分布式發(fā)電中的高效蓄能技術(shù)

萬(wàn)銘成

摘 要：分布式發(fā)電是目前逐步發(fā)展的一種發(fā)電方式，潛力巨大，但是存在一定的問(wèn)題，需要采用蓄能技術(shù)去彌補(bǔ)自身的不穩(wěn)定性，蓄能方式有飛輪蓄能這樣的物理方式，超導(dǎo)、超級(jí)電容器這樣的電磁方式，蓄電池這樣的電化學(xué)方式，以及蓄熱和蓄冷這樣的相變蓄能方式。本文分析了各種蓄能方式的技術(shù)背景、優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電； 蓄電池； 蓄能；飛輪蓄能

分布式電源的出現(xiàn)源自于通信技術(shù)和航天技術(shù)，但是隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而且跨越地域越來(lái)越廣，客觀(guān)上促進(jìn)了分布式電源技術(shù)的發(fā)展，隨著電力電源新技術(shù)的成熟，分布式電源與電力系統(tǒng)相融合，產(chǎn)生了更有競(jìng)爭(zhēng)力，更適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的模式：分布式發(fā)電。

分布式發(fā)電的興起促使電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了新的改變，分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)明顯，比如電壓等級(jí)低、離負(fù)荷中心近等，因此該項(xiàng)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)日本等西方國(guó)家正在探索如何將電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)成本低、耗能低、系統(tǒng)安全、靈活性高的目標(biāo)。歐洲的一些風(fēng)力資源豐富的國(guó)家提出要利用先進(jìn)技術(shù)將集中供電與分布式發(fā)電結(jié)合起來(lái)，使得電網(wǎng)能源得到更合理的利用和更充分的補(bǔ)充。丹麥、瑞士等國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電量的比例已經(jīng)達(dá)到了10%以上，由于風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)，決定了多數(shù)是分散式風(fēng)力發(fā)電。丹麥的風(fēng)場(chǎng)規(guī)格80%是1萬(wàn)～2萬(wàn)kW的小風(fēng)電場(chǎng)，這樣可以減小對(duì)電網(wǎng)的影響，使電網(wǎng)更加安全。美國(guó)電力技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）提出了微電網(wǎng)的理念，日本展開(kāi)了微電網(wǎng)的研究，并取得了一系列成果。

我國(guó)目前以集中供電為主，分布式發(fā)電處于蓬勃發(fā)展的階段，發(fā)展前景廣闊。因?yàn)榉植际桨l(fā)電可以充分利用風(fēng)力、太陽(yáng)能等可再生能源，對(duì)于中國(guó)建立資源節(jié)約些、環(huán)節(jié)友好型社會(huì)意義重大，而且我國(guó)可再生能源豐富，潛力巨大。分布式發(fā)電技術(shù)將不同地域不同資源都充分利用起來(lái)，互補(bǔ)性強(qiáng)，由于規(guī)模小，所以成本低，但是能源利用率高，同一地域也可以有多種發(fā)電方式共同作用，這樣就使得資源的到了充分的利用。

由于分布式發(fā)電意義重大，所以本文主要針對(duì)是分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)本文的分析，尋找最優(yōu)的分布式發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)。

1 分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)與瓶頸

（1）技術(shù)簡(jiǎn)單，成本低分布式發(fā)電的發(fā)電規(guī)模小，這就決定的在建設(shè)時(shí)避免建設(shè)大的電廠(chǎng)和變電站，建設(shè)的成本較低，性?xún)r(jià)比高。

（2）與用戶(hù)距離近，輸配電的方式簡(jiǎn)單，不需要長(zhǎng)距離的高壓輸電線(xiàn)，損耗小。

（3）充分使用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源，環(huán)保節(jié)約，污染少。

（4）能源可回收利用?？蓪l(fā)電的廢熱回收，用于供熱方面，這樣就實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。

（5）小機(jī)組運(yùn)行靈活，安全可靠。

（6）互補(bǔ)性強(qiáng)，與大電網(wǎng)互為補(bǔ)充。在夏季的用電高峰期，分布式發(fā)電可以提供制冷需求，在冬季的用電高峰期，分布式發(fā)電可以滿(mǎn)足供熱需要，減輕了電網(wǎng)的供電壓力。

（7）由于分布式發(fā)電利用的是風(fēng)力、太陽(yáng)能等自然資源，這些資源有不穩(wěn)定的特性，這就導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，即發(fā)電時(shí)其功率輸出不穩(wěn)定，不能持續(xù)輸出，而是隨著自然能源的變化而變化，間歇期明顯，波動(dòng)性強(qiáng)，甚至隨機(jī)變化，這樣很容易沖擊電網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)事故。

為了提高分布式發(fā)電的可靠性，就要進(jìn)行及時(shí)的控制，在直流或交流系統(tǒng)中配備一定的儲(chǔ)能，在放電和充電之間可以快速切換，目前一般采用蓄能裝置來(lái)解決這一問(wèn)題。

2 蓄能技術(shù)在分布式發(fā)電中的作用

蓄能技術(shù)在分布式發(fā)電中有三方面的作用。

（1）維持發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的穩(wěn)定。例如，在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)速以及風(fēng)量的變化決定這機(jī)械功率的的變化，這就使得發(fā)電機(jī)輸出功率隨著風(fēng)速的變化而變化，非常不利于發(fā)電工作。采用儲(chǔ)能裝置，可以穩(wěn)定發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率，這樣使得機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)更加安全，避免了電壓跌落、瞬時(shí)供電中斷等突發(fā)情況帶來(lái)的不利影響。

（2）采用自然資源發(fā)電，不可避免會(huì)有無(wú)法發(fā)電的額情況，比如沒(méi)有風(fēng)，或者在夜間，就使得風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電無(wú)法工作，在這種情況下，儲(chǔ)能裝置可以提供電源，起到過(guò)渡作用，避免出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

（3）提高經(jīng)濟(jì)效益。分布式發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)之后，可成為機(jī)動(dòng)的電量來(lái)源，可根據(jù)用電高峰或低谷等不同情況提供電源，獲取經(jīng)濟(jì)效益。

3 分布式發(fā)電的多種蓄能技術(shù)

（1）飛輪蓄能。飛輪蓄能技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種蓄能方式。1970年左右，飛輪蓄能就被提出，但是材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有突破，達(dá)不到應(yīng)有效果，所以一直沒(méi)能得到發(fā)展。1990年之后，高強(qiáng)度碳纖維材料的出現(xiàn)，以及軸承、電子學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，使得飛輪蓄能器的出現(xiàn)成為可能。下圖為飛輪蓄能器的工作原理圖。

飛輪蓄能器具有壽命長(zhǎng)，建設(shè)周期短，效率高，可適應(yīng)溫度區(qū)趨區(qū)域?qū)?，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，主要用途在不間斷電源（UPS）、應(yīng)急電源（EPS）、電網(wǎng)調(diào)峰等方面。

（2）超導(dǎo)磁蓄能系統(tǒng)（SMES）。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要儲(chǔ)存的是磁場(chǎng)能量，由于電網(wǎng)供電會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)能量，利用超導(dǎo)線(xiàn)的特性，將這些能量搜集起來(lái)，在需要的時(shí)候再進(jìn)行釋放。這種方式優(yōu)點(diǎn)明顯，即轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，不需考慮機(jī)械部件等因素，應(yīng)用較為廣泛。

（3）超級(jí)電容器蓄能。超級(jí)電容器的理論依據(jù)是電化學(xué)的雙電層理論，轉(zhuǎn)換過(guò)程損耗小，壽命長(zhǎng)，而且在低溫下也能保持很好工作狀態(tài)，適合于野外工作環(huán)境。但價(jià)格較高，在在大功率的負(fù)載平滑中應(yīng)用較多。

（4）蓄電池蓄能系統(tǒng)。蓄電池蓄能技術(shù)在分布式發(fā)電中應(yīng)用最廣。蓄電池有多種類(lèi)型，鉛酸電池價(jià)格低，技術(shù)穩(wěn)定，但是壽命短，比功率小。鋰離子電池比功率高、污染少，但在不同的工作溫度下，性能會(huì)有一定的波動(dòng)。磷酸鐵鋰電池有更大的優(yōu)勢(shì)，壽命長(zhǎng)，安全性能高，高溫下能保持良好工作狀態(tài)，競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。

（5）其他蓄能方式.抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）、蓄熱和蓄冷儲(chǔ)能技術(shù)也有一定的應(yīng)用，但是都有一定的缺點(diǎn)，比如受制于環(huán)境，能量轉(zhuǎn)換效率較低等問(wèn)題，應(yīng)用比較少。

4 總結(jié)

本文對(duì)分布式發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的解決辦法進(jìn)行了闡述，并介紹了多種蓄能技術(shù)，包括其工作原理和研究現(xiàn)狀，以及應(yīng)用前景。今后的研究中，降低成本和提高能量轉(zhuǎn)換率是重要的研究方向，相信隨著科技的進(jìn)步，分布式發(fā)電能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。