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(dǎo)儲能等儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用研究現(xiàn)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(biāo)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

隨著世界各國社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對能源和電力供應(yīng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性以及電能質(zhì)量的要求越來越*，而電網(wǎng)建設(shè)卻沒有隨之同步發(fā)展，使得傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電方式已經(jīng)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(fā)電的新型電網(wǎng)一微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。微電網(wǎng)[1]作為現(xiàn)代新型電網(wǎng)中的一個智能單元，可以在數(shù)秒鐘的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，滿足電力系統(tǒng)輸、配電網(wǎng)絡(luò)的需求，很好地改善系統(tǒng)安全性和靈活性，降低線路能耗、節(jié)省電網(wǎng)建設(shè)投資，被認(rèn)為是未來新型智能電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)支撐。其中，儲能系統(tǒng)[2]是微電網(wǎng)系統(tǒng)的一個重要組成單元，具有十分重要的作用，具有巨大的市場前景。

目前，就儲能技術(shù)而言，大多類型儲能裝置的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性與大電網(wǎng)對儲能的巨大需求之間存在較大差距。隨著**對風(fēng)光儲能項(xiàng)目招標(biāo)的再次啟動，大規(guī)模、大容量的儲能技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。伴隨著風(fēng)電、光伏電站的大規(guī)模入網(wǎng)，對儲能系統(tǒng)的容量規(guī)模需求也越來越迫切。但是，目前除了蓄水儲能外，其它多數(shù)類型的儲能技術(shù)在短期內(nèi)無法滿足諸如大規(guī)模電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷、電網(wǎng)安全、電能儲備等電網(wǎng)應(yīng)用需求，導(dǎo)致風(fēng)電脫網(wǎng)等安全事故頻發(fā)。

此外，我國關(guān)于大容量類型的新能源并入電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行及控制技術(shù)等方面還處于起步階段，沒有具體對應(yīng)的并網(wǎng)**標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)一般僅對電站的一些運(yùn)行參數(shù)提出被動要求，電網(wǎng)并不主動對電站進(jìn)行調(diào)度和控制，只是對諧波分量、頻率偏差、電壓波動、功率因數(shù)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(tǒng)的并網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)基本沒有涉及。至今為止，我國對新能源并網(wǎng)要求并沒有強(qiáng)制性的操作流程和具體相關(guān)技術(shù)要求。多數(shù)發(fā)電企業(yè)認(rèn)為只要能發(fā)出電，不論多少、質(zhì)量優(yōu)劣，電網(wǎng)*須全部接收，在這種情況下，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)缺乏動力采用新型儲能技術(shù)。因此，盡快制定完善規(guī)范的儲能技術(shù)接入標(biāo)準(zhǔn)，加快推進(jìn)儲能裝置技術(shù)的開發(fā)、研究，盡快研發(fā)出經(jīng)濟(jì)、安全、*效的儲能裝置，使之能夠與風(fēng)能、太陽能等間歇性的新能源儲能技術(shù)協(xié)調(diào)配合，滿足新能源長期穩(wěn)定并網(wǎng)要求，為清潔能源的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，從而推進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

1微電網(wǎng)系統(tǒng)中常用的儲能技術(shù)

目前，微電網(wǎng)中使用的儲能系統(tǒng)種類繁多，根據(jù)儲能原理大概可以分為：機(jī)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(jī)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(dǎo)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(tǒng)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(dǎo)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(xiàn)階段在實(shí)際工程中應(yīng)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有嚴(yán)格要求，具有非常強(qiáng)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(dá)到70％-85％。目前，電網(wǎng)系統(tǒng)主要利用抽水蓄能技術(shù)來調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、以及旋轉(zhuǎn)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(tǒng)在低谷負(fù)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(nèi)，在*峰負(fù)荷時(shí)段通過釋放壓縮空氣來驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，本質(zhì)上是一種用于調(diào)峰的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠。相對抽水蓄能電站而言，壓縮空氣儲能電站的建設(shè)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(shè)位置對地形條件要求也比較*，因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中受到一定的影響。在壓縮空氣儲能電站發(fā)電過程中，能量利用效率得到了較大提升，所消耗的燃?xì)饬恳瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40％，同時(shí)在節(jié)約成本方面也很有優(yōu)勢。目前，CAES電站主要用在頻率調(diào)制、平衡負(fù)荷、峰谷電能的回收調(diào)節(jié)、冷啟動、發(fā)電系統(tǒng)備用等實(shí)際場合。伴隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)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(yīng)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(jī)械儲能方式，整個儲能系統(tǒng)由飛輪機(jī)構(gòu)、電動／發(fā)電機(jī)、磁懸浮軸承支撐機(jī)構(gòu)、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機(jī)使飛輪*速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為動能的形式，當(dāng)系統(tǒng)需要儲存能量時(shí)，電動機(jī)通過吸收外接電源的電能帶動飛輪*速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)電網(wǎng)需要釋放能量時(shí)，飛輪又作為原動機(jī)提供能量拖動發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。目前飛輪儲能技術(shù)主要用于不間斷電源系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)峰和調(diào)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(tǒng)中主要作為電力調(diào)峰使用，它是提*電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)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(fù)*之間進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的相互轉(zhuǎn)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(yīng)用更為廣泛。鋰電池因其能量密度*，記憶效應(yīng)低，應(yīng)用前景更好。

（5）超*電容器儲能

超*電容的原理應(yīng)用了電學(xué)中的雙電層理論，在電容充電過程中理想*化狀態(tài)的電*表面形成電荷，并吸引周圍電解質(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(gòu)成雙電層電容。目前超*電容器儲能的研究熱點(diǎn)為通過電力穩(wěn)定控制系統(tǒng)與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的整合使用，起到改善電網(wǎng)質(zhì)量，提*供電系統(tǒng)可靠性的作用，其中超*電容與蓄電池的混合儲能技術(shù)在插電式混合動力汽車中得到廣泛應(yīng)用。

（6）超導(dǎo)儲能

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是通過超導(dǎo)體制成線圈，將電網(wǎng)系統(tǒng)中電能轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來，在需要時(shí)再將儲存的磁場能量轉(zhuǎn)化為電能送回電網(wǎng)。目前隨著電力電子技術(shù)和*溫超導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展，超導(dǎo)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來與廣泛，在上個世紀(jì)90年代已經(jīng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用。下面通過如表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(tǒng)

2.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)下*各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)現(xiàn)與上*調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上*調(diào)度指令，又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2應(yīng)用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負(fù)荷，同時(shí)也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機(jī)、儲能電池、儲能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

（3）功率預(yù)測

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

（4）電能質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測。

（5）可視化運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負(fù)荷與設(shè)備進(jìn)行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)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

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時(shí)可以切換年報(bào)查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風(fēng)電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設(shè)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(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)劃曲線、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(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)無法做到在常規(guī)溫度范圍內(nèi)同時(shí)滿足大功率與*能量，系統(tǒng)安全性*，使用壽命長的所有要求。因此，在現(xiàn)階段單一儲能技術(shù)發(fā)展還不能滿足使用需求的情況下，充分整合各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長避短，提*轉(zhuǎn)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)的一個重要方向。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]張華民，周漢濤，趙平，等．儲能技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)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(xiàn)狀［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011,26（7）：141-146．

[4]潘軍．蓄電池充電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［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(yīng)用與發(fā)展［電力設(shè)備，2008,9（1）：19-22．

[6]陳星鶯，劉孟覺．單淵達(dá)．超導(dǎo)儲能單元在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，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(yīng)用研究，1003-0107(2016)01-0001-03

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.5版.