微网中的多元复合储能技术

摘要: 储能技术被认为是微网的核心技术之一, 它在稳定电网运行及利用可再生能源方面有重要作用。阐述了微网中储能的作用和意义, 并结合适用于微网的几种储能方式, 如飞轮储能、超导磁储能、超级电容器和蓄电池, 分析了其技术特点。提出了未来微网中的多元复合储能应用模式, 并简要分析了应用多元复合储能的技术课题。

关键词: 微网; 可再生能源; 飞轮储能; 超导磁储能; 超级电容器; 蓄电池

0 引言

微网在未来电网中有着良好的发展前景, 它对于保障供电可靠性、提高供电品质、集约应用分散的新能源, 以及能源的梯级利用等有独到的优势, 也有利于增强电网应对灾难的能力。微网还能以有源可控负荷的形式有机地融入智能电网。为了更好地实现微网的技术特性, 电能存储技术已成为微网的核心技术之一。本文根据微网的技术需求以及电能存储技术的发展现状和技术特点, 提出了多元复合储能概念, 主张在微网中将具有快速响应特性和具有大容量储能特性的储能技术协调控制, 以使微网获得更好的技术性能和更高的经济性指标。

1 微网中多元复合储能的必要性

微网是区别于大型电力系统的一个概念。虽然各国对微网的定义有不同侧重点, 但其基本目标均着眼于提高电力安全、保证可靠供电、改善供电品质、利用新能源、提高能源利用效率等基本目标[ 123] 。2009 年3 月在国网电力科学研究院召开的/ 微网技术体系研究0工作会议将微网定义为: 微网是指以分布式发电技术为基础, 靠分散型资源或用户的小型电站为主, 结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式供能网络。微网能实现内部电源和负荷一体化运行, 并通过与主电网的协调控制, 平滑接入主网或独立自治运行, 充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。由国内外对微网的定义可看出, 微网的功能主要体现在以下几方面[ 427] : ¹ 提高供电的可靠性º 集约应用分散性新能源; » 改善供电品质。基于这些基本功能, 要求微网既可独立运行, 也能连接到大电网运行。对大电网而言, 微网是一个可控的有源负荷单元, 一方面可以从大电网吸取能量, 另一方面也可以根据大电网运行的需要快速改变本单元的状态, 向大电网输出能量或是与大电网解除连接。对用户来说, 微网可以满足他们特定的需求: 增加本地可靠性, 降低网络损耗, 保持本地电压。因此, 微网带来的其他利益主要有: 提高能源的综合利用效率, 提高电力系统应对灾害的能力。电能存储技术对于满足微网的基本功能、实现更大的技术经济效益是十分重要的。微网对于电能存储的要求来源于4 个方面: ¹ 为保证供电品质的储能, 如电压补偿; º 为保障供电可靠性的储能, 如不间断电源; » 为提高新能源发电并网性能的储能,如平抑风力发电等新能源发电输出功率的间歇性、波动性; ¼ 为提高电能利用效率的优化能量管理的储能。不同的需求对储能的技术性能要求也不同:为保证供电品质所要求的储能要能快速响应系统的动态变化; 作为不间断电源的储能要能满足负荷对电能容量的要求; 为提高新能源发电并网性能的储能则既要有快速响应部分, 也要有一定的储能容量以满足负荷调节的需要; 作为能量优化管理的储能则重点在储能容量。显然, 一种储能元件很难同时满足这些要求, 因此采用多元复合储能是必要的。多元复合储能就是将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用、协调控制, 从而最大限度地发挥储能技术的性能。

2 多元复合储能的技术方案

21 1 适用于微网的储能技术及其特性

储能技术形式多样, 在电力系统中已实现规模化应用的是抽水蓄能。但从微网的规模、特点等方面来看, 适用于微网的储能技术主要有电池类储能、超级电容器储能、飞轮储能和超导磁储能。表1 是这些储能技术的主要动态响应特性[ 8] 。