分布式電網(wǎng)儲能功效專利申請技術(shù)分析

王磊 王天昊

摘 要：隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展，對電網(wǎng)的能量存儲容量的需求仍將不斷提升，電網(wǎng)領(lǐng)域中新興技術(shù)的發(fā)展需要依托于能量存儲的發(fā)展，所以，對電網(wǎng)的能量存儲的研究有著十分重要的意義。目前，在能量存儲領(lǐng)域的研究熱點包括電池材料的改進(jìn)以及性能的提升、壓縮空氣儲能以及超級電容等，在安全保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點包括保護(hù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、廣域化、自整定、主動防御等。本文主要研究用于分布式發(fā)電出力和微電網(wǎng)等場合的儲能應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：分布式；儲能；電網(wǎng)；專利分析；功效

一、概述

從儲能規(guī)模角度，儲能技術(shù)可分為集中式儲能和分布式儲能兩種。前者有抽水蓄能；后者主要有電池儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能和超級電容器儲能。本文選取了近些年新興的電網(wǎng)領(lǐng)域的熱點研究領(lǐng)域之一的分布式電網(wǎng)的能量存儲為研究方向，并進(jìn)一步的選取了非電池的功率型能量存儲方式作為具體研究對象，具體包括超導(dǎo)儲能、超級電容儲能、飛輪儲能等。

二、專利申請的技術(shù)功效分布

圖2-1示出了分布式電網(wǎng)能量存儲領(lǐng)域的整體專利技術(shù)功效分布圖。橫軸依次列舉技術(shù)分支，縱軸依次列舉技術(shù)功效。從技術(shù)分支的角度看，對于分布式電網(wǎng)能量存儲的研究主要集中在儲能裝置和控制方式兩大類。從專利申請量上可以看出，對于控制方式的專利申請量最大，這主要是因為對于分布式電網(wǎng)保護(hù)的研究，最重要的就是通過對控制方式的改進(jìn)來優(yōu)化能量管理。同時，采用儲能裝置也是優(yōu)化分布式電網(wǎng)能量管理、實現(xiàn)能量分配的重要途徑之一，因此，與儲能裝置相關(guān)的專利申請量也很大。技術(shù)功效上主要研究效率、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

圖2-2示出了分布式電網(wǎng)領(lǐng)域的功率型儲能裝置的技術(shù)功效氣泡圖。橫軸依次列舉了較為重要的幾種儲能裝置，縱軸依次列舉技術(shù)功效。技術(shù)功效分類和上面類似，這里不再贅述。而分布式電網(wǎng)功率型能量存儲常見的儲能裝置有：飛輪控制、超導(dǎo)儲能、超級電容儲能以及壓縮空氣儲能。從儲能裝置上（橫軸）看，涉及超級電容器的專利申請量最大，這主要是因為關(guān)于超級電容器的研究項目較多，并且超級電容能量密度大，對研究場所、研究設(shè)備要求相對較低。此外采用壓縮空氣儲能的專利申請量數(shù)目也較多。而關(guān)于飛輪儲能以及超導(dǎo)儲能的專利申請相對較少，仍有很大潛力和研究空間。技術(shù)功效上（縱軸）看，涉及提高效率和經(jīng)濟(jì)性的專利申請量最大，這點和下面將要進(jìn)行敘述的控制方式的技術(shù)功效略有不同，主要原因在于控制方式主要由軟件程序執(zhí)行，一般不考慮成本問題，重點關(guān)注穩(wěn)定性能；而儲能裝置技術(shù)的開發(fā)屬于硬件研發(fā)，其制作成本直接影響產(chǎn)品的價格以及銷售，提高經(jīng)濟(jì)性是必要途徑。

圖2-3示出了分布式電網(wǎng)能量存儲領(lǐng)域的控制方式的技術(shù)功效氣泡圖。橫軸依次列舉主要的控制方式，縱軸依次列舉技術(shù)功效。從控制方式上（橫軸）看，采用控制儀器專利申請量最大，這主要是因為隨著科技的發(fā)展，儀器設(shè)備、硬件設(shè)施日益成為優(yōu)化分布式電網(wǎng)能量存儲的關(guān)鍵因素，俗話說的好：巧婦難為無米之炊。同樣的，采用先進(jìn)的儀器儀表，事半功倍；相反，落后的儀器設(shè)備，效果難以令人滿意。此外采用分層控制的專利申請量數(shù)目較多，主要原因在于為了保證分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)兼容性好，目前很多學(xué)者采取“模仿”傳統(tǒng)電網(wǎng)的控制方法來控制分布式發(fā)電，而分層控制是傳統(tǒng)電網(wǎng)常用的方法，通過多層之間的配合調(diào)控，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。

總結(jié)

在專利數(shù)據(jù)庫中所收錄的涉及國內(nèi)申請人分布式電網(wǎng)能量存儲專利申請中，75%以上為近五年的申請，可見，該領(lǐng)域技術(shù)正處于快速發(fā)展階段。在分布式電網(wǎng)的能量存儲的控制方面，對于能量存儲的效率以及經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)是發(fā)展的重要方向，與此同時，在儲能介質(zhì)方面，蓄電池仍將在一段時間內(nèi)處于主流地位，但是，超級電容作為一種有著儲能量大、充放電速度快、工作溫度范圍寬等諸多方面優(yōu)點的儲能方式，隨著其技術(shù)的進(jìn)一步的發(fā)展，有著逐步取代蓄電池的可能性，是分布式電網(wǎng)能量存儲領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳逸倫.超導(dǎo)儲能的應(yīng)用與展望[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè).2017（08）

[2] 王鵬，王晗，張建文，蔡旭，韓正之. 超級電容儲能系統(tǒng)在風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越中的設(shè)計及應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報.2014（10）

[3] 余艷偉.電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程.2018（05）