分布式能源儲能技術(shù)發(fā)展研究

羅 彬

（鐵塔能源有限公司 湖南省分公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

近年來，我國的大氣狀況不容樂觀，空氣污染嚴重，人們的身體健康也受到了極大的影響。在我國傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展中，工業(yè)發(fā)展形式以擴建工廠、加大資源能源投入為主，環(huán)境優(yōu)化和經(jīng)濟發(fā)展形成了比較突出的矛盾。目前，工業(yè)發(fā)展主要采用集約化的發(fā)展形式，依靠新技術(shù)、新流程來提高生產(chǎn)效果，對環(huán)境的污染有所降低[1]。然而能源危機和環(huán)境惡化依然制約著我國的經(jīng)濟發(fā)展，亟需研發(fā)清潔能源。分布式能源具有較高的能源利用效率，系統(tǒng)安裝靈活方便，供電穩(wěn)定安全，可以滿足用戶的多樣化能源需求，并融合電力技術(shù)、熱力技術(shù)以及蓄能技術(shù)等推動能源供應方式變革。

1 分布式能源的優(yōu)勢分析

1.1 能源利用率高

在新的社會經(jīng)濟發(fā)展背景下，分布式能源可以利用一切可以利用的資源，減少能源浪費，降低能源在傳輸中的損耗，全面提高能源利用率。在實踐中，分布式能源可以實現(xiàn)能源的對口供應，滿足用戶的需求，主要涵蓋了太陽能、風能、海洋能等多種能源，能夠降低能源損耗。此外，分布式能源還具有能源梯級利用的特點，最大程度地減少浪費。

1.2 助推環(huán)境保護

分布式能源能夠促進環(huán)境優(yōu)化，最大程度降低污染，達到保護環(huán)境的效果。通過應用分布式能源，污染物的排放量能夠大幅度降低，并且污染物的排放位置也將變得更加分散，植物可以充分吸收空氣中的污染物，其他的污染物也更容易降解。隨著分布式能源的發(fā)展，各類污染物的排放密度將越來越低，企業(yè)可以對部分污染物進行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為肥料等資源，實現(xiàn)二次利用[2]。

1.3 供電安全可靠

分布式能源具有供電安全可靠的特點，在應用過程中可以融合遠程遙控技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)，確保能源系統(tǒng)安全運行。在發(fā)電方式上，分布式能源系統(tǒng)具有較高的靈活性，能夠與電網(wǎng)相互配合，共同為用戶供電[3]。在電網(wǎng)出現(xiàn)供電中斷時，分布式電源可以在第一時間斷開與電網(wǎng)的連接，獨立供電，避免供電中斷，進一步提高供電的穩(wěn)定性和安全性。

1.4 系統(tǒng)安裝靈活

分布式能源的系統(tǒng)安裝十分靈活，受交通、環(huán)境的影響較小，這種能源系統(tǒng)可以設置在用戶附近，需要的土地面積較少，能夠為企業(yè)提供安全、穩(wěn)定且可靠的電能和熱能。

2 分布式能源儲能技術(shù)發(fā)展分析

2.1 電化學儲能技術(shù)分析

在分布式能源儲能技術(shù)的發(fā)展過程中，電化學儲能技術(shù)主要是指各類儲能電池，應用廣泛，在社會生產(chǎn)生活中的影響也比較大。目前，電化學儲能已經(jīng)有了液流電池、鋰電池等，這些電池在各個行業(yè)、各個領域中得到了廣泛應用，包括智能電網(wǎng)、光伏發(fā)電、風能發(fā)電、通信基站等，解決了較多的能源供應問題。電化學儲能技術(shù)的應用領域如圖1所示。

圖1 電化學儲能技術(shù)的應用領域

2.1.1 鋰電池儲能技術(shù)

鋰電池儲能技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，在實際應用中，鋰電池的充放電轉(zhuǎn)化率能夠達到90%。同時，鋰電池的原材料十分豐富，使用成本和維護成本較低，安全性較高，出現(xiàn)爆炸事故的可能性非常小。在使用壽命上，鋰電池放電深度（Depth of Discharge，DoD）80%的循環(huán)壽命大于3 500次，國外開發(fā)的鋰電池儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命能夠達到6 000次，為我國鋰電池儲能技術(shù)的發(fā)展提供了借鑒和參考[4-6]。

2.1.2 液流電池儲能技術(shù)

常見的液流電池包括全鈾體系、全鉻體系、溴體系等，這種電池儲能技術(shù)具有安全無污染、維護簡單、操作成本低等特點。在工作原理方面，液流電池將水溶液作為電解質(zhì)溶液，不存在燃燒、爆炸等風險，在應用中安全性較高。針對液流電池儲能技術(shù)而言，電池的輸出功率和電解液的容量、濃度具有直接關(guān)聯(lián)，因此液流電池的儲能容量可以進行調(diào)節(jié)，技術(shù)人員可以通過改變電解液容量和濃度來控制電池的輸出功率。具體操作措施為增加電堆數(shù)量、擴大儲能規(guī)模和儲能容量、提高電能輸出功率。2.1.3 鉛酸電池儲能技術(shù)

鉛酸電池具有耐過充、壽命長、安全環(huán)保等特點，后期無需維護，使用方便簡單。這種電池不僅應用高純的原材料，融合高溫高濕的固化工藝，自身的使用壽命較長，而且應用了獨特的鉛膏配方，融合了特殊添加劑，耐過充性能較好。目前，鉛酸電池儲能技術(shù)已經(jīng)擁有了上百年的研發(fā)和應用歷史，技術(shù)優(yōu)勢十分突出，電池性能非常穩(wěn)定、可靠，應用過程中不會對環(huán)境產(chǎn)生破壞，使用壽命內(nèi)不會出現(xiàn)漏液、爆炸等危險，壽命終止后還可以進行循環(huán)利用[7]。當前，新能源系統(tǒng)在應用過程中會面臨較大的溫度差，工作環(huán)境溫度為-30～50 ℃，鉛酸電池擁有卓越的高低溫性能，能夠應對高溫和低溫環(huán)境，為供電系統(tǒng)提供良好的能源基礎。

2.2 物理儲能技術(shù)分析

物理儲能技術(shù)主要是指應用飛輪、壓縮空氣、抽水等方法存儲能量，使天然資源中的能量實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，達到物理儲能的效果。在實踐應用中，物理儲能規(guī)模較大、應用費用較低，但是相關(guān)設施的建設會受到自然環(huán)境的局限，一次性經(jīng)濟投資較高。

2.2.1 抽水蓄能技術(shù)

抽水蓄能是一種常見的物理儲能技術(shù)，在抽水蓄能電站系統(tǒng)中，抽水設施和發(fā)電設施可以共同發(fā)揮作用，形成一種水力發(fā)電系統(tǒng)。抽水蓄能技術(shù)主要應用水流進行發(fā)電，在應用該技術(shù)時，需要在合適的地理環(huán)境中創(chuàng)建水庫，在河流上游和下游分別設置水庫，然后在豐水期用電力抽水，將下游水抽到上游中，通過水庫儲存，在枯水期開閘放水，用水流推動水輪發(fā)電機，從而達到發(fā)電的效果。目前，我國的抽水儲能技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，在實踐中的應用規(guī)模較大，能夠為電網(wǎng)供電提供服務，使電網(wǎng)供電更加穩(wěn)定。在抽水蓄能技術(shù)的應用過程中，工作人員首先需要保證上水庫和下水庫之間擁有足夠的高度差，控制好二者的水平距離，尋找合適的地形條件和地質(zhì)構(gòu)造，充分發(fā)揮抽水蓄能技術(shù)的應用優(yōu)勢[8]。

2.2.2 壓縮空氣儲能技術(shù)

壓縮空氣儲能技術(shù)是一種通過空氣儲存能量的方法，該技術(shù)的應用原理是空氣的壓縮和釋放。技術(shù)人員需要在電網(wǎng)低負荷的條件下應用電力對空氣進行壓縮，將其封閉在油氣井、儲氣井、廢棄礦井或者山洞中，在電網(wǎng)高負荷時利用高壓空氣來發(fā)電，保證供電平穩(wěn)。壓縮空氣儲能技術(shù)的安全系數(shù)較高，應用規(guī)模靈活，但受自然環(huán)境的制約較多，需要挑選出合適的空氣儲存空間，如山洞、油氣井等，這對地下結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件的要求較高，工作人員需要提前把握好這些空間的密封性，避免出現(xiàn)漏氣等問題。

2.3 超級電容儲能技術(shù)分析

在20世紀80年代末，隨著電動汽車的快速發(fā)展，大尺寸超級電容器的研發(fā)成為眾多發(fā)達國家的重點研究計劃。超級電容儲能技術(shù)在應用過程中需要的維護措施較少，可靠性較高，充放電速度較快，安全環(huán)保，而且超級電容的充放電循環(huán)壽命較長，最高能夠達到上百萬次。目前，超級電容儲能技術(shù)處于初步發(fā)展階段，是新型儲能技術(shù)的代表，應用成本較高，主要應用于電動汽車的能量儲存裝置或者車輛制動系統(tǒng)中。在世界范圍內(nèi)，超級電容儲能技術(shù)的應用規(guī)模還有較大的發(fā)展空間，技術(shù)研發(fā)還在不斷開展，我國需要加強對新技術(shù)的研究和學習，提高超級電容儲能技術(shù)在未來社會中的應用優(yōu)勢[9]。總而言之，化學儲能技術(shù)與物理儲能技術(shù)都是重要的儲能方法，在實際應用中要結(jié)合需求和客觀條件進行選擇。儲能技術(shù)的分類如圖2所示。

圖2 儲能技術(shù)的分類

3 分布式能源儲能技術(shù)發(fā)展前景

能源資源是經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的基礎，面對越來越寶貴的能源資源，各個國家都在積極研究新能源和新技術(shù)，希望依靠新能源技術(shù)占領經(jīng)濟發(fā)展的高地，在下一場科技革命中擁有更高的起點。近些年來，我國的能源危機越來越明顯，大氣污染、水污染、土壤污染也越來越嚴重。分布式能源儲能技術(shù)能夠有效改善我國的能源供應格局，緩解能源危機，減少環(huán)境污染。通過利用分布式能源儲能技術(shù)，能源供應可以朝著精細化的方向發(fā)展，就地取材、就地應用的理念得到推廣，污染物可以被再次利用或者被分化降解，自然環(huán)境的污染情況能夠得到遏制。

目前，我國對分布式能源儲能技術(shù)的研究和應用已經(jīng)開展了20多年，該技術(shù)已經(jīng)從新能源的嘗試利用發(fā)展為系統(tǒng)的能源微網(wǎng)絡，實現(xiàn)了全面的能源部署，未來的分布式能源儲能技術(shù)將實現(xiàn)更加良好的發(fā)展格局，能源結(jié)構(gòu)也將進一步得到優(yōu)化。自2021年以來，我國對分布式能源的重視力度不斷提高，相關(guān)政策越來越多，分布式能源的發(fā)展模式正在朝著綜合化的方向邁進，試點示范區(qū)實現(xiàn)了多元融合、多能互補，融合多種先進技術(shù)，形成了橫向互聯(lián)模式。在未來，我國必然將更加重視分布式能源，預計到2030年，我國的分布式能源占比能夠達到28%，其應用優(yōu)勢將得到最大化呈現(xiàn)[10]。

4 結(jié) 論

能源危機、環(huán)境污染會給自然生態(tài)帶來壓力，制約社會經(jīng)濟發(fā)展，影響人們的身體健康。當前，我國社會經(jīng)濟的發(fā)展已經(jīng)受到了能源危機和自然生態(tài)環(huán)境的影響，只有不斷研發(fā)新型能源，對能源供應模式進行改革，才能更好地應對能源危機問題，使環(huán)境問題獲得改善。分布式能源具有供電安全、能源利用率高、環(huán)保以及安裝靈活等特點，是未來能源發(fā)展的重要方向，包含了物理儲能技術(shù)、電化學儲能技術(shù)等。相關(guān)行業(yè)的工作人員需要加強對分布式能源的研究，在實踐工作中應用不同類型的分布式能源儲能技術(shù)，充分發(fā)揮能源的利用效率，為自然環(huán)境保護貢獻力量。