分布式储能的发展现状与前景

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(三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

1 引言

化石能源的日益枯竭和环境的不断恶化，促使了分布式发电的快速发展。当大量分布式电源接入配电网时，由于风力、光伏等新能源具有间歇性和随机性，对电网的电能质量，供电可靠性具有较大影响。在电网中接入分布式储能设备可以有效解决这一问题。利用储能设备，不仅可以减少分布式电源对电网的冲击，同时可以对电网起到削峰填谷、电力调节的作用。随着智能配电网的不断发展，未来分布式储能也将有广阔的发展空间。

2 分布式储能技术现状

2.1 分布式储能类别及其特点

分布式储能的方式多种多样，各种储能方式都有其适宜的应用领域。储能形式主要分为机械储能、电磁储能、电化学储能这三大类[2]。机械储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能；电磁储能包括超导储能、电容储能、超级电容器储能等；电化学储能包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。另外，根据充放电的外部特性，分布式储能又可以分为功率型和能量型两种，前者功率密度大，适合提供快速的功率响应，例如超级电容、超导储能等；后者能量密度大，适合提供长时间的能量支撑，例如压缩空气储能、铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。

目前，各种分布式储能技术的发展水平不同，成本也有明显差异，在能量密度、功率密度、循环寿命、效率及环保性等方面都有各自的特点[2]，如表1所示。

铅酸电池凭借其技术成熟、价格低廉等优势在电力系统中得到了广泛的应用，但是由于其功率密度小，充电时间长，循环寿命短，对环境也有一定的影响，尽管成本低廉，也不能成为今后电池发展的方向。相比之下，锂电池、钠硫电池等能量、功率密度大，使用寿命长，目前已经获得了不错的发展，虽然价格相对高昂，但随着技术的不断进步，不久将得以广泛应用。对于功率型储能，超级电容储能相比其他储能技术更为成熟，成本也相对低廉，应用更为广泛。

表1 几种主要的储能方式技术参数

2.2 功率型与能量型混合储能

风力、光伏等分布式发电具有间歇性和随机性，负载也随时可能突变，需要储能系统同时具备高功率密度和高能量密度的特点，但由于自身的限制，单一类型的储能技术无法满足这一要求。将功率型储能系统与能量型储能系统相结合组成混合储能系统，可以同时满足功率密度和能量密度的要求，这将是未来储能技术的发展方向。

目前最为常见的是蓄电池与超级电容组成的混合储能系统。利用超级电容功率密度大的特点，有效缓解负载突变时对蓄电网的冲击，减少蓄电池的充放电次数，提升系统的动态响应；利用蓄电池能量密度大的特点，对系统提供长时间的能量支撑。混合储能不仅可以快速对电网波动作出调节，同时延长了蓄电池的使用寿命。

图1 混合储能系统结构

3 分布式储能的应用

分布式储能接入电力系统后，由于其对电力具有调节作用，在电网侧和用户侧都可以发挥独特的作用。

3.1 电网侧的应用

(1)参与电力系统的削峰填谷：在负荷高峰期时向电网放电，低谷期时储能装置处于充电状态，如图2所示，减小了电网负荷压力，促使电网高效节能运行；

(2)调节系统频率与电压：大量分布式电源接入系统时，会引起配电网频率的波动，同时可能改变功率的流动方向，提升某些节点电压。利用分布式储能快速响应特点和功率调节能力，可以有效改善这一困状；

(3)平滑分布式电源功率波动：分布式发电与分布式储能相结合，利用储能系统快速充放电特性，改善分布式发电的电能质量，平滑其功率波动；

(4)改善微电网运行特性[4]：联网运行时，调节微网的输出输入功率，减小其功率波动，使之成为可为配电网调度的电源，充分发挥微网对电力系统的辅助作用。孤岛运行时，支撑系统的电压和频率，维持微网的正常运行。

图2 分布式储能削峰填谷原理

3.2 用户侧的应用

(1)提供不间断电源：分布式储能系统响应速度快，具有一定的容量，在遇到停电情况时，给重要负荷供电，保证用户的利益。

(2)实现经济用电：根据不同时段的电价高低，决定储能系统的充放电动作，在保证电能质量的同时减小用户的购电费用，提高电网的资产利用率。

4 分布式储能的发展前景与挑战

相比大型储能电站，分布式储能设备接入电网的方式更灵活，对环境的要求也相对较低，其稳定性也更好。一旦大型储能电站发生故障，对电网的冲击是非常大的，而分布式储能设备发生故障时，由于其数量多，其余的储能设备可以快速作出响应，将损失降到最小。但是，众多储能设备接入电网后，如果不能有效地管理这些设备，合理的配置它们的容量，不仅浪费了大量资源，而且不能发挥它们对电网的调节作用，甚至可能给电网带来危害。随着国家对新能源发电和储能行业的大力扶持，将有越来越多的新能源发电和分布式储能设备接入电网。为了更好的发挥储能对电网的调节作用，需要在储能的优化配置和协调控制等方面深入研究，促使分布式储能行业的快速发展。

4.1 分布式储能系统的容量优化配置

风力、光伏等分布式发电，由于其间歇性和不确定性，发电量往往都处于波动的状态。而储能作为分布式电源的补充，弥补了其出力的不确定性，提升分布式电源并网稳定性。对于分布式储能系统的容量配置，往往需要考虑分布式电源出力的随机性、负荷的变化曲线、储能系统的接入位置、储能的功率能量配置以及投资、运行的成本收益等因素，建立多目标优化模型，最终得到最佳的储能系统容量配置方案。另外，随着人们对环境的不断重视，未来低碳环保也将成为分布式储能容量配置的优化目标之一。

4.2 分布式储能系统协调控制

对于单独的分布式储能装置，其内部往往包含众多的单体蓄电池或超级电容，在运行过程中需要保证各个单体的稳定，同时维持各单体的差异在一定范围内，避免单体的过充过放对设备造成损害。分布式储能的能量管理系统可以实时监测各个单体的工作状态，维持各单体的能量平衡，提升电池的充放电效率。目前，针对电池能量管理系统，国内外已经有较为成熟的产品。但是，随着储能技术的不断提升和新技术的引进，储能的介质可能会多种多样，由于它们自身的特质各不相同，需要更为可靠的能量管理办法来保证系统的稳定运行。

对于配电网中的多个分布式储能装置，其区域分布较广，必须采取合适的方法，将其整合起来统一调度，统一管理，服务于电力系统而不对其产生危害。对于分布式储能系统的统一管理，若是采用传统的有线或微波无线方式建立起信息渠道，不仅成本高昂、地域广阔，而且技术的可行性也很低。因此，在互联网已经渗透到世界每一个角落的今天，充分利用互联网数据传输量大、公共资源共享、灵活机动等特点，建立起分布式储能统一管理调度平台将是以后分布式储能的发展趋势。

通过互联网通信手段，将区域内的各个新能源发电以及分布式储能系统整合为一个虚拟电厂(VPP)。虚拟电厂通过先进的控制方法，利用计算机的大数据处理平台，接收区域内各个分布式发电或储能装置的状态信息，与大电网的运行状态信息相结合，通过优化计算，从而进行全面决策，并得到最安全经济的调度方案，如图2所示。通过对分布式储能系统的统一调度，不仅可以有效地对电网进行调节，还可以合理的控制储能的充放电，给用户带来一定的经济收益。

图3 分布式储能统一调度框架

4.3 分布式储能政策导向

分布式储能作为新能源接入系统的有力支撑，逐步成为电力系统安全稳定运行必不可少的一部分，国家对储能行业的扶持力度也不断加大。国务院2014年11月印发《能源发展战略行动计划(2014-2020)》，将储能明确列入9个重点创新领域，大容量储能和氢能列入20个重点创新方向，2015年3月15日发布的《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》中指出，通过“自发自用、余量上网、电网调节”的运营模式，积极发展融合的先进储能技术，提高系统的消纳能力和能源利用效率。2015年1月国家能源局也启动了储能产业“十三五”规划重大课题的研究。在未来几年内，通过一系列投资补贴和税收优惠政策，鼓励投资和引进储能技术，将促使分布式储能获得快速的发展。

5 结论

分布式储能用于配电网中，极大地改善了新能源发电并网给电力系统带来的冲击，同时提高了用户的用电可靠性，在未来的发展潜力巨大。但是，分布式储能的广泛应用还依赖于自身技术的突破，要不断提升储能的性能、降低成本、优化配置。充分利用现有的互联网技术，协调分布式储能系统稳定高效的运行。同

时依托国家政策的扶持，充分发挥分布式储能对电力调节的积极作用。这些将是分布式储能发展的目标和方向。

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