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各种分布式电能存储技术除功率和能量的差异外,效率、寿命、经济成本等指标也在很大程度上影响着其应用场合.如锂电池虽然能量密度较大,但其单位能量的成本较高,适用于对能量需求较大但是空间有限的场合;钒液流电池虽然能量密度较低,但其循环寿命较高,可用于对占地面积和空间要求不高,对能量需求较大且充放电较为频繁的场合.随着智能配电网的发展,对分布式电能存储技术的需求也会更加多样化.任何储能技术都很难完全兼顾安全可靠、高功率/能量密度、高效率、长寿命、低成本等多个方面.因此,采用混合储能形式,将不同性能的储能系统进行组合,可充分发挥不同储能技术的优势,以满足功率和能量等多方面的需求,这将是未来分布式电能存储技术的发展和应用趋势.混合储能系统通常将响应速度快、循环周期寿命长的功率型储能技术和具有较大容量的能量型储能系统联合使用,通过协调控制,在满足应用需求的同时,提高储能系统的寿命或效率.最为常见的混合储能系统为蓄电池(铅酸电池、锂电池等)与超级电容器等功率型储能设备组成的混合储能系统[12G13],可利用功率型储能设备优化蓄电池充放电过程,降低其充放电次数,从而延长其使用寿命.另一种典型方式是利用小型压缩空气储能系统与飞轮或超级电容组成混合储能系统,能够提高储能系统对扰动的响应速度,并适当提高系统的电能储存量.
2分布式电能存储系统的应用场景
分布式电能存储系统的应用涉及配用电系统中的各个环节,具有广泛的应用前景.充分发挥分布式电能存储设备的作用能够有效提高系统的运行可靠性,改善系统的电能质量,提高配电网中可再生能源的接入能力,增加电网和用户的经济效益,为智能配电网的发展提供有力支撑.与大规模、集中式的储能电站相比,分布式电能存储设备对接入位置的环境、自然条件限制较少,接入电网的方式更加灵活,在配电网、微电网、分布式电源侧,以及用户侧都可以发挥独特的作用.
2.1分布式电能存储系统在配电系统中的应用
分布式电能存储技术应用于配电网中,可以有效发挥调峰、调频、调压等辅助服务功能.
2.1.1参与系统负荷调峰利用分布式电能存储设备在高峰负荷时放电,在低谷负荷时充电,可有效实现负荷的削峰填谷,其原理如图1所示.图中:DESS表示分布式电能存储系统.
其效果可体现在如下3个方面.①缓解电网功率阻塞.避免阻塞导致线路过载,在电力市场条件下引发电价大幅升高.②延缓配电网升级改造.在变电站出口处或馈线中接入分布式电能存储设备,能够实现负荷转移,可以减缓甚至避免配电网的升级,同时可以有效提升配电线路和变压器的负载水平,提高现有设备的利用率.考虑到负荷发展的不确定性,相比配电网的升级改造,采用成本相对较低的分布式电能存储设备能够降低投资的风险.③降低网络能量损耗.研究表明,负荷高峰时放电所减少的网损明显大于负荷低谷时充电增加的网损,通过分布式电能存储设备进行负荷转移可有效降低配电网损耗.考虑到负荷高峰时的电价较高,该时段单位网损的成本也更高,降低网损更具经济性.例如,南方电网建立的宝清兆瓦级锂电池储能电站于2011年1月投运,现场运行数据表明该储能示范电站能有效降低主变峰谷差约10%,能够为电网带来多方面的收益。
2.1.2参与系统频率调节
当配电网中可再生分布式电源比例较高时,将引起配电网中频率的波动.电能存储系统具有响应速度快、输出功率控制精度高等特点,十分符合电网调频的需求,基本原理如图2所示.
与传统调频电源相比,电能存储技术具有较为明显的技术优势.研究表明,电能存储系统的调频效果平均是水电机组的1.7倍,是燃气机组的2.5倍,是燃煤机组的20倍以上[17].采用水电或火电机组调频时,由于爬坡率的限制,机组容量往往大于调频功率的需求.以爬坡率为4%/min的燃气机组为例,假设电网在10min内有10MW的功率需求,需要燃气机组的容量为25MW,而需要储能的容量为10MW,而且系统的调频需求越紧迫,电能存储技术的优势越明显.随着电能存储系统成本的下降,在调频服务中也将逐渐显现出其经济性.目前,在美国已建成多座采用飞轮、锂电池等电能存储系统参与系统调频的示范工程,取得了良好的运行效果。
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