分布式发电中的高效蓄能技术

万铭成

摘 要：分布式发电是目前逐步发展的一种发电方式，潜力巨大，但是存在一定的问题，需要采用蓄能技术去弥补自身的不稳定性，蓄能方式有飞轮蓄能这样的物理方式，超导、超级电容器这样的电磁方式，蓄电池这样的电化学方式，以及蓄热和蓄冷这样的相变蓄能方式。本文分析了各种蓄能方式的技术背景、优缺点，并对应用前景进行了探讨。

关键词：分布式发电； 蓄电池； 蓄能；飞轮蓄能

分布式电源的出现源自于通信技术和航天技术，但是随着社会的发展，对能源的需求越来越大，而且跨越地域越来越广，客观上促进了分布式电源技术的发展，随着电力电源新技术的成熟，分布式电源与电力系统相融合，产生了更有竞争力，更适合现代社会发展的模式：分布式发电。

分布式发电的兴起促使电力网络的结构出现了新的改变，分布式发电的优点明显，比如电压等级低、离负荷中心近等，因此该项技术得到了广泛应用。德国、法国、美国日本等西方国家正在探索如何将电网系统和分布式发电系统进行有效结合，实现成本低、耗能低、系统安全、灵活性高的目标。欧洲的一些风力资源丰富的国家提出要利用先进技术将集中供电与分布式发电结合起来，使得电网能源得到更合理的利用和更充分的补充。丹麦、瑞士等国家的风力发电占总发电量的比例已经达到了10%以上，由于风力发电的特点，决定了多数是分散式风力发电。丹麦的风场规格80%是1万～2万kW的小风电场，这样可以减小对电网的影响，使电网更加安全。美国电力技术协会（CERTS）提出了微电网的理念，日本展开了微电网的研究，并取得了一系列成果。

我国目前以集中供电为主，分布式发电处于蓬勃发展的阶段，发展前景广阔。因为分布式发电可以充分利用风力、太阳能等可再生能源，对于中国建立资源节约些、环节友好型社会意义重大，而且我国可再生能源丰富，潜力巨大。分布式发电技术将不同地域不同资源都充分利用起来，互补性强，由于规模小，所以成本低，但是能源利用率高，同一地域也可以有多种发电方式共同作用，这样就使得资源的到了充分的利用。

由于分布式发电意义重大，所以本文主要针对是分布式发电中的储能技术进行研究，通过本文的分析，寻找最优的分布式发电储能技术。

1 分布式发电的优点与瓶颈

（1）技术简单，成本低分布式发电的发电规模小，这就决定的在建设时避免建设大的电厂和变电站，建设的成本较低，性价比高。

（2）与用户距离近，输配电的方式简单，不需要长距离的高压输电线，损耗小。

（3）充分使用风能、太阳能等可再生清洁能源，环保节约，污染少。

（4）能源可回收利用。可将发电的废热回收，用于供热方面，这样就实现了能源的梯级利用。

（5）小机组运行灵活，安全可靠。

（6）互补性强，与大电网互为补充。在夏季的用电高峰期，分布式发电可以提供制冷需求，在冬季的用电高峰期，分布式发电可以满足供热需要，减轻了电网的供电压力。

（7）由于分布式发电利用的是风力、太阳能等自然资源，这些资源有不稳定的特性，这就导致一个问题，即发电时其功率输出不稳定，不能持续输出，而是随着自然能源的变化而变化，间歇期明显，波动性强，甚至随机变化，这样很容易冲击电网，严重时会引发事故。

为了提高分布式发电的可靠性，就要进行及时的控制，在直流或交流系统中配备一定的储能，在放电和充电之间可以快速切换，目前一般采用蓄能装置来解决这一问题。

2 蓄能技术在分布式发电中的作用

蓄能技术在分布式发电中有三方面的作用。

（1）维持发电系统和电网的稳定。例如，在风力发电中，风速以及风量的变化决定这机械功率的的变化，这就使得发电机输出功率随着风速的变化而变化，非常不利于发电工作。采用储能装置，可以稳定发电机输出电压和频率，这样使得机组与电网并网时更加安全，避免了电压跌落、瞬时供电中断等突发情况带来的不利影响。

（2）采用自然资源发电，不可避免会有无法发电的额情况，比如没有风，或者在夜间，就使得风力发电和太阳能发电无法工作，在这种情况下，储能装置可以提供电源，起到过渡作用，避免出现停电现象。

（3）提高经济效益。分布式发电机组并网之后，可成为机动的电量来源，可根据用电高峰或低谷等不同情况提供电源，获取经济效益。

3 分布式发电的多种蓄能技术

（1）飞轮蓄能。飞轮蓄能技术是将电能转化为机械能的一种蓄能方式。1970年左右，飞轮蓄能就被提出，但是材料和轴承等关键技术没有突破，达不到应有效果，所以一直没能得到发展。1990年之后，高强度碳纤维材料的出现，以及轴承、电子学等技术的发展，使得飞轮蓄能器的出现成为可能。下图为飞轮蓄能器的工作原理图。

飞轮蓄能器具有寿命长，建设周期短，效率高，可适应温度区趋区域宽，无污染等优点，主要用途在不间断电源（UPS）、应急电源（EPS）、电网调峰等方面。

（2）超导磁蓄能系统（SMES）。超导储能系统主要储存的是磁场能量，由于电网供电会产生一定的磁场能量，利用超导线的特性，将这些能量搜集起来，在需要的时候再进行释放。这种方式优点明显，即转换效率高，使用寿命长，不需考虑机械部件等因素，应用较为广泛。

（3）超级电容器蓄能。超级电容器的理论依据是电化学的双电层理论，转换过程损耗小，寿命长，而且在低温下也能保持很好工作状态，适合于野外工作环境。但价格较高，在在大功率的负载平滑中应用较多。

（4）蓄电池蓄能系统。蓄电池蓄能技术在分布式发电中应用最广。蓄电池有多种类型，铅酸电池价格低，技术稳定，但是寿命短，比功率小。锂离子电池比功率高、污染少，但在不同的工作温度下，性能会有一定的波动。磷酸铁锂电池有更大的优势，寿命长，安全性能高，高温下能保持良好工作狀态，竞争力较强。

（5）其他蓄能方式.抽水蓄能、压缩空气储能（CAES）、蓄热和蓄冷储能技术也有一定的应用，但是都有一定的缺点，比如受制于环境，能量转换效率较低等问题，应用比较少。

4 总结

本文对分布式发电的优缺点以及对应的解决办法进行了阐述，并介绍了多种蓄能技术，包括其工作原理和研究现状，以及应用前景。今后的研究中，降低成本和提高能量转换率是重要的研究方向，相信随着科技的进步，分布式发电能够得到更加广泛的应用。