将电能转换为压缩空气,根据需要时通过控制压缩空气的释放速度和时间,得到稳定、可靠的电能。单位重量持续功率20-50W/kg单位重量传递能量5-10Wh/kg

典型储存时间5-30min

系统价格:1000-1500$/kWh二、电能储存技术——压缩空气储能290MW，德国，Huntorf电站，1978110MW，美国，McIntoshAEC电站，1991.2700MW，美国，Norton，在建。压缩空气储能的商业化运营压缩空气储能系统CAES

“压缩空气蓄能”技术的基本原理是利用富余的电能将空气压缩，注入地下储气库，以一种类似天然气的方式保存在地下。电力不足时，将这些压缩空气导入涡轮发电机，帮助天然气燃烧，供给燃气轮机的能量就是压缩空气的势能加上天然气化学能的总和，这样产生的能量很大。在充压和释放的循环中，压缩空气蓄能电站发出的电量大于充压所需的电量，可以节省1/2—2/3的燃烧成本。二、电能储存技术——压缩空气储能优点宽工作温度范围多次充电/放电循环使用寿命长（20年）对环境影响小缺点成本功耗系统复杂能量密度二、电能储存技术——压缩空气储能分布式发电系统中储能系统的作用抽水储能将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3，具有日调节能力，用于调峰和备用。不足之处：选址困难，及其依赖地势；投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗；现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国80%以上的抽蓄都晒太