微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電上的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

馮森 曹鈺鑫

摘 要：儲(chǔ)能技術(shù)可以有效補(bǔ)償和改善分布式風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性，從而保證微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本文以微電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，對(duì)現(xiàn)階段各儲(chǔ)能技術(shù)的作用、分類和優(yōu)化配置進(jìn)行討論，從不同維度對(duì)各儲(chǔ)能技術(shù)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，并根據(jù)微電網(wǎng)的特點(diǎn)和要求，指出儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的研究方向和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);儲(chǔ)能技術(shù);風(fēng)力發(fā)電

中圖分類號(hào)：TM732;TM614文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）04-0121-02

Abstract： Energy storage technology can compensate and improve the randomness， intermittent and fluctuation of distributed wind power generation， so as to ensure the stability of the microgrid system. Taking the microgrid wind power generation system as an example， this paper discussed the role， classification and optimal configuration of various energy storage technologies at present， compared the performance indicators of each energy storage technology from different dimensions， and pointed out the future research direction and development prospect of energy storage technology according to the characteristics and requirements of microgrid.

Keywords： microgrid;energy storage technology;wind power

隨著世界范圍內(nèi)對(duì)電力的需求不斷增長(zhǎng)，用戶對(duì)電能要求也越來(lái)越多樣化和復(fù)雜化。微電網(wǎng)依靠風(fēng)能等可再生能源分布式發(fā)電的靈活性和可控性，對(duì)化解大型集中電網(wǎng)的弊端和充分挖掘經(jīng)濟(jì)效益有積極作用。儲(chǔ)能裝置是微電網(wǎng)的重要組成部分，通過(guò)與分布式發(fā)電機(jī)組的互補(bǔ)作用，保證其在較大功率范圍內(nèi)工作，平抑間歇性輸出引起的功率波動(dòng)，在并網(wǎng)和孤島模式下都能保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

1 儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)中發(fā)揮的作用

1.1 提供短時(shí)供電

在并網(wǎng)與孤島兩種模式轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)的功率缺額，或者由于外界環(huán)境的不穩(wěn)定引起可再生能源輸出電能的變化，儲(chǔ)能設(shè)備可以為電網(wǎng)中的用戶提供備用供電，維持微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡，保證微電網(wǎng)不間斷運(yùn)行。

1.2 參與電力調(diào)峰

分布式風(fēng)機(jī)的能量隨風(fēng)速的變化而變化，儲(chǔ)能系統(tǒng)在負(fù)荷低谷時(shí)，對(duì)多余的能量進(jìn)行儲(chǔ)存;在負(fù)荷高峰時(shí)，將儲(chǔ)存的能量釋放回饋給微電網(wǎng)，削峰填谷，優(yōu)化微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和能量管理，提高能量利用率和電力系統(tǒng)靈活性。

1.3 改善電能質(zhì)量

風(fēng)能的間歇性和波動(dòng)性均較強(qiáng)，為平抑輸出功率波動(dòng)引起的電流諧波畸變、電壓閃變[1]等現(xiàn)象，需要對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制，向電網(wǎng)和負(fù)荷提供功率支撐，從而使風(fēng)電達(dá)到并網(wǎng)的要求。

2 微電網(wǎng)中常用的儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能裝置的性能關(guān)系到其能否在微電網(wǎng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用。理想的儲(chǔ)能裝置通常具有以下特點(diǎn)：能量密度大，小體積存儲(chǔ)大能量;功率密度大，補(bǔ)償系統(tǒng)功率波動(dòng);儲(chǔ)能效率高，能量交換及時(shí);環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受外界干擾。

根據(jù)能量存儲(chǔ)的形式，可將儲(chǔ)能技術(shù)分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。根據(jù)功能還可將儲(chǔ)能技術(shù)分為能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能。能量型儲(chǔ)能主要以蓄電池儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能為代表，適用于大容量能量存儲(chǔ);功率型儲(chǔ)能主要以超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能為代表[2]，具有較高的功率密度和較快的響應(yīng)速度。以下是目前應(yīng)用于風(fēng)電微電網(wǎng)的主要儲(chǔ)能技術(shù)。

第一，蓄電池儲(chǔ)能。蓄電池儲(chǔ)能發(fā)展起步早，制造技術(shù)成熟。將高能量密度的蓄電池儲(chǔ)能與風(fēng)電結(jié)合，可以滿足高峰負(fù)荷時(shí)的電能需求，也可協(xié)助功率補(bǔ)償裝置，提高風(fēng)電可調(diào)度性。

第二，超級(jí)電容儲(chǔ)能。超級(jí)電容器在保持傳統(tǒng)電容釋放能量快的基礎(chǔ)上，還具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和存儲(chǔ)容量[3]。在高山氣象臺(tái)、邊防哨所等偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)風(fēng)電微電網(wǎng)時(shí)，超級(jí)電容成為理想的儲(chǔ)能裝置。

第三，超導(dǎo)儲(chǔ)能。超導(dǎo)儲(chǔ)能利用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的能量，在需要時(shí)將磁能轉(zhuǎn)換為電能輸送回電網(wǎng)或直接向負(fù)荷供電。超導(dǎo)體線圈能量密度和利用效率高，能量動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以有效控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差[4]，增強(qiáng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

第四，飛輪儲(chǔ)能。風(fēng)速隨機(jī)性強(qiáng)，飛輪響應(yīng)速度快，能及時(shí)跟蹤電氣量的波動(dòng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出功率大于負(fù)荷功率時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)加速，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行存儲(chǔ);反之，飛輪拖動(dòng)發(fā)電機(jī)釋放能量，從而平滑輸出。

3 各種儲(chǔ)能方式比較

現(xiàn)階段，各種儲(chǔ)能裝置都不能兼顧功率密度、能量密度、使用壽命、技術(shù)成熟、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)成本等方面的要求。表1對(duì)各種儲(chǔ)能方式的性能指標(biāo)進(jìn)行了比較，蓄電池儲(chǔ)能憑借成熟的制造技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)應(yīng)用廣泛。雖然其他儲(chǔ)能方式的相關(guān)理論研究已有很多，但距離商業(yè)化推廣還有一定距離。

4 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展研究前景

4.1 加快儲(chǔ)能技術(shù)性能優(yōu)化

對(duì)于已通過(guò)商業(yè)評(píng)估、技術(shù)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，進(jìn)一步提升性能、降低成本，推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和集成化發(fā)展。對(duì)于應(yīng)用前景廣闊但技術(shù)掌握尚未國(guó)有化的儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)加大研發(fā)力度，突破瓶頸，使其盡快達(dá)到示范驗(yàn)證水平[5]。

4.2 發(fā)展混合儲(chǔ)能系統(tǒng)

單一儲(chǔ)能方式或多或少存在局限性，還沒(méi)有一種儲(chǔ)能裝置能完全達(dá)到電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備各個(gè)方面的要求。微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，分布式風(fēng)電的間歇波動(dòng)性和負(fù)荷的峰谷電能差異通常并存，單一儲(chǔ)能方式難以協(xié)調(diào)應(yīng)對(duì)。因此，可以結(jié)合各個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)的特性發(fā)展混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。

4.3 優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃與配置

儲(chǔ)能裝置容量的配置將對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境影響等方面產(chǎn)生重要影響?；诜植际斤L(fēng)電場(chǎng)地址選擇、負(fù)荷動(dòng)態(tài)需求、設(shè)備壽命的經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)化，儲(chǔ)能裝置能兼容多場(chǎng)景、有統(tǒng)一的對(duì)外標(biāo)準(zhǔn)、配置靈活可靠、易于維護(hù)等，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的價(jià)值疊加。

5 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)的蓬勃發(fā)展得益于先進(jìn)的電力電子技術(shù)、材料技術(shù)和控制理論的不斷完善。本文對(duì)微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的作用、分類和性能進(jìn)行探討，并提出儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的研究發(fā)展方向。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展，如何針對(duì)微電網(wǎng)的特性，制定出滿足電網(wǎng)運(yùn)行可靠性要求和用戶個(gè)性化需求的儲(chǔ)能方案，成為未來(lái)微電網(wǎng)研究的新課題。

參考文獻(xiàn)：

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