目前,各种储能的技术发展水平各有不同,在集成功率等级、持续放电时间、能量转换效率、循环寿命、功率/能量密度及成本等方面均有差异。
2 分布式可再生能源领域中的储能应用现状
分布式电源的接入促进了电能与其他能源的融合和转换,促进了多种能源的互补和高效利用。电力、天然气、热能、氢能、生物质能等多种一次和二次能源将在用户侧得到综合利用,联合提供用户所需的终端用能服务。
而分布式电源的接入使配电网变成有源电网,对配电网规划、并网管理、运行、经营服务等提出了很大的挑战。主动配电网(ActiveDistributionNetwork,ADN)有机整合先进信息通信、电力电子及智能控制等技术,为实现分布式可再生能源大规模并网与高效利用提供了一种有效解决方案。而储能技术作为主动配电网的必要环节,通过与分布式电源一同并入电网,对电网起到支撑作用,图3为储能技术促进分布式发电并网的典型拓扑结构。
在促进分布式可再生能源发电灵活接入和高效利用中的作用主要有:①抑制分布式电源的功率波动,减少分布式电源对用户电能质量的影响;②为未来可能出现的直流配电网及直流用电设备的应用提供支持;③增强配电网潮流、电压控制及自恢复能力,提高配电网对分布式发电的接纳能力;④提供时空功率和能量调节能力,提高配电设施利用效率,优化资源配置。
图3基于直流母线方式的分布式发电系统
微网将分布式发电装置、负荷、储能以及控制装置有机结合接入中低压配电系统中。既可与电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行,是分布式可再生能源有效利用的重要形式。
图4为典型的微网拓扑结构,包括微型燃气轮机、风力发电机、光伏电池、燃料电池和蓄电池等多种微电源形式。
储能是微电网中的必要元件,在微电网的运行管理中发挥如下重要作用:①实现微电网与电网联络线功率控制,满足电网的管理要求;②作为主电源,维持微电网离网运行时电压和频率的稳定;③为微电网提供快速的功率支持,实现微电网并网和离网运行模式的灵活切换;④参与微电网能量优化管理,兼顾不同类型分布式电源及负荷的输出特性,实现微电网经济高效运行。
图4经典微网拓扑结构
不同工况提出的储能技术需求不同,应结合储能本体的技术特点进行储能选型。按照放电时间尺度划分,储能技术可分为功率型储能和能量型储能。功率型储能适用于短时间内对功率需求较高的场合,如微电网离网运行时暂态支撑。能量型储能适用于对能量需求较高的场合,如抑制分布式电源的功率波动、提升分布式能源汇聚效应等,见表1。
表1储能技术划分
国际上,美国、日本、欧洲很多国家和地区都在储能提高分布式能源利用率、新型智能用电等方面展开了积极的示范,验证了储能在调峰、调频、应急供电的作用。从国内的应用情况来看,示范应用场景主要包括用于新能源的并网发电、配电网的削峰填谷、分布式电源以及电能质量改善等。目前这些项目还处于储能系统功能验证的示范运行阶段。
从国内外应用示范所展示或验证的应用功能来看,储能系统在融合分布式电源方面主要取得的成果包括以下几个方面:
(1)储能融合多能源接入能力应用。
国际上,日本、美国、韩国等利用储能平滑风电场或光伏出力波动,抑制可再生发电爬坡率,提高可再生能源的利用率。韩国济州岛风/光/储/柴联合应用项目最具代表性,该项目配置了0.1MW/2h的全钒电池储能系统,借助储能系统双向功率调节能力实现了多能有效互补应用,提出了相应的协调控制策略,但能源类型相对较少,未能反映储能技术在主网与微网互动中的作用。
在国内,位于舟山海岛的风/光/储/海/柴项目配置了多类型储能系统,包括200kW/120F的超级电容器储能与1MW/500kW˙h的锂离子电池储能。通过研究多类型储能系统的协调控制策略实现平抑风光功率波动及负荷调平功能,提升了风电或光伏跟踪日前调度计划能力,但在应对多类型负荷及新型用电方式情况下的功能未展开示范验证。