分布式儲能的發展現狀與前景

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(三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

1 引言

化石能源的日益枯竭和環境的不斷惡化，促使了分布式發電的快速發展。當大量分布式電源接入配電網時，由于風力、光伏等新能源具有間歇性和隨機性，對電網的電能質量，供電可靠性具有較大影響。在電網中接入分布式儲能設備可以有效解決這一問題。利用儲能設備，不僅可以減少分布式電源對電網的沖擊，同時可以對電網起到削峰填谷、電力調節的作用。隨著智能配電網的不斷發展，未來分布式儲能也將有廣闊的發展空間。

2 分布式儲能技術現狀

2.1 分布式儲能類別及其特點

分布式儲能的方式多種多樣，各種儲能方式都有其適宜的應用領域。儲能形式主要分為機械儲能、電磁儲能、電化學儲能這三大類[2]。機械儲能包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能；電磁儲能包括超導儲能、電容儲能、超級電容器儲能等；電化學儲能包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池等。另外，根據充放電的外部特性，分布式儲能又可以分為功率型和能量型兩種，前者功率密度大，適合提供快速的功率響應，例如超級電容、超導儲能等；后者能量密度大，適合提供長時間的能量支撐，例如壓縮空氣儲能、鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池等。

目前，各種分布式儲能技術的發展水平不同，成本也有明顯差異，在能量密度、功率密度、循環壽命、效率及環保性等方面都有各自的特點[2]，如表1所示。

鉛酸電池憑借其技術成熟、價格低廉等優勢在電力系統中得到了廣泛的應用，但是由于其功率密度小，充電時間長，循環壽命短，對環境也有一定的影響，盡管成本低廉，也不能成為今后電池發展的方向。相比之下，鋰電池、鈉硫電池等能量、功率密度大，使用壽命長，目前已經獲得了不錯的發展，雖然價格相對高昂，但隨著技術的不斷進步，不久將得以廣泛應用。對于功率型儲能，超級電容儲能相比其他儲能技術更為成熟，成本也相對低廉，應用更為廣泛。

表1 幾種主要的儲能方式技術參數

2.2 功率型與能量型混合儲能

風力、光伏等分布式發電具有間歇性和隨機性，負載也隨時可能突變，需要儲能系統同時具備高功率密度和高能量密度的特點，但由于自身的限制，單一類型的儲能技術無法滿足這一要求。將功率型儲能系統與能量型儲能系統相結合組成混合儲能系統，可以同時滿足功率密度和能量密度的要求，這將是未來儲能技術的發展方向。

目前最為常見的是蓄電池與超級電容組成的混合儲能系統。利用超級電容功率密度大的特點，有效緩解負載突變時對蓄電網的沖擊，減少蓄電池的充放電次數，提升系統的動態響應；利用蓄電池能量密度大的特點，對系統提供長時間的能量支撐。混合儲能不僅可以快速對電網波動作出調節，同時延長了蓄電池的使用壽命。

圖1 混合儲能系統結構

3 分布式儲能的應用

分布式儲能接入電力系統后，由于其對電力具有調節作用，在電網側和用戶側都可以發揮獨特的作用。

3.1 電網側的應用

(1)參與電力系統的削峰填谷：在負荷高峰期時向電網放電，低谷期時儲能裝置處于充電狀態，如圖2所示，減小了電網負荷壓力，促使電網高效節能運行；

(2)調節系統頻率與電壓：大量分布式電源接入系統時，會引起配電網頻率的波動，同時可能改變功率的流動方向，提升某些節點電壓。利用分布式儲能快速響應特點和功率調節能力，可以有效改善這一困狀；

(3)平滑分布式電源功率波動：分布式發電與分布式儲能相結合，利用儲能系統快速充放電特性，改善分布式發電的電能質量，平滑其功率波動；

(4)改善微電網運行特性[4]：聯網運行時，調節微網的輸出輸入功率，減小其功率波動，使之成為可為配電網調度的電源，充分發揮微網對電力系統的輔助作用。孤島運行時，支撐系統的電壓和頻率，維持微網的正常運行。

圖2 分布式儲能削峰填谷原理

3.2 用戶側的應用

(1)提供不間斷電源：分布式儲能系統響應速度快，具有一定的容量，在遇到停電情況時，給重要負荷供電，保證用戶的利益。

(2)實現經濟用電：根據不同時段的電價高低，決定儲能系統的充放電動作，在保證電能質量的同時減小用戶的購電費用，提高電網的資產利用率。

4 分布式儲能的發展前景與挑戰

相比大型儲能電站，分布式儲能設備接入電網的方式更靈活，對環境的要求也相對較低，其穩定性也更好。一旦大型儲能電站發生故障，對電網的沖擊是非常大的，而分布式儲能設備發生故障時，由于其數量多，其余的儲能設備可以快速作出響應，將損失降到最小。但是，眾多儲能設備接入電網后，如果不能有效地管理這些設備，合理的配置它們的容量，不僅浪費了大量資源，而且不能發揮它們對電網的調節作用，甚至可能給電網帶來危害。隨著國家對新能源發電和儲能行業的大力扶持，將有越來越多的新能源發電和分布式儲能設備接入電網。為了更好的發揮儲能對電網的調節作用，需要在儲能的優化配置和協調控制等方面深入研究，促使分布式儲能行業的快速發展。

4.1 分布式儲能系統的容量優化配置

風力、光伏等分布式發電，由于其間歇性和不確定性，發電量往往都處于波動的狀態。而儲能作為分布式電源的補充，彌補了其出力的不確定性，提升分布式電源并網穩定性。對于分布式儲能系統的容量配置，往往需要考慮分布式電源出力的隨機性、負荷的變化曲線、儲能系統的接入位置、儲能的功率能量配置以及投資、運行的成本收益等因素，建立多目標優化模型，最終得到最佳的儲能系統容量配置方案。另外，隨著人們對環境的不斷重視，未來低碳環保也將成為分布式儲能容量配置的優化目標之一。

4.2 分布式儲能系統協調控制

對于單獨的分布式儲能裝置，其內部往往包含眾多的單體蓄電池或超級電容，在運行過程中需要保證各個單體的穩定，同時維持各單體的差異在一定范圍內，避免單體的過充過放對設備造成損害。分布式儲能的能量管理系統可以實時監測各個單體的工作狀態，維持各單體的能量平衡，提升電池的充放電效率。目前，針對電池能量管理系統，國內外已經有較為成熟的產品。但是，隨著儲能技術的不斷提升和新技術的引進，儲能的介質可能會多種多樣，由于它們自身的特質各不相同，需要更為可靠的能量管理辦法來保證系統的穩定運行。

對于配電網中的多個分布式儲能裝置，其區域分布較廣，必須采取合適的方法，將其整合起來統一調度，統一管理，服務于電力系統而不對其產生危害。對于分布式儲能系統的統一管理，若是采用傳統的有線或微波無線方式建立起信息渠道，不僅成本高昂、地域廣闊，而且技術的可行性也很低。因此，在互聯網已經滲透到世界每一個角落的今天，充分利用互聯網數據傳輸量大、公共資源共享、靈活機動等特點，建立起分布式儲能統一管理調度平臺將是以后分布式儲能的發展趨勢。

通過互聯網通信手段，將區域內的各個新能源發電以及分布式儲能系統整合為一個虛擬電廠(VPP)。虛擬電廠通過先進的控制方法，利用計算機的大數據處理平臺，接收區域內各個分布式發電或儲能裝置的狀態信息，與大電網的運行狀態信息相結合，通過優化計算，從而進行全面決策，并得到最安全經濟的調度方案，如圖2所示。通過對分布式儲能系統的統一調度，不僅可以有效地對電網進行調節，還可以合理的控制儲能的充放電，給用戶帶來一定的經濟收益。

圖3 分布式儲能統一調度框架

4.3 分布式儲能政策導向

分布式儲能作為新能源接入系統的有力支撐，逐步成為電力系統安全穩定運行必不可少的一部分，國家對儲能行業的扶持力度也不斷加大。國務院2014年11月印發《能源發展戰略行動計劃(2014-2020)》，將儲能明確列入9個重點創新領域，大容量儲能和氫能列入20個重點創新方向，2015年3月15日發布的《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》中指出，通過“自發自用、余量上網、電網調節”的運營模式，積極發展融合的先進儲能技術，提高系統的消納能力和能源利用效率。2015年1月國家能源局也啟動了儲能產業“十三五”規劃重大課題的研究。在未來幾年內，通過一系列投資補貼和稅收優惠政策，鼓勵投資和引進儲能技術，將促使分布式儲能獲得快速的發展。

5 結論

分布式儲能用于配電網中，極大地改善了新能源發電并網給電力系統帶來的沖擊，同時提高了用戶的用電可靠性，在未來的發展潛力巨大。但是，分布式儲能的廣泛應用還依賴于自身技術的突破，要不斷提升儲能的性能、降低成本、優化配置。充分利用現有的互聯網技術，協調分布式儲能系統穩定高效的運行。同

時依托國家政策的扶持，充分發揮分布式儲能對電力調節的積極作用。這些將是分布式儲能發展的目標和方向。

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