PDF下载
储能技术在分布式发电中的应用

李胜生

惠州供电综合能源有限公司,广东省惠州市,510600 ​

摘要: 当前的储能方式主要包括物理储能、电磁储能、电化学储能、相变储能几种,其中不同的储能方式各有不同,为了更好的在分布式发展中应用不同的储能技术,本文主要对储能技术的现状、发展方向、特点等进行了阐述,并对不同场景中的具体应用情况进行了论述。分布式发电系统一种基于可在生能源的发展系统,其优势鲜明,可以最大限度的利用能源,降低能耗、控制污染、优化系统功能,提高储能技术的经济性、可靠性,对此本文重点阐述储能技术在分布式发电中的应用。
关键词: 储能技术;分布式发电;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157152
基金资助:
文章地址:

在当前的能源结构中,可再生能源占据着核心地位,为了更好地解决能源利用问题,风能、太阳能等可再生能源逐渐成为人们研究的重点,这些能源发电方式具有随机性、间歇性的特点,会对电网产生较大的影响,导致电网出现各种恶劣事件。对此,就需要人们加强对直流母线交流系统储能变化情况、负荷变化情况的分析和监测,并积极研发各种高效的储能装备和配套设备,确保风电、发电机组容量大小保持一致,促使发电系统可以在充分放电状态下及时切换其他状态,保证系统运行安全,以此科学利用可再生能源。

一、储能技术发展现状

(一)飞轮储能

飞轮储能方法主要通过动能来存储能量,在功率变换器下将动能转化为机械能,飞轮储能方式下功率密度较大,能量密度也较大,其可以循环使用,工作过程稳定,工作区温度适中,不会产生各种噪音,也没有任何污染、容量较大,可以应用于不间断电源和应急电源供电。此外,该储能方式也可以应用在电网调风频率控制、电能质量提升中,美国研究单位研发的飞轮转速达储能装置,性能较高,推动着飞轮技术的进一步发展,促使飞轮电池可以取代化学电池,有效提高了其使用寿命。另外,高温超导飞轮储能系统控制模式简单、储能密度大、运行效率高、使用寿命长、维护简单,可以在未来主要应用在电力调节、UPS等领域中,有效发挥该方式的商业价值。

(二)超导磁储能系统

超导磁储能系统主要通过超导线圈来存储磁场中散发的各种能量,通过能量交换和功率补偿的方式来转换各种能源,其响应速度快,转化效率高,功率大,使用寿命、长物污染,也不会发生各种动密封问题和旋转部件接触不良的问题。该系统可以应用在输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节方面,可以有效提高系统的安全性、电力运输的稳定性,研究发现将超导磁储能系统应用在输配电方面,可以促使微型和中型系统经济更加经济,更加可靠[1]

(三)超级电容器储能

超级电容器是在电化学双电层理论的指导下研究设计的,其脉冲功率较大,充电速度快,发电电流会受到内阻和发热的控制,可以有效提高能量转换效率,可以循环使用,放电深度更长,使用寿命较长,不需要进行定期维护。且其低温性能好,不会发生记忆效应,当前人们已经研发设计出了纽扣型、卷绕型和大型三种新的型号,促使超级电容器储能成为了一种超电容量和标准工作电压最大放电电流的产品。但是超级电容器价格较高,在电力系统应用中只能在一些短时间、大功率的负载平滑和一些高质量、高峰值的功率状态下应用,当前,人们正在努力开发活性炭双层电极和锂离子插入式电极的第四代超级电容设备。

(四)蓄电池储能系统

蓄电池储能系统在分布式发电中应用最为频繁,但是其因为投资成本高,使用寿命短,会产生各种污染问题,对此可以根据其不同化学物质,可以将蓄电池分为多种型号。其中铅酸电池价格较低,技术发展成熟,可以在变电所、发电厂供电过程中电源中断情况下可以作为备用电源而使用。其也可以为断路器、继电保护装置、拖动电机、通信设备等提供电能,但是其循环使用寿命较低,比功率也较小,在生产制造的过程中会产生各种污染。锂离子型号的电池,比能量较高,自放电性小,环境效应显著,但是其性能也会因为生产工艺和环境温度产生影响。当前磷酸的正极材料磷酸铁离电池循环使用寿命高,使用安全和稳定,具有耐高温的性能,可以在后期作为铅酸电池的备用者。当前,人们又研发出了钠硫和液流电池,其作为一种功能强大、质量较好、运行高效、发展前景较为广阔的大容量电力储能电池,应用前景较好。该电池密度高、体积小,系统运行效率较高,单体寿命较高,循环使用寿命可以大于6000次,可以进行模块化生产制造,生产时间较短。其中液流电池电化学极化较小,可以进行深度发电,储存使用寿命长,额定功率和容量容量独立性强,可有可以设计成不同的储能形状。当前液流电池可以分为多个体系,其中的一些电池体系可以有效避免出现正负极活性物质污染情况,其成本低、使用寿命长,可以作为后期未来的商业化应用方向[2]

(五)其他储能方法

当前储能方式除了以上几种,还具有抽水蓄能、压缩空气储能,蓄热和蓄冷储能等几种方式,其中的抽水蓄能电站在修建时需要建设上下两个水库,其对建设地点要求较高,但是控制简单,效应时间短,能量密度低,容易受到岩石层等自然条件的影响。当前可以将热能储存方式应用在电厂中,可以大大提高储能的安全性、可靠性,降低储能成本,其中蓄冷储能主要包括水蓄笼和冰蓄冷,这两种方式转换效率都比较高。水蓄冷可以不需要改变制冷机的空调状况,但是水的蓄冷密度低,对蓄冷池的体积范围有较大的要求在蓄冷的过程中会消耗大量的能量,其中的冰蓄冷相变潜热较大,可以有效减小容积。这种冰蓄冷系统运行简单,可以为总系统提供不同温度的冷冻水,但是其也需要消耗大量的制冷量。

二、分布式系统对储能的要求

分布式发电主要包括各种发电单元和储能单元,其中光伏、风热、燃料电池都属于分布式电源中的一种,具有以下几方面的特点,第一,距离终端用户较近,可以为其提供各种便利,第二,容量较小,可以在运行中达到几十千瓦后几十兆瓦,第三,可以独立运行或者并网运行,可以连接在380伏的线路上。且在光伏发电中,各种储能装置一般处于放电状态,放电深度没有限制,可以一次性充电,在风电系统中的各种储能装置和放电装备分布较为均匀,充放电效率比光伏发电较大,不会处于欠充电状态,运行较为稳定。

(一)并网运行的要求

因为分布式电源运输电能具有不稳定性、随机性的特点,在并网运行中会因为穿透功率的大小对电网产生不同程度的冲击,研究发现其穿透功率不超过10%就是安全的,对此只有在并网逆变器电网负荷较小时才可以确保产生的电功率可以被吸收。但是其电能存储也可以促使系统稳定、确保发电状态平衡、促使电压稳定等,因此想要实现以上目标就需要确保储能时容量大、功率可以被吸收,对此储能也需要有较快的响应速度和容量功率补偿作用,以此确保系统电压更加可靠[3]

(二)独立运行的要求

因为分布式电源是单独排列、独立运行的,其无法确保系统的频率和电压稳定,因此在大规模电网运行中无法将电源输送到一些较为偏远的地方,对此需要将这些电源进行连接,以此为偏远地区提供电力。当前连接而成的系统主要有风光联合发电系统、光柴联合发电系统、小型燃气轮机和燃料电池混合系统等,这些复合系统互补性强,可以确保电能输出更加稳定,以此确保供电更加可靠、稳定。

三、结束语

综之,本文对各种储能技术的应用现状进行了论述,对他们在分布式发电系统中的应用前景也进行了阐释数。随着各种新技术的出现,储能技术下的储能方式也向着转化高效率能量高密度化应用、高效率制造、低成本化、环境友好性的方向转变,将分布式发电和储能技术进行综合,可以确保系统更加经济、可靠和有效提高能源利用率。

参考文献

[1] 许苏. 配电网中分布式发电及储能技术的应用研究[J].  2020.

[2] 孟辉. 储能技术在光伏发电系统中的应用[J].  2021.

[3] 郭子兴. 储能技术在光伏发电系统中的应用[J]. 电子产品世界, 2021, 28(11):3.