試析微電網(wǎng)儲(chǔ)能電源的選擇和應(yīng)用

王輝

摘要：大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效打破電力供需實(shí)施平衡的限制問(wèn)題，在促進(jìn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以得到有效的提升，電能質(zhì)量與水平能夠得到合理的改善，且對(duì)于降低晝夜峰谷差，促進(jìn)新能源大規(guī)模介入電網(wǎng)而言均有至關(guān)重要的意義。由此可見(jiàn)，在未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展中，儲(chǔ)能電源的應(yīng)用價(jià)值是相當(dāng)突出的。本文以微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電源作為研究對(duì)象，對(duì)儲(chǔ)能電源在選擇與應(yīng)用方面的關(guān)鍵問(wèn)題站展開(kāi)系統(tǒng)分析與研究，希望能夠引起各方人員的高度關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；儲(chǔ)能電源；選擇；應(yīng)用

微電網(wǎng)作為一種解決新能源接入的關(guān)鍵手段，主要是指從系統(tǒng)性角度入手，將包括發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)能裝置，負(fù)荷，以及控制裝置在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備相互結(jié)合，形成一個(gè)單一單元（具有可控性的特點(diǎn)），同時(shí)面向終端用戶進(jìn)行熱能與電能的供應(yīng)工作。結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，認(rèn)為在電源供應(yīng)的過(guò)程當(dāng)中，總供給功率以及負(fù)荷無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的供需平衡關(guān)系，因此就需要通過(guò)引入儲(chǔ)能裝置的方式，對(duì)系統(tǒng)能量方面存在的不足進(jìn)行補(bǔ)充，或?qū)Χ嘤嗄芰窟M(jìn)行釋放。在并網(wǎng)、離網(wǎng)等運(yùn)行模式下，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的合理應(yīng)用，能夠使系統(tǒng)運(yùn)行電壓更加的穩(wěn)定，確保頻率可自動(dòng)調(diào)整至安全可靠的運(yùn)行的狀態(tài)下。從這一角度上來(lái)說(shuō)，在微電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，引入儲(chǔ)能裝置是非常必要且必須的。通過(guò)該技術(shù)措施的實(shí)施，除了能夠使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠以外，還能夠使電能質(zhì)量得到合理的改善，并及時(shí)解決在電能供需失衡方面存在的問(wèn)題。本文即圍繞該問(wèn)題展開(kāi)系統(tǒng)分析與探討。

一、微電網(wǎng)儲(chǔ)能電源的選擇分析

在物理儲(chǔ)能方式中，典型代表有兩種表現(xiàn)形式：一是抽水蓄能儲(chǔ)能，二是壓縮空氣儲(chǔ)能。以上兩種儲(chǔ)能技術(shù)具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，循環(huán)壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行規(guī)模較大，且運(yùn)行費(fèi)用低廉。但，在將其推廣至微電網(wǎng)系統(tǒng)使用的過(guò)程中，會(huì)在不同程度上受到外部條件的影響與限制，對(duì)于地理?xiàng)l件以及場(chǎng)地條件有比較嚴(yán)格的要求，因而導(dǎo)致以上兩類物理儲(chǔ)能技術(shù)的建設(shè)存在比較大的局限性。且，上述兩種儲(chǔ)能方案下需要一次性投入費(fèi)用較高，動(dòng)作響應(yīng)速度慢，在微電網(wǎng)正常運(yùn)行實(shí)時(shí)控制以及并網(wǎng)、離網(wǎng)轉(zhuǎn)換的運(yùn)行背景之下，無(wú)法與之動(dòng)態(tài)需求相契合，因而當(dāng)前多不建議采用。

在電磁儲(chǔ)能方式中，面向電力系統(tǒng)調(diào)峰目標(biāo)的大規(guī)模超導(dǎo)蓄能裝置，電磁力約束技術(shù)，以及制冷技術(shù)至今還未形成一套比較成熟的發(fā)展理念，因此在將其作用于工業(yè)化領(lǐng)域的過(guò)程當(dāng)中還不具有大規(guī)模推廣的實(shí)踐價(jià)值。

在動(dòng)力電池儲(chǔ)能方式中，針對(duì)當(dāng)前廣泛使用的鉛酸蓄電池而言，其還存在一定的局限性，如循環(huán)使用壽命較短，且不支持深度放電功能，放電功率在很大程度上會(huì)受到該裝置容量大小的影響，并且后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用開(kāi)支較大。若不對(duì)此類儲(chǔ)能裝置進(jìn)行技術(shù)層面的改進(jìn)，很難將其作用于未來(lái)的儲(chǔ)能設(shè)備大容量發(fā)展工作中。

有關(guān)人員提出：未來(lái)微電網(wǎng)儲(chǔ)能電源研究領(lǐng)域中，可以嘗試將鉛酸蓄電池、鋰電池、以及超級(jí)電容作為主要發(fā)展方向。為此對(duì)其特性進(jìn)行對(duì)比：首先，從充放電方法上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容為恒流限壓，鋰電池為恒流限壓，超級(jí)電容為恒流；其次，從安全性上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容有存在斷路的可能性，鋰電池有一定發(fā)生爆炸的可能性，鉛酸蓄電池技術(shù)穩(wěn)定；再次，從環(huán)保性上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容具有綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，鋰電池綠色環(huán)保，不含有毒有害物質(zhì)，鉛酸蓄電池有一定鉛污染；再次，從電池原理上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容為電化學(xué)過(guò)程，鋰電池為離子遷移過(guò)程，鉛酸蓄電池為氧化還原過(guò)程；最后，從最大放電電流上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容為1000A，鋰電池為10A，鉛酸蓄電池為200A。

二、微電網(wǎng)儲(chǔ)能電源的應(yīng)用分析

研究顯示：對(duì)于建立在可再生能源基礎(chǔ)之上的分布式發(fā)電系統(tǒng)而言，在其中通過(guò)增設(shè)儲(chǔ)能裝置的方式，除了能夠?qū)δ茉蠢寐始右院侠硖嵘酝?，還能夠有效控制分布式發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行期間的環(huán)境污染問(wèn)題，促進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性水平的提升。除此以外，儲(chǔ)能裝置作用下，能夠使分布式發(fā)電系統(tǒng)按照制定規(guī)劃完成發(fā)電任務(wù)，在并網(wǎng)運(yùn)行條件下，達(dá)到改善其動(dòng)作可靠性以及調(diào)度靈活性的目的。

對(duì)于超級(jí)電容器而言，其最大的性能特點(diǎn)是：在額定電壓范圍內(nèi)，能夠被充電并達(dá)到任意電位標(biāo)準(zhǔn)，且能夠完全放出充電電位。而對(duì)于蓄電池而言，在充電過(guò)程當(dāng)中，受到自身化學(xué)反應(yīng)的限制影響，導(dǎo)致其可充電的電壓范圍較窄，且過(guò)充過(guò)放都會(huì)對(duì)蓄電池造成永久性的破壞。同時(shí)，對(duì)于蓄電池額依然，受到高功率脈沖因素的影響，其使用壽命會(huì)有明顯的降低趨勢(shì)。但，在體積一致的條件下，蓄電池與超級(jí)電容器對(duì)比，其所能夠儲(chǔ)存的能量明顯更高。超級(jí)電容器可以快速充電并且支持?jǐn)?shù)十萬(wàn)次以上的反復(fù)循環(huán)，其循環(huán)使用壽命上的優(yōu)勢(shì)明顯高于蓄電池。但，其也存在容量、價(jià)格等方面的缺陷，故對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了不良影響，無(wú)法與當(dāng)前大規(guī)模的儲(chǔ)能要求相適應(yīng)。結(jié)合以上分析認(rèn)為：可充分利用蓄電池在儲(chǔ)存能力上的優(yōu)勢(shì)以及超級(jí)電容器在功率特性上的優(yōu)勢(shì)，將兩者結(jié)合，混合應(yīng)用，從而達(dá)到優(yōu)化微電網(wǎng)儲(chǔ)能電源儲(chǔ)能質(zhì)量的目的。

三、結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)本文對(duì)微電網(wǎng)中儲(chǔ)能電源選擇與應(yīng)用問(wèn)題的分析，得出以下三個(gè)方面的結(jié)論：（1）對(duì)于現(xiàn)階段微電網(wǎng)工程實(shí)踐中常用的鉛酸蓄電池而言，其具有比較成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)的方式，將其與磷酸鐵鋰電池以及超級(jí)電容器相互結(jié)合，成為微電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，將其與分布式發(fā)電技術(shù)結(jié)合，促進(jìn)能源利用率的改善與提升；（2）對(duì)于鋰離子電池而言，其產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)良好，有安全性，經(jīng)濟(jì)性，以及能量轉(zhuǎn)換效率方面的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用條件比較成熟，可將其作為未來(lái)微電網(wǎng)儲(chǔ)能裝置發(fā)展的主流方向之一，并以車用動(dòng)力電池為主要發(fā)展目標(biāo)；（3）超級(jí)電容器雖有性能上的優(yōu)勢(shì)，但成本較高，可將其與鉛酸電池符合應(yīng)用，通過(guò)改進(jìn)混合技術(shù)的方式，在孤網(wǎng)電力系統(tǒng)以及可再生能源系統(tǒng)中進(jìn)一步推廣開(kāi)來(lái)。