彭田 陳雪圓

（1.安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 2.國網(wǎng)肥西縣供電公司）

0 引言

安全、優(yōu)質(zhì)、低成本是當今社會對電力系統(tǒng)提出的基本要求，也是后續(xù)幾年中各地電網(wǎng)的共同發(fā)展目標。在全球經(jīng)濟一體化及科技迅猛發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及需求也出現(xiàn)明顯改變，各種新用電裝備在人們生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用，以致電網(wǎng)內(nèi)敏感負荷持續(xù)增多，電力用戶對電能質(zhì)量及供電過程可靠性提出更高的要求。將儲能技術(shù)用在電力系統(tǒng)建設(shè)中，在確保供電活動可靠性的基礎(chǔ)上，能顯著改善電能質(zhì)量，提升能源利用效率，幫助電力企業(yè)，謀得更多經(jīng)濟利潤。

1 復(fù)合儲能技術(shù)的主要特點

儲能技術(shù)形式多種多樣，目前抽水蓄能在我國電力行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。結(jié)合主動配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模、運行特點等情況，電池類、超級電容器、飛輪儲能等配電網(wǎng)內(nèi)常用的儲能技術(shù)類型，適用性整體偏高。對于鉛酸、鋰離子、鈉硫電池等蓄電池儲能形式，雖然在技術(shù)層面上抵達的成熟度有差別，但現(xiàn)實運用中都達到了大容量儲能，以上這種類型的儲能可以被叫做能量型儲能。在儲能過程中表現(xiàn)出自損耗低、儲能時間較長等優(yōu)勢，但循環(huán)使用壽命較短暫、響應(yīng)速率較遲緩，可以被用在削峰填谷、負荷調(diào)控領(lǐng)域或者作為備用電源。與蓄電池相比較，飛輪和超級電容器儲能技術(shù)的特點主要集中在功率密度高、循環(huán)壽命長、響應(yīng)快速等方面[1]。該類儲能技術(shù)最大的特征是具備短時大功率充放電的能力，且對充放電過程具備一定承受能力，可以被叫作功率型儲能，將其在配電網(wǎng)項目建設(shè)中發(fā)揮短時功率支持、能量緩沖及提升電網(wǎng)質(zhì)量等作用。

復(fù)合儲能技術(shù)有效運用各類儲能技術(shù)的優(yōu)勢，互補運作，較好地滿足了電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)實運行需求。且國際上有大型儲能電池公司正在積極開發(fā)適用于高功率充放電工作模式的儲能電池產(chǎn)品，配合運用功率型電池和傳統(tǒng)能量型電池，使儲能電池更好的滿足調(diào)頻、調(diào)峰、削峰填谷等諸多工作模式。

2 復(fù)合儲能技術(shù)在主動配電網(wǎng)中的應(yīng)用

（1）削峰坡谷

電力負荷自身存在著晝間高峰與夜間低谷的周期式變化，負荷峰谷差通常占總發(fā)電出力的30%~40%，當今社會環(huán)境中電網(wǎng)負荷的峰谷差數(shù)值呈現(xiàn)出不斷擴增趨勢，電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力巨大[2]。造價十多年前，國家電力相關(guān)部門針對電力需求側(cè)改革聯(lián)合下達相關(guān)文件，提出十多項管理及激勵辦法，做出完善峰谷電價制度的體制，倡導(dǎo)實現(xiàn)低谷蓄能等。

眾所周知，儲能站被直接接到配網(wǎng)，能夠在用電低谷時期作為負荷儲能，于用電高峰時段作為電源將電能釋放出來，以上這種形式有益于減弱峰谷差，進而間接的減少峰值負荷，對于電力系統(tǒng)來說等同于改善負荷屬性，對電力系統(tǒng)的負荷水平及負荷轉(zhuǎn)移過程等實現(xiàn)了有效管控。直接給電網(wǎng)帶來的益處有：降低系統(tǒng)對備用容量及調(diào)峰調(diào)頻機組的需求；減少系統(tǒng)輸電網(wǎng)的能量損失，降低設(shè)備成本投入，提升配電裝置的利用效率；減少火電機組進行調(diào)峰的頻次，提升發(fā)電效率，進而創(chuàng)造更多經(jīng)濟利潤。

（2）抑制電網(wǎng)振蕩現(xiàn)象

機組運行階段，任何微小干擾誘發(fā)的動態(tài)不均衡功率均會引起振蕩現(xiàn)象，發(fā)電機附加勵磁控制能取得較好的抑制效果，但是如果面對的是大型復(fù)雜互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的區(qū)域間多模式低頻振蕩情況，有效性最強的控制點位可能處于和機組相距甚遠的某條輸電線上，若此時采用遠距離系統(tǒng)實用性最強的發(fā)電機組勵磁加以抑制管理，很難取得理想的控制效果。

事實證明，若大容量、快速響應(yīng)的儲能裝置能促進電力系統(tǒng)在任何工況下實現(xiàn)功率的完全平衡，以上是一種主動式致穩(wěn)的思想理念。主要是因為這種電力系統(tǒng)穩(wěn)控裝置無需與發(fā)電機勵磁系統(tǒng)協(xié)同作用，故而可以更加便利的用在系統(tǒng)內(nèi)，可以將其視為抑制振蕩的最有效位置。儲能系統(tǒng)實際運用時能給電網(wǎng)提供1~2s有功功率補償，各機組在遭受干擾以后陷入暫態(tài)的過程中，依然能維持同步運轉(zhuǎn)狀態(tài)，規(guī)避系統(tǒng)崩潰這種惡性事件。

SMES具備ms級響應(yīng)、大容量最功率/能量傳輸?shù)膶傩?，實際應(yīng)用時能明顯增強電網(wǎng)動態(tài)安穩(wěn)性，當電力系統(tǒng)運行期間突發(fā)故障問題或受到干擾時能迅速地吸收/發(fā)出功率，減弱與消解掉擾動因素給電網(wǎng)造成的沖擊，消散互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)的低頻振蕩現(xiàn)象，有效抑制同步振蕩與諧振過程，且在干擾解除以后縮短暫態(tài)過渡過程，促進電力系統(tǒng)快速復(fù)原穩(wěn)定狀態(tài)，顯著增強系統(tǒng)運行的可靠性[3]。

（3）改善電能質(zhì)量

合理運用大容量儲能技術(shù)能明顯改善配網(wǎng)電能質(zhì)量，鞏固并提升系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性；為系統(tǒng)提供備用資源，包括調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、電力穩(wěn)定器等。

如果用戶端對電能質(zhì)量或電壓波形提出較高要求時，就需在負荷側(cè)連接儲能系統(tǒng)，配合運用高端的電子電力技術(shù)，有益于減輕系統(tǒng)的諧波畸變[4]。達到高效的有功功率調(diào)控與無功管控，促進系統(tǒng)內(nèi)不同因素造成的不均衡功率實現(xiàn)平衡過程，解除電壓凹陷與凸起現(xiàn)象，將整個系統(tǒng)內(nèi)各機組和負荷節(jié)點的電壓維持在正常水平上，提升負荷母線電壓的平穩(wěn)度，確保廣大電力用戶電壓波形的平滑性，進而顯著提升供電的電能品質(zhì)。

從技術(shù)層面上分析，當下運用的儲能裝置是為各個用戶提供連續(xù)的優(yōu)勢供電電源，且能使用戶自行選擇何時經(jīng)配電回路由電網(wǎng)獲得電能或朝向電網(wǎng)回饋電能。明顯增強用戶用電過程的可靠性，停電事件發(fā)生頻次、時間及造成的損失顯著降低，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟及社會效益。

（4）延緩配網(wǎng)升級，減少成本投入

如果某一電力線路實際負荷超出其容量設(shè)計時，則要對配電網(wǎng)進行升級或增建干預(yù)，傳統(tǒng)方法是升級或增建變壓器、輸配電線路等，成本很高，特別是人員密度大的市區(qū)。

近些年，儲能技術(shù)日益成熟及相關(guān)裝置制造成本不斷降低，電力企業(yè)面對負荷增加將要超出負載能力的狀況時，電力企業(yè)可以嘗試：①在過負荷狀況很少發(fā)生且過負荷現(xiàn)象只出現(xiàn)在某天的數(shù)小時中；②負荷增加過程遲緩；③電網(wǎng)升級費用高，通過小容量儲能方式能延緩較大的投資過程，“杠桿”作用十分顯著；④傳統(tǒng)的升級辦法不能順利實施，例如無線路走廊，受限于環(huán)境、美觀性要求等因素而無法敷設(shè)線路時，通過在過負荷節(jié)點安裝小容量的儲能設(shè)備有助于延緩電網(wǎng)升級引起的較大成本投入情況，配網(wǎng)升級進程也會被延緩[5]。

儲能技術(shù)應(yīng)用時若能形成規(guī)?；?yīng)，則能輔助提升發(fā)電、輸配電設(shè)備的利用效率，降低相關(guān)電源及電網(wǎng)建設(shè)投入，引領(lǐng)電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)外延擴張型轉(zhuǎn)變成內(nèi)涵增效型。

3 復(fù)合儲能的技術(shù)發(fā)展方向

（1）儲能單元技術(shù)

處理儲能單元技術(shù)是復(fù)合儲能未來發(fā)展中需要進行的首項工作。當前，超級電容器儲能、飛輪及超導(dǎo)儲能、各類先進電池儲能因自身存在容量問題而很難用在大型電力系統(tǒng)內(nèi)。伴隨世界各國對電動汽車科技發(fā)展情況重視度不斷提升，鋰離子電池憑借自身優(yōu)良的性能被用在該領(lǐng)域內(nèi)，帶動該項儲能技術(shù)的發(fā)展進程，和其他化學(xué)電池相比，其技術(shù)、性價比更占優(yōu)勢。在儲能產(chǎn)業(yè)內(nèi)，鋰離子電池的能效轉(zhuǎn)換率最高，其使用壽命很長，在電力儲能方面適用性很強，在國內(nèi)外已經(jīng)建設(shè)了完善的產(chǎn)業(yè)鏈[7]。

當前，儲能領(lǐng)域采用的大部分鋰離子電池是動力電池牽引而來，具備動力電池的生產(chǎn)性能，材料可靠性高，但面對兆瓦級儲能電站多運用場所的規(guī)劃與管控還有很大的完善空間。我國大部分儲能電站尚未建設(shè)出短時調(diào)頻等需高功率充放電的作業(yè)模式，但美國A123與Alraimano等公司在高倍率儲能電站開發(fā)建設(shè)方面已經(jīng)做出巨大投入，使儲能型電池更好的適用于調(diào)頻、調(diào)峰、削峰填谷等諸多作業(yè)模式[6]。這預(yù)示著儲能電站將會創(chuàng)造更多的商業(yè)價值適用于更多場所，當然對儲能系統(tǒng)的性能也會提出更嚴格的要求。

（2）儲能調(diào)控技術(shù)

為了使復(fù)合儲能技術(shù)的性能充分發(fā)揮出來，要聯(lián)合運用、協(xié)調(diào)管控具備快捷響應(yīng)及具備大容量特性的儲能系統(tǒng)，借此方式使電網(wǎng)獲得完全消納間歇式新能源發(fā)電的功能。當前組合儲能單元時多運用如下方式：其一是電容疊加電池，其二是功率型配合能量型電池。關(guān)于大規(guī)模儲能電站運轉(zhuǎn)對策的研究主要集中在復(fù)合儲能的運用措施及工作特征方面，結(jié)合各項儲能技術(shù)的特征，探討不同儲能單元的調(diào)控技術(shù)，促進儲能單元之間的實時通信，掌握各單元電能信息，協(xié)調(diào)控制智能化調(diào)整過程，在配電網(wǎng)內(nèi)順利切換不同工作模式，提升配電網(wǎng)對能源的消納效果。

（3）優(yōu)化復(fù)合儲能經(jīng)濟特性

經(jīng)濟成本是限制大容量儲能系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一項主要因素，近些年儲能技術(shù)在電網(wǎng)內(nèi)的作用逐漸被認識，特別是復(fù)合儲能系統(tǒng)聚集了多項儲能技術(shù)的優(yōu)越性，較好的滿足了電網(wǎng)運行需求，經(jīng)濟價值明顯提升。在復(fù)合儲能系統(tǒng)內(nèi)，科學(xué)配置多種儲能技術(shù)，延長系統(tǒng)使用壽命是后期研究工作中的重點，伴隨儲能技術(shù)成熟度的提升，其生產(chǎn)成本也會相應(yīng)減少。

4 結(jié)束語

發(fā)展及應(yīng)用儲能技術(shù)有很大現(xiàn)實意義，我國儲能產(chǎn)業(yè)當前還處于初期階段，存在技術(shù)成熟度不夠、安全性不足及成本偏高等問題，短期中很難產(chǎn)生規(guī)模化效應(yīng)。應(yīng)加大新型專業(yè)技術(shù)的研發(fā)力度，最大限度的提升儲能系統(tǒng)性能及運行穩(wěn)定性，創(chuàng)造更多效益。