分布式储能系统在公用电网中的应用

● 国网湖南综合能源服务有限公司 陈 宏 徐 勇 刘潇潇

随着全球温室效应问题日益突出，光伏、风力等可再生能源的发电也逐渐受到人们的重视。光能及风能都具有丰富的储量，但其间歇性的缺点会导致电网可靠性、灵活性以及电能质量受到极大影响，分布式储能系统可以有效地弥补这个缺点。目前，各个国家都在积极地开展相关研究，分布式储能系统主要涉及五大领域：电化学领域、电磁学领域、机械领域、化学领域、热交换领域。

1 典型储能技术特点

分布式储能系统目前应用最为广泛的是抽水蓄能（储能）系统，约占市场份额的95%左右。随着储能技术的迅速发展，其他储能及系统也逐渐涌入公用电网。

传统的电化学储能是铅酸电池储能，技术成熟，成本低廉，但是存在寿命周期短、能量密度低、易受环境影响等缺点，严重制约了其未来发展前景。目前的锂电池储能技术能量密度和效率较高、同时使用寿命周期长，不足之处就是其电解质易燃且价格昂贵。新兴的全钒氧化还原反应液流电池可以克服上述2种储能系统缺点，但是其低温性能差，限制了其应用领域。

目前电磁学储能技术主要包括超级电容器和超级电感器。与电池储能相比，超级电容器具备高可靠性、低维护性、不易受环境影响等突出特点，但是能量密度较小，不适合用于持久放电场合。超导磁储能具备快速的响应能力，理论上可以做到零能量损耗，但是温度环境的变化对其产生较大影响。

机械技术储能将机械能转化为电能，最常用的系统是抽水蓄能，具有高功率大容量、长生命周期的优点，但是响应速度太慢，导致应对突发事件能力差，同时场地受到地理因素极大限制。压缩空气储能主要利用空气分子间势能，它可以做到很大容量，但是由于压缩过程中大量热损耗导致其效率偏低。相比于上述2种机械储能，飞轮储能的功率密度最大，不受地理因素影响，但其摩擦损耗极大，影响系统效率，导致经济成本增大。

典型的化学储能主要包括氢能和合成天然气。氢能通过电解水得到氢气和氧气，然后对氢气高压存储来发电，可以有效地解决长期季节性的需求，然而其经济成本过高，同时压缩存储氢气的风险较高。相比于氢气，天然气的压缩密度很大，但是其转化过程能量损失大，效率较低。

热交换储能依托热水储罐，用于负荷转移，需要复杂的负荷控制，在热需求较低的情况，其调节灵活性很差。

2 各类储能系统主要作用

2.1 负荷平衡

这方面作用为对负荷需求功率的调节，如果负荷需求功率高于最大计划发电功率，此时储能放电来补充能量；如果负荷需求功率低于最小计划发电功率时，储能充电存储多余能量。目前电动汽车侧重于这方面功能的研究。

2.2 能源交易

这方面作用通过在低电价时候进行充电储能，高电价时候放电供应能量，赚取差价利润。通常抽水蓄能电站具备这种功能，并且在不久的将来，电动汽车的广泛应用一定会刺激能源交易市场迅速扩张。

2.3 与新能源集成

通过储能系统与光伏发电集成，可以实现夜间储能放电供应能量，白天光伏发电供应负荷能量，同时给储能系统充电。通过这种结合，可以有效地弥补新能源间歇性的缺点，提升系统的可靠性及功率平衡性。

2.4 电压和频率调节

此功能类似虚拟同步发电机，当电网频率升高时，可以通过储能系统结合电力电子变换器充电吸收电网有功功率来稳定频率，当电网频率降低时，可以通过储能系统放电释放有功功率来稳定频率。同样，借助储能系统吸收释放无功功率可以调节系统电压。

2.5 谐波抑制和无功补偿

公用电网内电力电子及非线性设备增加，公用电网的谐波和无功问题日益严重，可以在储能系统及逆变器中加入谐波及无功补偿控制算法，实现功能复用，不但可节省专用滤波器，降低成本，同时可提升用电质量。

2.6 作备用设备

当公用电网发生向电压暂降、电压短时中断等突发性事件时，储能系统可以作为备用支撑电源，为负荷提供电压支撑和能量供应，通常这类储能设备容量要求较高。

2.7 无电源启动

储能系统可以实现核电站从关机状态下启动，另外还可以负荷跟随和电网通信系统的启动电压支撑。

3 结束语

本文主要对现有的分布式储能技术进行了归类综述，同时介绍了不同储能系统的特点，最后列举了储能系统在公用电网中主要的作用及应用场合。