1引言

現(xiàn)今，隨著風(fēng)電，光伏發(fā)電等這些間歇性能源的快速發(fā)展，使得這些能源成為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成，然而由于這些能源自己本省具有波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)現(xiàn)今又成了新能源自身發(fā)展的障礙，隨著新能源發(fā)電規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，解決著這個(gè)問(wèn)題將顯得更為迫切。將富余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，用能高峰期再釋放出來(lái)，是解決新能源間歇性的重點(diǎn)。峰會(huì)上業(yè)界已經(jīng)取得的共識(shí)是：儲(chǔ)能正是從根本上解決可再生能源發(fā)電接入問(wèn)題的最有效途徑，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性缺陷，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源電力平滑并入電網(wǎng)[2]。

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，并有望得到國(guó)家大力支持，科技部公布了的《國(guó)家十二五科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》把儲(chǔ)能作為戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域。儲(chǔ)能技術(shù)將為改變現(xiàn)有的電網(wǎng)發(fā)展模式供應(yīng)了可能，未來(lái)有望大范圍應(yīng)用。

2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國(guó)外儲(chǔ)能技術(shù)最新發(fā)展

近些年來(lái)，世界先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)得到了各國(guó)大力支持，不斷發(fā)展，取得了大量成果。年來(lái)，日本、美國(guó)以及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電池儲(chǔ)能技術(shù)投入較大，技術(shù)領(lǐng)先。日本在鈉硫電池的研究與應(yīng)用方面走在世界前列。

蓄電池儲(chǔ)能方面，2001年，加拿大VRBpowerSystems公司在南非建造了250kW的全釩液流儲(chǔ)能電池示范系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全釩液流儲(chǔ)能電池的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。VRBpowerSystems公司為澳大利亞HydroTasmaniaonKingIsland公司建造的與風(fēng)能發(fā)電配套的全釩液流儲(chǔ)能電池于2003年十一月完成，該系統(tǒng)儲(chǔ)能容量為800kWh，輸出功率為250kW。2004年二月，VRBpowerSystems公司又為castleValley，UtahpacificCorp公司建造了輸出功率250kW，儲(chǔ)能容量2MWh的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。2006年底該公司開(kāi)始為愛(ài)爾蘭建設(shè)迄今為止國(guó)際上最大的額定輸出功率2MW(脈沖輸出功率3MW)，儲(chǔ)能容量12MWh全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。美國(guó)利用日本住友電氣工業(yè)公司和VRBpowerSystems公司的技術(shù)，分別建立了2MW和6MW的全釩液流儲(chǔ)能電池示范運(yùn)行系統(tǒng)[3]。

2003年日本NGK公司生產(chǎn)的鈉硫電池產(chǎn)量為30MW，到2005年達(dá)到48MW(960個(gè)模塊)，2008年達(dá)到90MW的規(guī)模(1800個(gè)模塊)，2010年的發(fā)展計(jì)劃為年產(chǎn)150MW。在全球已建成100余座鈉硫電池儲(chǔ)能站。2009年，歐盟斥資3千萬(wàn)歐元在芬蘭聯(lián)合建立了世界上最先進(jìn)的蓄電池實(shí)驗(yàn)室，電池兼容智能管理和監(jiān)控系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2012年完成100mAh產(chǎn)品量的擴(kuò)大。日本日立將在北美市場(chǎng)推出長(zhǎng)壽命鉛酸電池，將用于可再生能源并網(wǎng)。該產(chǎn)品已在日本上市，并在8個(gè)項(xiàng)目上取得成功。放電時(shí)間1-4小時(shí)，使用壽命15-17年，可循環(huán)利用。美國(guó)通用電氣投資1.6億美元研發(fā)專門用于電力系統(tǒng)的特殊Duration鈉鹵電池系統(tǒng)，使用壽命20年。能在極端溫度條件下發(fā)揮最佳性能，不會(huì)出現(xiàn)任何有毒化學(xué)物質(zhì)排放，并擁有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可回收利用。美國(guó)Axionpower國(guó)際公司獲得賓夕法尼亞州能源開(kāi)發(fā)局撥款248650美元，用于研究智能電網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，致力于研發(fā)使用少量鉛的鉛酸電池技術(shù)，該種電池可供應(yīng)與超導(dǎo)儲(chǔ)能相似的高速傳輸速度，具有更快的充電時(shí)間和更長(zhǎng)的使用壽命，用于含風(fēng)能、太陽(yáng)能綜合系統(tǒng)中。

超導(dǎo)儲(chǔ)能，美國(guó)能源部克魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、ABB公司、Superpower公司、休斯頓大學(xué)獲得420萬(wàn)美元聯(lián)邦資金、105萬(wàn)美元配套資金，以用于研究先進(jìn)的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。美國(guó)Beacon電力公司得到能源部4300萬(wàn)擔(dān)保貸款，用于紐約州Stephentown20MW新型能量存儲(chǔ)概念工程。

壓縮空氣儲(chǔ)能，美國(guó)太平洋燃?xì)馀c電力公司、pG&E公司得到政府資助2500萬(wàn)美元，美國(guó)太平洋燃?xì)馀c電力公司、pG&E公司將進(jìn)行一個(gè)30萬(wàn)千瓦壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的可行性研究，pG&E公司將把資金用于項(xiàng)目一期工程，包括許可、聯(lián)網(wǎng)和電廠設(shè)計(jì)，項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)耗時(shí)15年[4]。

飛輪儲(chǔ)能方面，日本已經(jīng)制造出界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)(容量26.5MVA，電壓1100V，轉(zhuǎn)速510690r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量710tm2)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kwh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)。飛輪重172.8kg，工作轉(zhuǎn)速范圍11，61046，345rpm，轉(zhuǎn)速為48，784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110-240V，全程效率為81%。經(jīng)濟(jì)分析表明，運(yùn)行3年時(shí)間可收回全部成本。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)發(fā)展得很成熟，他們制造出一種裝置，在空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗達(dá)到0.1%每小時(shí)。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究[5]。

2.2我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展[3]

在大規(guī)模電池儲(chǔ)能裝置技術(shù)方面，我國(guó)起步較晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距，重要表現(xiàn)在：一是設(shè)備容量規(guī)模還較小;二是設(shè)備的壽命短、利用效率低;三是設(shè)備的智能化水平薄弱。在儲(chǔ)能應(yīng)用方面我國(guó)距國(guó)外先進(jìn)水平差距也很大，國(guó)外已經(jīng)有數(shù)十套儲(chǔ)能電站投入運(yùn)行，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有大容量電池儲(chǔ)能裝置的示范工程投入運(yùn)行。

目前，我國(guó)電池儲(chǔ)能的應(yīng)用規(guī)模還很小，但隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整和節(jié)能環(huán)保政策逐步落實(shí)，其應(yīng)用規(guī)模預(yù)計(jì)也將逐步擴(kuò)大。上海市電力公司已經(jīng)建設(shè)包括漕溪站、前衛(wèi)站、白銀站三個(gè)儲(chǔ)能示范電站，電力調(diào)度中心可以直接通過(guò)電網(wǎng)儲(chǔ)能管理系統(tǒng)對(duì)分布于各地的儲(chǔ)能站執(zhí)行統(tǒng)一調(diào)度與遠(yuǎn)程監(jiān)控。BYD在深圳龍崗建立了一座1MW(4MWh)儲(chǔ)能電站。

2.3相關(guān)專利申請(qǐng)狀況[6]

隨著先進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，其相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也急劇新增。日本、美國(guó)和我國(guó)是先進(jìn)儲(chǔ)能專利申請(qǐng)最多的國(guó)家，也是市場(chǎng)開(kāi)拓最大的地區(qū)，占據(jù)了世界先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的前3位。國(guó)際先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域重要包括燃料動(dòng)力電池輔助裝置方法、燃料動(dòng)力電池零部件、活性材料組成或包括活性材料的電極、用催化劑活化的惰性電極、燃料動(dòng)力電池及其制造等領(lǐng)域

圖1世界先進(jìn)儲(chǔ)能專利申

請(qǐng)前20位國(guó)家、組織及區(qū)域分布

我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)專利申請(qǐng)?jiān)?6年之前上升緩慢，重要是由于缺乏與國(guó)際的技術(shù)交流，以及本身發(fā)展緩慢造成，加入WTO之后，國(guó)外公司與研究機(jī)構(gòu)意識(shí)到我國(guó)已經(jīng)成為國(guó)際儲(chǔ)能領(lǐng)域的重要市場(chǎng)，紛紛在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)專利技術(shù)，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)申請(qǐng)的專利比重曾一度降至最低點(diǎn)。但隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)新能源、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新能力不斷提高，國(guó)內(nèi)公司與研究機(jī)構(gòu)申請(qǐng)的專利比重逐年新增。

圖2我國(guó)先進(jìn)儲(chǔ)能專利逐年申請(qǐng)情況

3儲(chǔ)能技術(shù)的分類

3.1飛輪儲(chǔ)能[7,8]

飛輪儲(chǔ)能是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)將電能以機(jī)械能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，在整個(gè)電能的存儲(chǔ)和釋放過(guò)程中都利用了電力電子轉(zhuǎn)換技術(shù)。飛輪儲(chǔ)能密度的大小是由飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大小決定的。以目前的最好的碳素纖維復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，這種材料的飛輪轉(zhuǎn)子可以承受的最大線速度達(dá)到1000m/s以上，儲(chǔ)能密度可達(dá)到230Wh/kg，預(yù)計(jì)正在研制的熔融石英材料的飛輪儲(chǔ)能密度可達(dá)到800Wh/kg，碳納米管材料將使飛輪的儲(chǔ)能密度提高到2700Wh/kg。隨著超導(dǎo)塊材的發(fā)展，采用超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能可以將軸承的摩擦系數(shù)降低到10-7，儲(chǔ)能能量密度和效率都得到了很大的提高。

飛輪儲(chǔ)能的重要優(yōu)點(diǎn)有：

1)儲(chǔ)能密度高;比超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能和一般的蓄電池都要高。

2)充放電時(shí)間短，且無(wú)過(guò)充放電問(wèn)題，壽命長(zhǎng);飛輪儲(chǔ)能充電只要幾分鐘，

而不像化學(xué)電池要幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命重要取決于其電力電子的壽命，一般可達(dá)到20年左右。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)廣泛應(yīng)用的重要瓶頸有：

a)技術(shù)成本相關(guān)于蓄電池來(lái)說(shuō)比較高;

b)軸承材料還有待進(jìn)一步的突破;

c)自放電現(xiàn)象很嚴(yán)重。

3.2超導(dǎo)磁儲(chǔ)能(SMES)[7]

SMES是指利用超導(dǎo)線圈繞制的電感來(lái)儲(chǔ)存電能，因?yàn)槌瑢?dǎo)的零電阻特性使其具有超過(guò)常導(dǎo)2個(gè)數(shù)量級(jí)的通流能力，所以SMES具有比較大的儲(chǔ)能密度，能量密度可達(dá)108J/m3量級(jí)，而且通過(guò)直流電流時(shí)沒(méi)有焦耳損耗。在SMES中超導(dǎo)線圈的能量是以直流形式存儲(chǔ)，參與電網(wǎng)的功率調(diào)節(jié)是通過(guò)變流器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的能量交換的方式。SMES裝置一般由超導(dǎo)磁體及低溫杜瓦、變流系統(tǒng)、制冷設(shè)備和測(cè)控系統(tǒng)四個(gè)重要部件組成。

相比其他儲(chǔ)能SMES具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)響應(yīng)速度快，可以達(dá)到1~5ms，這是其他的儲(chǔ)能達(dá)不到的響應(yīng)速度，這樣對(duì)電網(wǎng)發(fā)生的故障可以很快做出反應(yīng)，進(jìn)行功率的補(bǔ)償;

(2)通過(guò)變流器可以進(jìn)行四象限可控的功率交換，并可以同時(shí)進(jìn)行有功和無(wú)功的交換;

(3)可以短時(shí)間輸出很高的功率，能量損失小，系統(tǒng)效率高;輸出的功率密度很高，由于沒(méi)有直流電阻引起的焦耳熱，能量效率很高，理想可以達(dá)到95%以上。

目前SMES廣泛應(yīng)用的重要問(wèn)題關(guān)鍵還在于超導(dǎo)材料的突破，包括材料的性能和成本等;以及低溫制冷技術(shù)的進(jìn)步。

3.3超級(jí)電容器

普通電解電容器由于材料和容量原因，其存儲(chǔ)能量過(guò)小，所以不能用作大的儲(chǔ)能應(yīng)用。超級(jí)電容器的存儲(chǔ)容量可以達(dá)到普通電容器103倍以上。由于超級(jí)電容器自身的雙電層和內(nèi)阻較大的特點(diǎn)，使其具有很高的功率密度和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。與蓄電池和普通電容器相比，超級(jí)電容器的特點(diǎn)重要體現(xiàn)在：

1)功率密度很高：可達(dá)102~l05W/kg，遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有蓄電池的功率密度水平;

2)循環(huán)壽命較長(zhǎng)：在上萬(wàn)次很短時(shí)間的高速深度循環(huán)后，超級(jí)電容器的性能依然變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%~20%;

3)工作溫度范圍：由于超級(jí)電容器中離子的吸脫附速度在低溫下變化很小，市場(chǎng)上商業(yè)化超級(jí)電容器的工作溫度范圍可達(dá)-30~60℃;

4)綠色環(huán)保：在超級(jí)電容器的生產(chǎn)過(guò)程中防止了使用重金屬等有害的化學(xué)物質(zhì)，因而是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能裝置。

目前超級(jí)電容器的應(yīng)用比較廣泛，但在使用安全和穩(wěn)定上還有待加強(qiáng)。

3.4蓄電池儲(chǔ)能

在電網(wǎng)中應(yīng)用的儲(chǔ)能蓄電池重要有鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池。原理都是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，等要時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)使用。鉛酸蓄電池發(fā)展使用的時(shí)間比較長(zhǎng)，技術(shù)也較成熟，并逐漸進(jìn)入以密封型免維護(hù)產(chǎn)品為主的階段，而且成本較低，能量密度則在各類電池中處于適中水平。在環(huán)境影響上，基于密封閥控型的鉛酸電池也具有較高的運(yùn)行可靠性，只是能量密度較一般，其劣勢(shì)已不甚明顯。

但是相比鉛酸電池，鈉硫電池和液流電池具有其它化學(xué)電池不具備的優(yōu)點(diǎn)：

1)存儲(chǔ)容量更大，可以達(dá)到幾百千瓦甚至上兆瓦，是普通蓄電池的8~10倍;

2)鈉硫電池和液流電池?zé)o污染，不會(huì)對(duì)環(huán)境有影響;

3)壽命高，穩(wěn)定性好。

缺點(diǎn)就是工作環(huán)境要較高溫度，達(dá)300℃~500℃，技術(shù)還有待進(jìn)一步完善。

3.5其他儲(chǔ)能方式[9]

其他儲(chǔ)能方式包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能(compressedairenergystorage，CAES)、蓄熱和蓄冷儲(chǔ)能等。抽水蓄能電站必須配備上、下兩個(gè)水庫(kù)，對(duì)建站地點(diǎn)要求苛刻，但是運(yùn)行簡(jiǎn)單，可靠且使用期較長(zhǎng)[10]。CASE電站建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快，但其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制[11]。熱能存儲(chǔ)常和STES(solarthermalelectricsteam)電廠結(jié)合起來(lái)，這種儲(chǔ)能方式比較可靠，成本相對(duì)低廉。蓄冷常見(jiàn)的重要是水蓄冷和冰蓄冷，轉(zhuǎn)換效率分別為90%和80%。水蓄冷優(yōu)點(diǎn)是不改變制冷機(jī)的空調(diào)工況，但水的蓄冷密度(33.4kJ/kg)，所需蓄冷池體積大，冷量損耗也大。冰蓄冷相變潛熱為334.4kJ/kg，容積大幅減小，這種系統(tǒng)運(yùn)行管理方便，能為系統(tǒng)供應(yīng)2℃~4℃的冷凍水，重要缺點(diǎn)是要較大的制冷量[12]。

表1.1幾種重要儲(chǔ)能技術(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

儲(chǔ)能方式輸出功率放電持續(xù)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間循環(huán)壽命(次)飛輪0-250kW1ms-15min1-20ms20000+SMES10kW-10MW1ms-8s1-5ms100000+超級(jí)電容器0-300W1ms-1h1-20ms50000+鉛酸電池0-50MWsecs-hours20ms12000VRB30kW-3MWsecs-10h20ms-secs12000+NaS50kW-8MWsecs-hours20ms-secs2500

表1.2幾種重要儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)

儲(chǔ)能方式能量密度(Wh/L)功率密度(W/L)自放電能量效率功率成本($/kW)能量成本($/kWh)壽命(y)飛輪20-801000-2000100%0.9250-3501000-500015SMES0.2-2.51000-400010-15%0.95200-300103-10420+超級(jí)電容器10-30100000+20-40%0.95100-300300-200020+鉛酸電池50-8010-4000.1-0.3%0.85300-600200-4005-15VRB16-33Small0.7-0.85600-1500150-10005-10NaS150-25020%0.75-0.861000-3000300-50010-15

4儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的應(yīng)用[13]

配電網(wǎng)重要面向電力負(fù)荷直接供電，且現(xiàn)階段用戶對(duì)電能質(zhì)量和電力品質(zhì)的要求越來(lái)越高，以及環(huán)境和政策因素使這種傳統(tǒng)的大電網(wǎng)已經(jīng)不能很好地滿足各種負(fù)荷的要求，儲(chǔ)能技術(shù)為解決這一問(wèn)題供應(yīng)了新的路徑。儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中有非常大的市場(chǎng)前景，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及供電可靠性都有很大的提升。

4.1供應(yīng)短時(shí)供電

微電網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式。在正常情況下，微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行;當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或發(fā)生電能質(zhì)量事件時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行。微電網(wǎng)在這兩種模式的轉(zhuǎn)換中，往往會(huì)有一定的功率缺額，在系統(tǒng)中安裝一定的儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量，就能保證在這兩種模式轉(zhuǎn)換下的平穩(wěn)過(guò)渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。在新能源發(fā)電中，由于外界條件的變化，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)常沒(méi)有電能輸出(光伏發(fā)電的夜間、風(fēng)力發(fā)電無(wú)風(fēng)等)，這時(shí)就要儲(chǔ)能系統(tǒng)向系統(tǒng)中的用戶持續(xù)供電。

4.2電力調(diào)峰

由于微電網(wǎng)中的微源重要由分布式電源組成，其負(fù)荷量不可能始終保持不變，并隨著天氣的變化等情況發(fā)生波動(dòng)。另外一般微電網(wǎng)的規(guī)模較小，系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力較差，電網(wǎng)及負(fù)荷的波動(dòng)就會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響。為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的峰值負(fù)荷，就必須使用調(diào)峰電廠來(lái)解決，但是現(xiàn)階段重要運(yùn)行的調(diào)峰電廠，運(yùn)行昂貴，實(shí)現(xiàn)困難。

儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，它可以在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存電源的多余電能，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調(diào)節(jié)功率需求。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其用途越來(lái)越重要。它不僅防止了為滿足峰值負(fù)荷而安裝的發(fā)電機(jī)組，同時(shí)充分利用了負(fù)荷低谷時(shí)機(jī)組的發(fā)電，防止浪費(fèi)。

4.3改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量

微電網(wǎng)要作為一個(gè)微源與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，必須達(dá)到電網(wǎng)對(duì)功率因數(shù)、電流諧波畸變率、電壓閃變以及電壓不對(duì)稱的要求。此外，微電網(wǎng)必須滿足自身負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求，保證供電電壓、頻率、停電次數(shù)都在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)于微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起著十分重要的用途，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制，就可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)和負(fù)荷供應(yīng)有功和無(wú)功，達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。

關(guān)于微電網(wǎng)中的光伏或者風(fēng)電等微電源，外在條件的變化會(huì)導(dǎo)致輸出功率的變化從而引起電能質(zhì)量的下降。假如將這類微電源與儲(chǔ)能裝置結(jié)合，就可以很好地解決電壓驟降、電壓跌落等電能質(zhì)量問(wèn)題。在微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，針對(duì)系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時(shí)停電、電壓驟升、電壓驟降等問(wèn)題，此時(shí)利用儲(chǔ)能裝置供應(yīng)快速功率緩沖，吸收或補(bǔ)充電能，供應(yīng)有功功率支撐，進(jìn)行有功或無(wú)功補(bǔ)償，以穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。

4.4提升微電源性能

多數(shù)可再生能源諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均勻性和不可控性，輸出的電能可能隨時(shí)發(fā)生變化。當(dāng)外界的光照、溫度、風(fēng)力等發(fā)生變化時(shí)，微源相應(yīng)的輸出能量就會(huì)發(fā)生變化，這就決定了系統(tǒng)要一定的中間裝置來(lái)儲(chǔ)存能量[14]。如太陽(yáng)能發(fā)電的夜間，風(fēng)力發(fā)電在無(wú)風(fēng)的情況下，或者其他類型的微電源正處于維修期間，這時(shí)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能就能起過(guò)渡用途，其儲(chǔ)能的多少重要取決于負(fù)荷需求。

5儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用[15]

5.1利用儲(chǔ)能系統(tǒng)增強(qiáng)風(fēng)電穩(wěn)定性

儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速吸收或釋放有功及無(wú)功功率的特點(diǎn)，對(duì)改善系統(tǒng)的功率平衡狀況以及提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性都有很大幫助。據(jù)目前的研究和仿真結(jié)果顯示，超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)降低并網(wǎng)處風(fēng)電的電壓波動(dòng)和平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出的波動(dòng)具有很好的效果，同時(shí)還能起到增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的用途。

另外風(fēng)電的穩(wěn)定還表現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的穩(wěn)定及頻率穩(wěn)定性，目前這方面問(wèn)題的研究重要集中在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)平抑風(fēng)電輸出功率頻率波動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)在學(xué)者的很多理論和試驗(yàn)研究結(jié)果，儲(chǔ)能系統(tǒng)確實(shí)能有效的改善風(fēng)電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，且儲(chǔ)能系統(tǒng)容量越大響應(yīng)速度越快效果越好。

故增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就要儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的能力，如SMES、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式，因?yàn)闀簯B(tài)過(guò)程中系統(tǒng)的各參量變化很快，因此就要儲(chǔ)能裝置能夠快速補(bǔ)償功率不平衡量，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，上述提到的幾種儲(chǔ)能方式響應(yīng)速度可以達(dá)到1-20ms，在提高穩(wěn)定性的應(yīng)用中對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的要求卻不高。

5.2增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組LVRT功能

當(dāng)在電力系統(tǒng)中風(fēng)電容量所占比例較高時(shí)，風(fēng)電機(jī)組是否具有低電壓穿越能力是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性很關(guān)鍵的一個(gè)因素。有低電壓穿越功能的風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)如外部電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，能夠有效解決故障所引起的電壓劇烈下降問(wèn)題，起到增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性的用途。而機(jī)組的低電壓穿越功能可以通過(guò)在變流器直流部分并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這種方式不僅能從根本上解決故障期間風(fēng)電機(jī)組過(guò)電流燒壞轉(zhuǎn)子或變流器的問(wèn)題，還可以很大程度上增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的低電壓引起機(jī)組退網(wǎng)運(yùn)行的功能。

5.3增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)功率穿越極限(Wpp)

影響Wpp水平的因素與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)有關(guān)，如頻率和電壓穩(wěn)定等因素，因此采用的儲(chǔ)能方式也就不盡相同。一般來(lái)說(shuō)采取一定的控制策略下，飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)能通過(guò)與電網(wǎng)之間有功和無(wú)功功率的交換有效改善系統(tǒng)的頻率特性，改善并網(wǎng)處的電壓波動(dòng)性，從而新增系統(tǒng)的Wpp。

5.4提高風(fēng)電場(chǎng)供電質(zhì)量

在提高電能質(zhì)量應(yīng)用方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要用途是快速的與系統(tǒng)之間進(jìn)行有功、無(wú)功功率交換，以此來(lái)有效改善電壓波動(dòng)性，如電壓暫降、波形畸變及閃變等。另外，解決電壓波動(dòng)、電壓暫降等電能質(zhì)量問(wèn)題重要是短時(shí)功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，這就要儲(chǔ)能系統(tǒng)具備ms級(jí)功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的能力，結(jié)合前面對(duì)幾種儲(chǔ)能方式的分析，SMES、超級(jí)電容儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能都滿足要求。

5.5改善風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性

隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)電作為電源接入電網(wǎng)，將導(dǎo)致原有系統(tǒng)的備用容量新增，甚至還要額外配備平衡穩(wěn)定裝置，使得系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有所降低。在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠得到很大的程度上的緩解，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)雙贏的目的。另外，在現(xiàn)今的電力市場(chǎng)環(huán)境下風(fēng)電面對(duì)著成本較高、供電質(zhì)量不高等問(wèn)題，導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)力較差，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)配合風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行，對(duì)有效的解決緩解實(shí)現(xiàn)風(fēng)電效益最大化是一個(gè)很好的途徑。

6儲(chǔ)能研究發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，各種儲(chǔ)能方法都不能完全兼顧安全性、高比功率、高比能量、長(zhǎng)使用壽命、技術(shù)成熟以及工作溫度范圍寬等多方面的要求，各種儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展還很不成熟，因此可大規(guī)模應(yīng)用于電網(wǎng)中的儲(chǔ)能技術(shù)還有很大的研究前景和發(fā)展空間。

(1)研發(fā)快速高效低成本的儲(chǔ)能電池：現(xiàn)階段成本過(guò)高是儲(chǔ)能技術(shù)大規(guī)模推廣運(yùn)用的最大瓶頸，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)的一個(gè)重要。

(2)各種儲(chǔ)能技術(shù)的綜合應(yīng)用：由于各種儲(chǔ)能方法均存在著一定的缺點(diǎn)或者局限性，并且由于本身的固有特性對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)又要付出實(shí)現(xiàn)難易度以及成本上的代價(jià)，因此對(duì)各種方法有機(jī)結(jié)合則可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能量和功率等方面的多重要求，并且可以顯著延長(zhǎng)儲(chǔ)能元件的循環(huán)壽命，這也成為儲(chǔ)能研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。

(3)儲(chǔ)能系統(tǒng)電網(wǎng)中應(yīng)用的分析理論和方法：在充分理解含儲(chǔ)能裝置在電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，研究?jī)?chǔ)能裝置內(nèi)部的復(fù)雜非線性電磁問(wèn)題，以及儲(chǔ)能裝置和系統(tǒng)中元件之間的相互用途。

(4)研究有效的儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略：研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)綜合特性，穩(wěn)態(tài)特性，暫態(tài)特性，充分利用儲(chǔ)能系統(tǒng);提高傳統(tǒng)電源，新能源，負(fù)荷等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享，合理安排充放電時(shí)間，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)利用效果。

7結(jié)語(yǔ)

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)電網(wǎng)定將會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)具有儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的，以清潔能源為主、化石能源為輔，發(fā)電和輸電系統(tǒng)適度發(fā)展，用電安全性、靈活性和服務(wù)品質(zhì)大幅提升，負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)合理配置，并輔之以高性能電力電子器件、柔性輸電、分布式電源、需求響應(yīng)、清潔能源高效控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的全新發(fā)展模式[16]。然而，僅依賴對(duì)間歇式新能源的精確預(yù)測(cè)和控制水平提升，并不能從根本上實(shí)現(xiàn)該類能源的綜合高效利用。只有將分布式發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。因此，加快發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)作為未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)。

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