分布式能源系統(tǒng)常用儲(chǔ)能技術(shù)研究

李文皓 華電（廈門(mén)）分布式能源有限公司

一、概述

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展必然需要更多的能源供應(yīng)，能源不足是全球各國(guó)普遍存在的問(wèn)題。要滿足社會(huì)生產(chǎn)和發(fā)展的需要，新能源成為了現(xiàn)代能源供應(yīng)的主力軍。而隨著全球?qū)Νh(huán)保問(wèn)題關(guān)注度的不斷提升，節(jié)能減排成為現(xiàn)代社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的新形勢(shì)下，分布式能源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。分布式能源系統(tǒng)自應(yīng)用以來(lái)，其表現(xiàn)出的高效、穩(wěn)定、節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)使其受到越來(lái)越多的關(guān)注，并逐步推廣應(yīng)用。但是，分布式能源的隨機(jī)性和間歇性，也是它的弱點(diǎn)所在。從應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，無(wú)論其采取孤島運(yùn)行的方式還是并網(wǎng)運(yùn)行的方式，電壓和頻率都不可避免的會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，不僅可以提高分布式能源系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的能力，而且在離網(wǎng)無(wú)縫切換時(shí)可以足量供應(yīng)短時(shí)能量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。常用的儲(chǔ)能技術(shù)主要分為儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷三種主要類型，本文逐一對(duì)其進(jìn)行分析。

二、常用儲(chǔ)能技術(shù)

（一）儲(chǔ)電技術(shù)

1.物理儲(chǔ)能技術(shù)。物理儲(chǔ)能常用的有空氣壓縮儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。空氣壓縮儲(chǔ)能主要是將負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力加以利用對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，空氣高壓狀態(tài)下密封在儲(chǔ)氣罐或者儲(chǔ)氣井中。在負(fù)荷高峰使將高壓壓縮的空氣釋放出來(lái)對(duì)汽輪機(jī)產(chǎn)生推動(dòng)作用，使其生產(chǎn)電能?？諝鈮嚎s儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性好，安全耐用，但是對(duì)地形條件要求高。抽水儲(chǔ)能利用電站能量剩余，通過(guò)抽水作用，將電能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電補(bǔ)充高峰負(fù)荷的電能需求。相較于其它物力儲(chǔ)能技術(shù)，抽水儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)更加成熟，應(yīng)用更為廣泛，但是其應(yīng)用對(duì)地質(zhì)和水文條件有很高的要求。飛輪儲(chǔ)能是物力儲(chǔ)能技術(shù)中儲(chǔ)能效率最高的，儲(chǔ)能率可達(dá)到90%甚至更高。飛輪儲(chǔ)能相當(dāng)于物理方法儲(chǔ)存和釋放電能，常稱它為物理“電池”。飛輪儲(chǔ)能具有能量密度高、速率快等優(yōu)點(diǎn)，但是其成本也相對(duì)更高。

2.電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。從目前應(yīng)用來(lái)看，鉛蓄電池和鋰離子電池市場(chǎng)應(yīng)用表現(xiàn)最好，這與它們產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好有直接關(guān)系，而且成本上也具有明顯優(yōu)勢(shì)。從發(fā)電系統(tǒng)到終端用電，電池系統(tǒng)都有良好表現(xiàn)，平滑負(fù)荷、耦合性好、輔助系統(tǒng)故障充氣、保證供電質(zhì)量等等方面都得到高度的認(rèn)可。

3.電磁儲(chǔ)能技術(shù)。常用超級(jí)電容器和超導(dǎo)電磁技術(shù)。直流電流流過(guò)超導(dǎo)線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能就是把能量?jī)?chǔ)存在這個(gè)磁場(chǎng)中，這種儲(chǔ)能是長(zhǎng)期的，而且?guī)缀鯖](méi)有損耗，儲(chǔ)能效率很高。但是這種儲(chǔ)能技術(shù)成本高，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性也是需要考慮的問(wèn)題。超級(jí)電容器是雙電層原理儲(chǔ)存電能，其特點(diǎn)是可以反復(fù)儲(chǔ)能，而且有很好的充放電可逆性，這是它優(yōu)于電池的地方。在風(fēng)電系統(tǒng)中，常常采取超級(jí)電容器和蓄電池混合搭配的方式，既節(jié)約成本，有可以實(shí)現(xiàn)功率優(yōu)化配置。

（二）儲(chǔ)熱技術(shù)

1.顯熱儲(chǔ)熱。這種儲(chǔ)熱技術(shù)的重點(diǎn)在于儲(chǔ)熱材料，將其材料自身比熱容的特性發(fā)揮，利用溫度的變化放熱和蓄熱。這種儲(chǔ)熱技術(shù)的特點(diǎn)就是穩(wěn)定性高，而且導(dǎo)熱性良好。顯熱儲(chǔ)熱材料有液體和固體，常見(jiàn)的如水、土壤、砂石等，適合應(yīng)用于儲(chǔ)熱要求不高的領(lǐng)域。2.潛熱儲(chǔ)熱。其儲(chǔ)熱原理是材料兩相共存且保持著一種平衡的狀態(tài)，在相變過(guò)程中吸收或者釋放熱量。潛熱儲(chǔ)熱是現(xiàn)在關(guān)注度最高，應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)熱技術(shù)，這與潛熱儲(chǔ)熱材料的密度大有直接的關(guān)系，發(fā)展前景廣闊。高溫相變材料如熔鹽、金屬等，在發(fā)電站以及航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣，低溫相變材料躲在太陽(yáng)能、空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用。

（三）蓄冷技術(shù)

1.水冰蓄冷。 水蓄冷是夜間冷水機(jī)組運(yùn)行在水池內(nèi)蓄冷工作，在高峰負(fù)荷時(shí)釋放冷量。水蓄冷的應(yīng)用，將原有的水池加以利用，使得資源利用率提高，而且成本較低，不僅可以蓄冷，還兼具儲(chǔ)熱功能。冰蓄冷是在夜間低峰負(fù)荷時(shí)利用制冷機(jī)組進(jìn)行制冰并儲(chǔ)存，高峰負(fù)荷時(shí)冰融化產(chǎn)生冷量釋放出來(lái)，減少空調(diào)系統(tǒng)的用電負(fù)荷。2.氣體水合物蓄冷。低溫高壓的條件下，氣體小分子和水分子結(jié)合，形成籠狀晶體，這種化合物非化學(xué)計(jì)量，為氣體水合物。這種蓄冷技術(shù)可以在高于水的冰點(diǎn)條件下結(jié)晶固化，這是其獨(dú)特的特點(diǎn)。這種蓄冷方式在現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，而且受到高度的關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，氣體水合物蓄冷常與冰蓄冷結(jié)合應(yīng)用，不僅能夠提高空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷適應(yīng)能力，而且降低成本，投資回報(bào)率高。在樓宇型分布式能源系統(tǒng)中，可以將吸收制冷、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和蓄冰裝置釋冷等幾種方式共同調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著節(jié)能減排理念的深入人心，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)行和發(fā)展都逐漸以節(jié)能減排為基本要求條件之一。分布式能源系統(tǒng)自應(yīng)用以來(lái)，就受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，研究逐漸深入，應(yīng)用也日益廣泛。國(guó)家對(duì)于分布式能源系統(tǒng)也給予了高度的重視，在政策指引下，分布式能源系統(tǒng)市場(chǎng)需求量與日俱增，相應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)注度也越來(lái)越高。分布式能源系統(tǒng)發(fā)揮作用，關(guān)鍵在于儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，儲(chǔ)能設(shè)備與技術(shù)的地位不斷提升，逐漸向市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)邁進(jìn)。儲(chǔ)能技術(shù)能夠提高電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力、調(diào)峰調(diào)頻、平滑波動(dòng)、輸出優(yōu)質(zhì)電能，在我國(guó)大力發(fā)展分布式能源的大環(huán)境下，應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大。我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)在處于初級(jí)探索階段，深入研究和開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能技術(shù)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，完善儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范制度，對(duì)于提高儲(chǔ)能技術(shù)水平，在分布式能源系統(tǒng)中發(fā)揮作用具有重要意義。