胡雪峰1,2，楊卓3，譚向宇4，王達(dá)達(dá)4，趙現(xiàn)平4，高亞靜2，田雷5，趙盛萍1
1華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站，昆明
2華北電力大學(xué)，保定
3云南電網(wǎng)公司，昆明
4云南電網(wǎng)電力研究院，昆明
5昆明理工大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站，昆明
摘要：大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)，被稱為電力成產(chǎn)中發(fā)電、輸電、變電、配電和用電之外的“第六環(huán)節(jié)”。本文結(jié)合智能電網(wǎng)發(fā)展需求，簡(jiǎn)要介紹了各種儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了構(gòu)建大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的必要性及其發(fā)展趨勢(shì)，最后結(jié)合項(xiàng)目組調(diào)研情況，對(duì)當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展提出了建設(shè)性意見(jiàn)。
1.引言
目前，世界各國(guó)都在結(jié)合本國(guó)電網(wǎng)特點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的目標(biāo)是通過(guò)全面改造現(xiàn)有的電力系統(tǒng)，構(gòu)建成高效、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全的下一代電網(wǎng)。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵因素，它通過(guò)在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)上增加儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，在負(fù)荷低谷時(shí)將電能儲(chǔ)存起來(lái)，負(fù)荷高峰時(shí)將存儲(chǔ)的電能釋放回電網(wǎng)，將原來(lái)幾乎完全“剛性”的電力系統(tǒng)變得“柔性”起來(lái)[1]，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)各項(xiàng)設(shè)定目標(biāo)，因此儲(chǔ)能技術(shù)也被稱為電力生產(chǎn)中發(fā)電、輸電、變電、配電和用電之外的“第六環(huán)節(jié)”[2]。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在智能電網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，在削峰填谷、消納風(fēng)能等可再生能源發(fā)電、平穩(wěn)電能輸出、改善電能質(zhì)量、應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況對(duì)系統(tǒng)沖擊等方面具有巨大潛力[3]。
2.各種儲(chǔ)能方式簡(jiǎn)介
儲(chǔ)能方式分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能，其中機(jī)械儲(chǔ)能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能；化學(xué)儲(chǔ)能主要是指電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池和鋰電池等。
2.1.抽水蓄能
抽水蓄能電站配備上、下游兩個(gè)水庫(kù)，負(fù)荷低谷電能富余時(shí)，將下游水庫(kù)的水抽到上游水庫(kù)保存；負(fù)荷高峰電能缺口時(shí)，利用儲(chǔ)存在上游水庫(kù)中的水發(fā)電。抽水蓄能是目前存儲(chǔ)大規(guī)模電力技術(shù)最成熟、成本效益最好的儲(chǔ)能技術(shù)，也是當(dāng)前惟一廣泛采用的大規(guī)模能量存儲(chǔ)技術(shù)，世界總裝機(jī)容量已超過(guò)150,000MW；缺點(diǎn)是其受地理?xiàng)l件、轉(zhuǎn)化效率等方面的制約較大，響應(yīng)時(shí)間是分鐘級(jí)，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)能力較差。抽水蓄能電站能夠用于黑啟動(dòng)、控制電網(wǎng)頻率、提供備用容量和提高火電站和核電站的運(yùn)行效率等方面。
目前，我國(guó)已建成抽水蓄能電站20余座，不足全國(guó)總裝機(jī)容量的2%，低于一般工業(yè)化國(guó)家5%~10%的平均水平[4]。近期國(guó)家加快了相關(guān)技術(shù)研發(fā)的投入，在建裝機(jī)容量達(dá)到12,040MW，居世界第一，2020年我國(guó)抽水蓄能電站總裝機(jī)容量將達(dá)到約6000萬(wàn)kW。我國(guó)單機(jī)最大的浙江仙居抽水蓄能電站于2010年12月開(kāi)工建設(shè)，將安裝4臺(tái)單機(jī)37.5萬(wàn)kW的機(jī)組，預(yù)計(jì)2016年建成，建成后可以為華東電網(wǎng)提供300萬(wàn)kW調(diào)峰容量。2012年6月15日，國(guó)家863計(jì)劃課題“大規(guī)模風(fēng)電與大容量抽水儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的聯(lián)合優(yōu)化技術(shù)”啟動(dòng)，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)抽水蓄能電站在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。
2.2.壓縮空氣儲(chǔ)能
壓縮空氣儲(chǔ)能是利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，將空氣高壓密封在密封空間中，在需要電能時(shí)，釋放高壓空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲(chǔ)能燃料消耗比調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)組可以減少1/3，所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40%，安全系數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)[5,6]。壓縮空氣儲(chǔ)能只適用于大型系統(tǒng)，同時(shí)建造受地穴、礦井等特殊地形條件的限制[7]。
壓縮空氣儲(chǔ)能由于其儲(chǔ)能規(guī)模大、成本低，在全球范圍內(nèi)有很大的發(fā)展空間。目前美國(guó)正計(jì)劃在俄亥俄州建造世界上最大容量的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，總裝機(jī)容量達(dá)到2700MW。我國(guó)于2003年開(kāi)始?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能的研究，哈爾濱電力部門正在利用現(xiàn)有的地道作為貯氣室進(jìn)行研究。華北電力大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校正在進(jìn)行壓縮空氣系統(tǒng)熱力性能計(jì)算及其經(jīng)濟(jì)分析的研究。
隨著分布式能量系統(tǒng)的發(fā)展以及減少儲(chǔ)氣庫(kù)容積和提高儲(chǔ)氣壓力的需要，8~12MW微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
2.3.飛輪儲(chǔ)能
飛輪儲(chǔ)能的原理是將電能通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，供電時(shí)，將飛輪的動(dòng)能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出到外部負(fù)載。飛輪儲(chǔ)能的主要優(yōu)點(diǎn)是高充放電率，高循環(huán)次數(shù)，響應(yīng)速度快，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，壽命一般為20年；缺點(diǎn)是成本高、能量密度較低，保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高，儲(chǔ)能損耗較高，不適合用于能量的長(zhǎng)期存儲(chǔ)[8]。
受益于電力電子技術(shù)、磁懸浮技術(shù)和高強(qiáng)度碳素纖維技術(shù)的進(jìn)步，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速。文獻(xiàn)[9-11]介紹，國(guó)際先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能效率已經(jīng)達(dá)到了99.4%，可儲(chǔ)能100kWh。2004年，巴西實(shí)現(xiàn)了利用超導(dǎo)與永磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能，用于電壓補(bǔ)償。2011年，世界最大的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)完成安裝，容量20MW，采用了當(dāng)前世界最先進(jìn)的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子技術(shù)，吸收并釋放1MW的電能僅需15分鐘。
我國(guó)飛輪儲(chǔ)能研究起步較晚，目前還只是從事系統(tǒng)基礎(chǔ)研究及小容量試點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展正朝著大功率、高效率、低損耗和安全可靠的方向發(fā)展。
2.4.電池儲(chǔ)能
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是指以蓄電池為能量載體與電網(wǎng)進(jìn)行電能交換的系統(tǒng)。具有充電/放電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換迅速、設(shè)備維護(hù)工作量小、高度智能化等優(yōu)點(diǎn)，可配合新能源并網(wǎng)，可作應(yīng)急電源，亦可小范圍孤網(wǎng)運(yùn)行[12-14]。
根據(jù)所用化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池可以分為鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池和鋰電池等。鉛酸電池價(jià)格低廉，技術(shù)成熟，可靠性高，占據(jù)著電池儲(chǔ)能45%~50%的市場(chǎng)，但是其能量密度低、壽命短、污染環(huán)境等缺點(diǎn)制約了鉛酸電池的發(fā)展；液流電池是目前一種前沿儲(chǔ)能技術(shù)，克服了鉛酸電池壽命短的缺點(diǎn)，但是其同樣具有污染性；鈉硫電池比能量高，可實(shí)現(xiàn)大電流、高功率放電，充放電效率高，但是它需要采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)來(lái)維持300℃~350℃的工作溫度，安全性較差，成本太高；鋰離子電池體積小、能量密度高、綜合效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保，受電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)，鋰電池的技術(shù)和資金儲(chǔ)備雄厚，是最具有發(fā)展前景的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，但是鋰電池需要較復(fù)雜的電源管理系統(tǒng)，生產(chǎn)成本較高。
美國(guó)電科院在2009年開(kāi)展了MW級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)用于平滑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)的示范應(yīng)用，目前世界上運(yùn)行的最大鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)是A123公司投資建設(shè)的，裝機(jī)容量為2MW[15]。2009年11月，我國(guó)成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的容量為650A·h的鈉硫儲(chǔ)能單體電池，使我國(guó)成為繼日本之后世界上第二個(gè)掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國(guó)家。在日本運(yùn)營(yíng)的容量為4MW的全釩液流電池為當(dāng)?shù)?2MW的風(fēng)電場(chǎng)提供儲(chǔ)能，并已運(yùn)行27萬(wàn)次循環(huán)，世界上還沒(méi)有任何其他儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求[16]。
2.5.超導(dǎo)磁儲(chǔ)能
超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載。功率輸送時(shí)不需要能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快、綜合效率高和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷，而且可用于降低甚至消除電網(wǎng)的低頻功率振蕩，改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性，同時(shí)還可用于無(wú)功和功率因素的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
近年來(lái)，超導(dǎo)材料實(shí)用化發(fā)展迅速，促進(jìn)了超導(dǎo)儲(chǔ)能的研發(fā)和應(yīng)用。但是，要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用，還需要提高超導(dǎo)體的臨界溫度，研制出力學(xué)性能和電池性能良好的超導(dǎo)線材，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和使用壽命[17]。目前世界上1~5MJ/MW低溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置已形成產(chǎn)品，100MJ超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入高壓輸電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行，5GWh超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)已通過(guò)可行性分析和技術(shù)論證。我國(guó)十五“863”計(jì)劃啟動(dòng)了高溫超導(dǎo)輸電電纜、限流器、變壓器以及高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)等超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目，取得了良好的進(jìn)展。2005年11月，我國(guó)第一臺(tái)直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)在華中科技大學(xué)系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了動(dòng)模試驗(yàn)運(yùn)行[18,19]。
2.6.超級(jí)電容器
超級(jí)電容器由2個(gè)多孔電極、隔膜及電解質(zhì)組成。超級(jí)電容器充放電的速度快，幾乎沒(méi)有充放電次數(shù)以及最大放電量的限制，平均壽命可達(dá)25年以上。缺點(diǎn)是儲(chǔ)能密度低于一般的化學(xué)電池，且放電時(shí)間很短。其未來(lái)的發(fā)展主要是面向電動(dòng)汽車，以及電力系統(tǒng)中短時(shí)間、大功率負(fù)載的平滑，在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平等。
國(guó)外就超級(jí)電容器方面的研究較早，美國(guó)、日本和俄羅斯的大公司一直占據(jù)著這一行業(yè)大部分市場(chǎng)份額，產(chǎn)品領(lǐng)域包括電動(dòng)汽車、軌道交通能量回收系統(tǒng)、小型新能源發(fā)電系統(tǒng)及軍用武器等方面。我國(guó)在這個(gè)行業(yè)也有了一定成果，大慶華隆電子有限公司是我國(guó)首家實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化的公司；無(wú)錫力豪科技有限公司與中科院電工研究所無(wú)錫分所經(jīng)過(guò)多年聯(lián)合攻關(guān)，于2011年8月成功研制出基于超級(jí)電容器的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；超級(jí)電容公交電車方面，中國(guó)是唯一將超級(jí)電容公交車投入量產(chǎn)的國(guó)家。
各種儲(chǔ)能方式特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。
3.智能電網(wǎng)發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能的必要性
3.1.滿足可再生能源發(fā)展需要
由于風(fēng)能和太陽(yáng)能等新能源具有隨機(jī)性、間歇性、出力變化快等特點(diǎn)，而且風(fēng)能還具有不可預(yù)測(cè)、反調(diào)峰特性，大容量的新能源發(fā)電直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行、控制及有功調(diào)度帶來(lái)較大的影響，并網(wǎng)問(wèn)題現(xiàn)已成為了制約可再生能源發(fā)展的瓶頸。新能源發(fā)電設(shè)備中若配有儲(chǔ)能裝置，利用儲(chǔ)能裝置秒級(jí)甚至毫秒級(jí)的有功調(diào)節(jié)能力，可以平滑新能源的輸出曲線。儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力使其可發(fā)揮類似發(fā)電機(jī)的對(duì)電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)作用，調(diào)和電力供給與需求之間的差異。儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源領(lǐng)域的另一項(xiàng)應(yīng)用是風(fēng)光儲(chǔ)一體化發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能和光伏在時(shí)間和地域上的天然互補(bǔ)性，同時(shí)配合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能的存儲(chǔ)和釋放，改善整個(gè)風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，緩解風(fēng)電、光電等可再生能源對(duì)電網(wǎng)的不利影響，增加電網(wǎng)對(duì)可再生能源的吸納程度。2009年6月，總投資200億元，張北成為了世界第一個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)試驗(yàn)基地。
文獻(xiàn)[20,21]通過(guò)仿真研究，表明超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效改善風(fēng)電輸出功率及系統(tǒng)的頻率波動(dòng)。針對(duì)這些控制方案將降低風(fēng)電機(jī)組效率的缺陷，文獻(xiàn)[22]通過(guò)對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制，實(shí)現(xiàn)了平滑風(fēng)電輸出功率、參與電網(wǎng)頻率控制的雙重目標(biāo)。
3.2.削峰填谷，減少系統(tǒng)備用，提高設(shè)備利用率
電力生產(chǎn)要求發(fā)電、供電、用電之間必須隨時(shí)保持平衡，然而白天和黑夜、不同季節(jié)間的峰谷差要求電力系統(tǒng)又必須配有一定的發(fā)電備用容量，隨著新能源產(chǎn)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，通過(guò)增加旋轉(zhuǎn)備用來(lái)滿足高峰負(fù)荷需求變得越來(lái)越困難。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在電網(wǎng)負(fù)荷低谷的時(shí)候作為負(fù)荷從電網(wǎng)獲取電能充電，在電網(wǎng)負(fù)荷峰值的時(shí)候向電網(wǎng)輸送電能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷功能[23,24]，同時(shí)，還可以減少電網(wǎng)對(duì)發(fā)電設(shè)備的投資，提高電力設(shè)備的使用率，減小線路損耗，提高供電可靠性，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
儲(chǔ)能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，將比火電機(jī)組更適合充當(dāng)發(fā)電備用的角色。如果將來(lái)能夠建設(shè)更大容量的儲(chǔ)能站，或者在全網(wǎng)分散布置大量的小容量?jī)?chǔ)能站，當(dāng)整體儲(chǔ)能容量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，就能逐步減少火電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用。
文獻(xiàn)[25]通過(guò)在PSCAD下建模仿真說(shuō)明了超級(jí)電容在解決分布式發(fā)電電能質(zhì)量等問(wèn)題方面有很好的效果。文獻(xiàn)[26,27]研究了采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)提高電能質(zhì)量的問(wèn)題，結(jié)果表明，該儲(chǔ)能系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的快速有功、無(wú)功功率交換，有效改善電壓波動(dòng)性，適用于解決風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題。
3.3.減緩輸電壓力，提升配網(wǎng)智能化水平
在我國(guó)許多地區(qū)，電力輸送能力的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上電力需求增長(zhǎng)的步伐，在高峰電力需求時(shí)輸配電系統(tǒng)往往變得擁擠阻塞，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。若把儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在輸配電系統(tǒng)阻塞段的潮流下游，電能被存儲(chǔ)在沒(méi)有輸配電阻塞的區(qū)段，在電力需求高峰時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放電能，從而減少輸配電系統(tǒng)容量的要求，緩解輸配電系統(tǒng)阻塞的情況。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以減少電力傳輸中的異常和干擾，解決輸電穩(wěn)定性阻尼和次同步諧振阻尼等問(wèn)題，改善動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性，以及減少系統(tǒng)低頻時(shí)甩負(fù)荷量。
置于用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可增強(qiáng)系統(tǒng)的供電可靠性，改善用戶的電能質(zhì)量。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，微網(wǎng)的概念逐步得到推廣。各種儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微網(wǎng)的分布式電源之一，通過(guò)電力電子裝置在秒級(jí)甚至毫秒級(jí)快速響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)“永不斷電”的目標(biāo)。另一方面，小型的家庭式儲(chǔ)能設(shè)備和區(qū)域性的微網(wǎng)儲(chǔ)能裝置，可以通過(guò)智能表計(jì)接入到周圍的大中型電網(wǎng)中，在用電高峰時(shí)向電網(wǎng)供電，增加了電力用戶與電網(wǎng)的互動(dòng)。
3.4.促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展
近日，在海口舉行的“中國(guó)國(guó)際電動(dòng)汽車及充電裝置、儲(chǔ)能技術(shù)展覽會(huì)”上，電網(wǎng)公司強(qiáng)調(diào)要加速充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，迎接電動(dòng)汽車的高速發(fā)展時(shí)期。隨著電網(wǎng)智能化水平以及電動(dòng)汽車保有量的大幅提高，電動(dòng)汽車的車載電池作為可移動(dòng)儲(chǔ)能單元，豐富了電網(wǎng)的可控資源，對(duì)智能電網(wǎng)平衡大量不可控的可再生能源有著重要的作用。在用電低谷時(shí)，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能電站的電池可以從電網(wǎng)吸納大量富余電力，用電高峰來(lái)臨時(shí)，電池的電能可以反過(guò)來(lái)被電網(wǎng)吸收，或可以作為停電時(shí)的備用電源。把這兩者有機(jī)結(jié)合在一起可以充分利用電池儲(chǔ)能站的配套設(shè)施，可達(dá)到資源的最大利用。
3.5.電網(wǎng)應(yīng)急相應(yīng)的需要
在電網(wǎng)失電的情況下，通過(guò)傳感器技術(shù)和通信與信息技術(shù)進(jìn)行故障快速診斷，儲(chǔ)能電站切換至電網(wǎng)緊急模式，儲(chǔ)能裝置向用電設(shè)備提供已儲(chǔ)備的電能，起到應(yīng)急供電的作用。
儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁﹤溆秒娫?，具有輔助設(shè)備簡(jiǎn)單，廠用電少，啟動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，為系統(tǒng)黑啟動(dòng)提供電源，提高供電可靠性和抵御自然災(zāi)害的能力。其移動(dòng)性和靈活的特點(diǎn)尤其適用于地震洪水等自然災(zāi)害后的恢復(fù)。
對(duì)于一些重要負(fù)荷或者供電可靠性很差的部分地區(qū)，在發(fā)生事故失去主網(wǎng)電源或者輸配電設(shè)備檢修時(shí)需要孤網(wǎng)運(yùn)行，孤網(wǎng)容量較小，要求備用電源必須相應(yīng)速度快，儲(chǔ)能電站是最適合孤網(wǎng)供電的備用電源。
4.大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展展望
1)由于不同的儲(chǔ)能技術(shù)在額定功率下的放電時(shí)間不同，因此應(yīng)用在電網(wǎng)不同的地方時(shí)，應(yīng)該選擇合適的儲(chǔ)能方式。當(dāng)用于電能質(zhì)量改善、電網(wǎng)頻率穩(wěn)定及UPS時(shí)，應(yīng)選擇響應(yīng)快速、放電時(shí)間短的電池，例如超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能等；當(dāng)用于供電的連續(xù)性、緩沖或者備用電源時(shí)，則選擇能放電數(shù)秒到數(shù)分鐘的相應(yīng)的短時(shí)儲(chǔ)能方式；當(dāng)用于電網(wǎng)的削峰填谷或者風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的并網(wǎng)儲(chǔ)能時(shí)，則選擇能夠大規(guī)模儲(chǔ)能，且自放電小的儲(chǔ)能方式，例如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等；在地理?xiàng)l件受限制的時(shí)候，可以選擇鈉硫電池、液流電池等。
2)就目前的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲(chǔ)能技術(shù)很難同時(shí)滿足能量密度、功率密度、儲(chǔ)能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標(biāo)，如果將兩種或以上性能互補(bǔ)性強(qiáng)的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，組成復(fù)合儲(chǔ)能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。在電網(wǎng)應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，電能質(zhì)量改善和削峰填谷等多時(shí)間尺度上的功率平準(zhǔn)控制，可以將超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能或超級(jí)電容器等功率密度、高儲(chǔ)能效率高以及循環(huán)壽命長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)與鉛酸電池、液流電池或鈉硫電池等能量密度高但受制于電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，以最大程度地發(fā)揮各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，降低全壽命周期費(fèi)用，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
3)目前的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)主要是抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能。有條件的地方可以因地制宜建設(shè)抽水蓄能電站，用于電力系統(tǒng)調(diào)峰，或作為可再生能源發(fā)電廠的調(diào)頻備用，減小其發(fā)點(diǎn)波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)的影響?？紤]到我國(guó)海上風(fēng)電資源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的前景，如選擇三面環(huán)山的海灣作為水庫(kù)的壩址，圍海建立大型抽水蓄能電站；或選擇一些條件好的廢棄礦井、洞穴，修建壓縮空氣儲(chǔ)能電站，與當(dāng)?shù)氐拇笮惋L(fēng)電場(chǎng)或光伏電站相結(jié)合，為這些可再生能源電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持，增加可再生能源發(fā)點(diǎn)的容量可信度，使其稱為具有一定可預(yù)測(cè)性和可調(diào)度性的穩(wěn)定電源。
5.總結(jié)
大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)現(xiàn)階段電網(wǎng)的影響是變革性的，電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)都將受益于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。智能電網(wǎng)建設(shè)將會(huì)促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)科技日新月異是可以預(yù)見(jiàn)的。結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展遇到的問(wèn)題，在此提出促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的建議：
1)合理規(guī)劃，優(yōu)先在電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施。大規(guī)模儲(chǔ)能建設(shè)投資高，為充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)優(yōu)先在窩電嚴(yán)重區(qū)域、頻繁缺電區(qū)域及樞紐變電站配置儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2)積極推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)注體系的建立。國(guó)家應(yīng)加速出臺(tái)有關(guān)新能源及儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)體系和相關(guān)規(guī)章制度，企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)也要積極參與建立儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。
3)建設(shè)示范工程，加速成熟儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。技術(shù)欠成熟儲(chǔ)能技術(shù)，如超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等，安排儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，為未來(lái)大規(guī)模應(yīng)用積累技術(shù)數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；技術(shù)成熟技術(shù)，如抽水蓄能、電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等，加速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)其健康有序發(fā)展。
4)加速儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制的建立。政府和電網(wǎng)公司應(yīng)分別從政策和技術(shù)層面，加快出臺(tái)峰谷電價(jià)、儲(chǔ)能電價(jià)，使的儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)能盡快收回投資，增進(jìn)企業(yè)發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的積極性。
5)培養(yǎng)家庭及工商業(yè)避峰用電的習(xí)慣和意識(shí)。私人電動(dòng)汽車晚上充電、高耗能企業(yè)夜間生產(chǎn)等活動(dòng)習(xí)慣，將使得儲(chǔ)能概念深入人心，同時(shí)促進(jìn)了低碳社會(huì)發(fā)展。
參考文獻(xiàn) (References)
[1]A.C.Ferreira, L.M.Souza and E.H.Watanabe.Improving power quality with a variable speed synchronous condenser.In-ternational Conference on Power Electronics, Machines and Drives,4-7 June 2002: 456-460.
[2]鄂寶民, 黃旭, 龐立軍等.先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)在環(huán)渤海風(fēng)電發(fā)展中的應(yīng)用前景分析[A].第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第15分會(huì)場(chǎng)-大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C], 天津, 2011.
[3]T.F.Garrity.Getting smart.IEEE Power and Energy Magazine,2008, 6(2): 38-45.
[4]駱妮, 李建林.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究進(jìn)展[J].電網(wǎng)與清潔能源, 2012, 28(2): 71-78.
[5]D.J.Swider.Compressed air energy storage in an electricity system with significant wind power generation.IEEE Transac-tions on Energy Conversion, 2007, 22(1): 95-102.
[6]S.S.Lee, Y.M.Kim, J.K.Park, et al.Compressed air energy storage units for power generation and DSM in Korea.Seoul:IEEE Power Engineering Society General Meeting, 24-28 June 2007: 1-6.
[7]魏增福, 鄭金.應(yīng)用于智能電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)[J].廣東電力,2010, 23(11): 22-27.
[8]管俊, 高賜威.儲(chǔ)能技術(shù)在抑制風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)方面的研究綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源, 2011, 27(4): 48-53.
[9]張雪莉, 李建寧, 李贏.儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建筑電氣電器應(yīng)用, 2012, 6(2): 50-57.
[10]胡春雨, 陳強(qiáng), 李武峰等.大容量電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電中的應(yīng)用[A].第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第15分會(huì)場(chǎng)——大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C], 天津, 2011.
[11]王文亮, 秦明, 劉衛(wèi).大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用研究[A].經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新——第十二屆中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)年會(huì)[C], 福州, 2010.
[12]孔令怡, 廖麗瑩.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣開(kāi)關(guān), 2008, 5: 61-64.
[13]程路, 白建華, 賈德香等.國(guó)外風(fēng)電并網(wǎng)特點(diǎn)及對(duì)我國(guó)的啟示[J].中外能源, 2011, 16(6): 30-33.
[14]劉怡, 陸志剛, 雷金勇等.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[A].第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第15分會(huì)場(chǎng)——大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C], 天津, 2011.
[15]俞振華.大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)電力企業(yè)管理, 2009, 7: 26-28.
[16]張翼.電力儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程, 2012,31(4): 81-84.
[17]樊冬梅, 雷金勇, 甘德強(qiáng).超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(18): 82-86.
[18]羅承先.世界促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新動(dòng)向[J].中外能源,2012, 17(5): 32-39.
[19]紀(jì)尚昆.超導(dǎo)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].廣西電業(yè), 2010,1: 115-117.
[20]石新春, 張玉平, 陳雷.一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的光伏控制器的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù), 2008, 31(21): 133-136.
[21]梁振峰, 楊曉萍, 張娉.分布式發(fā)電技術(shù)及其在中國(guó)的發(fā)展[J].西北水電, 2006, 1: 51-53.
[22]H.A.Mohd, M.Toshiaki and T.Junji.Stabilization of power system including nd generator by fuzzy logic-controlled super-conducting magnetic energy storage.Knala: Proceedings of In-ternational Conference on Power Electronics and Drives Sys-tems, 2005: 1611-1616.
[23]于大洋, 宋曙光, 張波等.區(qū)域電網(wǎng)滇東汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(14): 24-29.
[24]Energy Storage Association.Energy storage technologies and applications, 2008.
[25]張華民, 周漢濤, 趙平等.儲(chǔ)能技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及展望[J].能源工程, 2005, 3: 1-5.
[26]M.G.Molina, P.E.Mcrcado.Control design and simulation of DSTATCOM with energy storage for power quality improvement.Caracas: IEEE Power Engineering Society Transmission& Distribution Conference and Exposition, 15-18 August 2006:1-7.
[27]A.Taguchi, T.Imayoshi, T.Nagafuchi, et al.A study of SMES control logic for power system stabilization.IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2007, 17(2): 2343-2346.
評(píng)論