分布式電能存儲技術(shù)應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)
分布式電能存儲設(shè)備的功率從幾千瓦至幾兆瓦不等,儲能容量一般小于10MW·h,多接入中低壓配電網(wǎng)或用戶側(cè)。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術(shù)可分為機(jī)械儲能、電磁儲能、化學(xué)儲能等。
分布式電能存儲設(shè)備的功率從幾千瓦至幾兆瓦不等,儲能容量一般小于10MW·h,多接入中低壓配電網(wǎng)或用戶側(cè)。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術(shù)可分為機(jī)械儲能、電磁儲能、化學(xué)儲能等。若按照能量存儲和釋放的外部特征劃分,又可分為功率型和能量型2種。
1、分布式電能存儲技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展情況
分布式電能存儲設(shè)備的功率從幾千瓦至幾兆瓦不等,儲能容量一般小于10MW·h,多接入中低壓配電網(wǎng)或用戶側(cè)。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術(shù)可分為機(jī)械儲能、電磁儲能、化學(xué)儲能等。若按照能量存儲和釋放的外部特征劃分,又可分為功率型和能量型2種。前者適用于短時間內(nèi)對功率需求較高的場合,如改善電能質(zhì)量、提供快速功率支撐等;后者適用于對能量需求較高的場合,需要儲能設(shè)備提供較長時間的電能支撐。功率型儲能響應(yīng)迅速、功率密度較大,包括超級電容、飛輪儲能、超導(dǎo)儲能等。能量型儲能具有較高的能量存儲密度,充放電時間較長,包括壓縮空氣儲能、鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池等。各種分布式電能存儲技術(shù)的發(fā)展水平不同,成本也有明顯差異,在效率、壽命、功率/能量密度等方面具有不同特點(diǎn)。采用混合儲能形式,將不同性能的儲能系統(tǒng)進(jìn)行組合,可充分發(fā)揮不同儲能技術(shù)的優(yōu)勢,以滿足功率和能量等多方面的需求,這將是未來分布式電能存儲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的趨勢之一。
2、分布式電能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用場景
分布式電能存儲系統(tǒng)(DESS)的應(yīng)用涉及配用電系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié),與大規(guī)模、集中式的儲能電站相比,分布式電能存儲系統(tǒng)對接入位置的環(huán)境條件限制較少,接入電網(wǎng)的方式更加靈活,在配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式電源側(cè),以及用戶側(cè)都可以發(fā)揮獨(dú)特的作用。
2.1 在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用
參與系統(tǒng)調(diào)峰。利用分布式電能存儲系統(tǒng)在高峰負(fù)荷時放電,在低谷負(fù)荷時充電,可有效實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的削峰填谷。其效果可體現(xiàn)在如下3個方面:
① 緩解電網(wǎng)功率阻塞;
?、?延緩配電網(wǎng)升級改造;
③ 降低網(wǎng)絡(luò)能量損耗。
參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。分布式電能存儲系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、輸出功率控制精度高等特點(diǎn),十分符合電網(wǎng)調(diào)頻的需求。與傳統(tǒng)調(diào)頻電源相比,分布式電能存儲系統(tǒng)具有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢。隨著分布式電能存儲系統(tǒng)成本的下降,在調(diào)頻服務(wù)中也將逐漸顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。
參與系統(tǒng)或饋線級調(diào)壓。大量分布式電源在配電系統(tǒng)中接入,將直接改變配電網(wǎng)中功率的流動規(guī)律,造成一些節(jié)點(diǎn)電壓的升高。利用分布式電能存儲系統(tǒng)有功功率的調(diào)節(jié)能力,可以有效緩解分布式電源接入后的節(jié)點(diǎn)電壓升高問題,提高配電網(wǎng)對分布式電源接納能力。
2.2 在改善分布式電源運(yùn)行特性方面的應(yīng)用
平滑分布式電源的功率波動。將分布式電能存儲系統(tǒng)與光伏發(fā)電、風(fēng)電等波動性分布式電源緊密配合,利用儲能的快速充放電特性平抑這些電源的快速波動,可在一定時間尺度上(分鐘至小時級)實(shí)現(xiàn)輸出功率的平滑,顯著提高這些電源的功率輸出品質(zhì),降低其對系統(tǒng)的影響。
實(shí)現(xiàn)分布式電源端節(jié)點(diǎn)電壓控制。將分布式電源直接與儲能系統(tǒng)相配合,對分布式電源的端電壓實(shí)現(xiàn)有效控制,在饋線中一定比例的分布式電源上采用這樣的手段,完全可以克服饋線節(jié)點(diǎn)電壓升高問題。該方案不會隨分布式電源的接入改變系統(tǒng)運(yùn)行或控制策略,能夠?qū)崿F(xiàn)“即插即用”。
增強(qiáng)分布式電源的功率可調(diào)度性。將分布式電能存儲系統(tǒng)與風(fēng)電和光伏發(fā)電等分布式電源有效加以集成,對電網(wǎng)而言形成一個統(tǒng)一的單元,實(shí)現(xiàn)在一定時間尺度(分鐘至小時級)上輸出總功率的調(diào)節(jié),進(jìn)而使其具備一定程度的可調(diào)度性。
2.3 在微電網(wǎng)中的應(yīng)用
實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率控制。微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時,微電網(wǎng)與配電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線功率的波動可能對配電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。通過對微電網(wǎng)中分布式電能存儲系統(tǒng)的控制,能將聯(lián)絡(luò)線功率的波動控制在一定范圍之內(nèi)。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時,對配電網(wǎng)而言,微電網(wǎng)將成為一個可調(diào)度的電源(或負(fù)荷),可以利用微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一些電網(wǎng)輔助服務(wù)功能,進(jìn)而更多地發(fā)揮出微電網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢。
支撐系統(tǒng)電壓與頻率。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式時,分布式電能存儲系統(tǒng)可作為微電網(wǎng)的主電源提供電壓和頻率支持,發(fā)揮快速響應(yīng)的特點(diǎn),實(shí)時平衡微電網(wǎng)中的功率波動,維持電壓和頻率穩(wěn)定。此外,分布式電能存儲系統(tǒng)還可以在微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換時提供暫態(tài)功率支撐,盡可能減小對用戶負(fù)荷的沖擊。
2.4 在用戶側(cè)的應(yīng)用
發(fā)揮不間斷電源作用。分布式電能存儲系統(tǒng)由于具有快速響應(yīng)能力,可以作為不間斷電源(UPS),在停電時確保重要負(fù)荷供電,提高供電可靠性,這一模式已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。安裝在用戶側(cè)的分布式電能存儲系統(tǒng),可用于參與需求側(cè)響應(yīng),幫助用戶在不改變用電習(xí)慣的情況下進(jìn)行錯峰用電,降低購電費(fèi)用。對于電網(wǎng)而言,錯峰用電將會顯著提高電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率,延緩系統(tǒng)改擴(kuò)建,具有多方面的經(jīng)濟(jì)性。
改善電能質(zhì)量。間歇性的分布式電源和大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用可能會造成高次諧波、電壓閃變、電壓跌落等電能質(zhì)量問題。在用戶側(cè)接入分布式電能存儲系統(tǒng),能快速響應(yīng)系統(tǒng)中各種擾動,有效控制波形畸變率在較小的范圍內(nèi),提高用戶電能質(zhì)量。