【探究】分布式电能存储技术的应用前景与问题挑战-北极星输配电网

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摘要:介绍了分布式电能存储技术的发展情况,总结了分布式电能存储技术的应用场景,并从应用于配电网、微电网、可再生能源接入、用户侧4个方面进行详细分析,最后从储能性能、成套技术、协调控制、优化运行、规划设计、电力市场以及政策等不同层面探讨了分布式电能存储技术推广和发展中需要研究和解决的问题.

0引言

分布式发电能够充分利用清洁和可再生能源,是实现节能减排目标的重要举措,也是集中式发电的有效补充.当分布式电源大量接入中低压配电网时,风电、光伏等可再生分布式电源的间歇性和随机性将加剧配电网中电压、频率的波动,对配电网的功率平衡与安全运行、用户的供电可靠性以及电能质量具有较大影响.此外,随着中国经济发展和产业升级,电网中现有配变电设备容量将可能无法满足日益增加的高峰负荷的需求,而越来越多的高科技、数字化企业也对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求.在电网中接入分布式电能存储设备是解决上述问题的有效途径之一.利用分布式电能存储技术能提升电网对分布式电源的接纳能力,改进系统供电可靠性和电能质量,还能优化电网资源配置,提高电网资产的利用率.

近年来,分布式电能存储技术的研究和应用受到世界各国的高度重视,取得了较快的发展.美国、日本、德国等国家均制定了相关产业发展规划,并出台了一系列促进和支持储能技术发展的政策[].在中国,分布式电能存储技术也被视为未来智能配电网、分布式发电和微电网发展必不可少的支撑技术.例如:在2012年8月由国家能源局发布的?可再生能源发展“十二五”规划?中提出:到2015年,中国将建成30个以智能电网、物联网和储能技术为支撑的新能源微电网示范工程.这将极大地促进国内分布式电能存储技术的发展.目前,分布式电能存储技术的总装机容量在电网中的比例依然很小,尚处于发展起步阶段.随着其技术日益成熟、成本不断降低,以及未来智能配电网的发展,分布式电能存储技术将有广阔的应用前景.本文介绍了当前分布式电能存储技术的发展情况,归纳了分布式电能存储技术的应用场景,并对未来智能配电网中分布式电能存储技术的相关研究方向进行了探讨.1分布式电能存储技术的特点及发展情况分布式电能存储设备的功率从几千瓦至几兆瓦不等,储能容量一般小于10MW?h,多接入中低压配电网或用户侧.从能量储存形式角度分析,分布式电能存储技术与大规模集中式储能技术相类似,可分为机械储能、电磁储能、化学储能等.若按照能量存储和释放的外部特征划分,分布式电能存储又可分为功率型和能量型2种.前者适用于短时间内对功率需求较高的场合,如改善电能质量、提供快速功率支撑等;后者适用于对能量需求较高的场合,需要储能设备提供较长时间的电能支撑.功率型储能响应迅速、功率密度较大,包括超级电容、飞轮储能、超导储能等.能量型储能具有较高的能量存储密度,充放电时间较长,包括压缩空气储能、钠硫电池、液流电池、铅酸电池、锂离子电池等.目前,各种分布式电能存储技术的发展水平不同,成本也有明显差异,在额定功率、持续放电时间、效率及寿命、功率/能量密度等方面具有不同的特点,如表1所示。

在能量型储能技术中,当前技术最成熟的为铅酸电池,凭借其价格低廉、性能稳定等优势在电力系统中得到了广泛应用.锂电池、液流电池、钠硫电池等化学储能技术也发展迅速,技术正走向成熟,国际上已经建成了大量的示范工程.这类电池具有较好的功率和能量特性,其不足之处是目前成本仍然较高.功率型的储能系统,例如超级电容器、超导储能、飞轮储能等,近年来也受到较大关注.超级电容器储能技术相对较为成熟,其应用日益广泛;超导储能技术尚处于试验或小范围的示范工程阶段,离广泛应用还有较大的差距;飞轮储能技术在国外发展较快,作为不间断电源得以广泛应用.此外,还有很多其他处于研制阶段的储能技术,例如小型压缩空气储能系统.目前,分布式电能存储技术普遍存在成本较高的问题.同时,系统的安全性、充放电效率、使用寿命、功率和能量密度等指标尚有待提高.