分布式電能存儲技術應用前景與挑戰(zhàn)
分布式電能存儲設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。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術可分為機械儲能、電磁儲能、化學儲能等。
分布式電能存儲設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。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術可分為機械儲能、電磁儲能、化學儲能等。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的特點及發(fā)展情況
分布式電能存儲設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。從能量儲存形式看,分布式電能存儲技術可分為機械儲能、電磁儲能、化學儲能等。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對功率需求較高的場合,如改善電能質量、提供快速功率支撐等;后者適用于對能量需求較高的場合,需要儲能設備提供較長時間的電能支撐。功率型儲能響應迅速、功率密度較大,包括超級電容、飛輪儲能、超導儲能等。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。采用混合儲能形式,將不同性能的儲能系統(tǒng)進行組合,可充分發(fā)揮不同儲能技術的優(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的發(fā)展和應用的趨勢之一。
2、分布式電能存儲系統(tǒng)的應用場景
分布式電能存儲系統(tǒng)(DESS)的應用涉及配用電系統(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,以及用戶側都可以發(fā)揮獨特的作用。
2.1 在配電系統(tǒng)中的應用
參與系統(tǒng)調峰。利用分布式電能存儲系統(tǒng)在高峰負荷時放電,在低谷負荷時充電,可有效實現(xiàn)負荷的削峰填谷。其效果可體現(xiàn)在如下3個方面:
?、?緩解電網(wǎng)功率阻塞;
② 延緩配電網(wǎng)升級改造;
③ 降低網(wǎng)絡能量損耗。
參與系統(tǒng)頻率調節(jié)。分布式電能存儲系統(tǒng)具有響應速度快、輸出功率控制精度高等特點,十分符合電網(wǎng)調頻的需求。與傳統(tǒng)調頻電源相比,分布式電能存儲系統(tǒng)具有較為明顯的技術優(yōu)勢。隨著分布式電能存儲系統(tǒng)成本的下降,在調頻服務中也將逐漸顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性。
參與系統(tǒng)或饋線級調壓。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)點電壓的升高。利用分布式電能存儲系統(tǒng)有功功率的調節(jié)能力,可以有效緩解分布式電源接入后的節(jié)點電壓升高問題,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行特性方面的應用
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)實現(xiàn)輸出功率的平滑,顯著提高這些電源的功率輸出品質,降低其對系統(tǒng)的影響。
實現(xiàn)分布式電源端節(jié)點電壓控制。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)運行或控制策略,能夠實現(xiàn)“即插即用”。
增強分布式電源的功率可調度性。將分布式電能存儲系統(tǒng)與風電和光伏發(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,實現(xiàn)在一定時間尺度(分鐘至小時級)上輸出總功率的調節(jié),進而使其具備一定程度的可調度性。
2.3 在微電網(wǎng)中的應用
實現(xiàn)聯(lián)絡線功率控制。微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行時,微電網(wǎng)與配電網(wǎng)間聯(lián)絡線功率的波動可能對配電網(wǎng)產生較大的影響。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)絡線功率的波動控制在一定范圍之內。聯(lián)網(wǎng)運行時,對配電網(wǎng)而言,微電網(wǎng)將成為一個可調度的電源(或負荷),可以利用微電網(wǎng)實現(xiàn)一些電網(wǎng)輔助服務功能,進而更多地發(fā)揮出微電網(wǎng)的技術優(yōu)勢。
支撐系統(tǒng)電壓與頻率。微電網(wǎng)孤島運行模式時,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)揮快速響應的特點,實時平衡微電網(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)運行模式切換時提供暫態(tài)功率支撐,盡可能減小對用戶負荷的沖擊。
2.4 在用戶側的應用
發(fā)揮不間斷電源作用。分布式電能存儲系統(tǒng)由于具有快速響應能力,可以作為不間斷電源(UPS),在停電時確保重要負荷供電,提高供電可靠性,這一模式已經(jīng)獲得廣泛應用。
實現(xiàn)需求側響應。安裝在用戶側的分布式電能存儲系統(tǒng),可用于參與需求側響應,幫助用戶在不改變用電習慣的情況下進行錯峰用電,降低購電費用。對于電網(wǎng)而言,錯峰用電將會顯著提高電網(wǎng)的資產利用率,延緩系統(tǒng)改擴建,具有多方面的經(jīng)濟性。
改善電能質量。間歇性的分布式電源和大量電力電子設備的應用可能會造成高次諧波、電壓閃變、電壓跌落等電能質量問題。在用戶側接入分布式電能存儲系統(tǒng),能快速響應系統(tǒng)中各種擾動,有效控制波形畸變率在較小的范圍內,提高用戶電能質量。