張曉紅，馬 列，李美林

（1.山西大學(xué)，山西 太原030013；2.沈陽工程學(xué)院 ，遼寧 沈陽110136；3.大連交通大學(xué) ，遼寧 大連116028）

0 引 言

近年來，電網(wǎng)建設(shè)顯然不能隨用電負(fù)荷的增加而同步發(fā)展，這就要求在遠(yuǎn)距離輸送電能時增加線路的輸送容量，從而導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行可靠性降低，同時大電網(wǎng)跟蹤電力負(fù)荷變化的靈活性不強(qiáng)，存在著很大的安全隱患問題。為了解決存在的問題，微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

微電網(wǎng)中加入儲能元件后，對需求側(cè)可以實現(xiàn)有效地管理控制，平滑地切換負(fù)荷，消去晝夜之間峰谷差，在降低供電成本和設(shè)備利用上有顯著的效益。微電網(wǎng)中的儲能元件充放電頻繁，而且功率很大，同時深度放電，而單一的儲能元件的能量密度較低，很難滿足微電網(wǎng)的運(yùn)行要求，因此，由多種儲能元件組成的混合儲能系統(tǒng)推動微電網(wǎng)的發(fā)展具有重要的意義［1-3］。

1 儲能技術(shù)的分類及應(yīng)用模式

1.1 儲能技術(shù)的分類

依據(jù)微電網(wǎng)的運(yùn)行模式，適用于微電網(wǎng)的儲能技術(shù)可包括三類：

（1）機(jī)械儲能：壓縮空氣儲能、抽水蓄能、飛輪儲能等。

（2）電磁儲能：：超級電容儲能和超導(dǎo)磁儲能等。

（3）電化學(xué)儲能：蓄電池、氫鎳電池、鎘鎳電池、鋰離子電池、釩液流和鈉流電池等。

1.2 儲能技術(shù)的應(yīng)用模式

儲能技術(shù)的應(yīng)用模式包括功率型和容量型兩類，根據(jù)兩種模式及其適用場合的區(qū)別，對儲能技術(shù)的性能要求也有所不同。

（1）容量型

在微電網(wǎng)運(yùn)行中，系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，削峰填谷等運(yùn)行狀態(tài)對儲能元件的容量要求很高，能滿足此運(yùn)行模式要求的是容量型的儲能應(yīng)用模式。

（2）功率型

要求儲能系統(tǒng)的響應(yīng)速度非?？?，在電網(wǎng)功率切換的瞬間能給予有力支撐的是功率型的儲能應(yīng)用模式，功率型的儲能應(yīng)用模式包括系統(tǒng)穩(wěn)定控制和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)應(yīng)用模式等［1-3］。

電力系統(tǒng)的供給和負(fù)荷的需求實時處于平衡，平衡狀態(tài)的保持很大程度上受到儲能元件容量小的限制。大容量儲能技術(shù)的產(chǎn)生，打破了這種局限，其大規(guī)模的應(yīng)用不但提高了供電質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定性，并為更多的新能源系統(tǒng)連接到電網(wǎng)中提供了條件。

2 混合儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中的必要性

微電網(wǎng)系統(tǒng)是由微電源與負(fù)荷構(gòu)成，它可為負(fù)荷提供電和熱。微電網(wǎng)電源間的能量轉(zhuǎn)換需要由電力電子設(shè)備完成，為了提高供電的可靠性，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間能量的交換是通過PCC完成［4］。圖1是微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中可作為微電源的有光伏發(fā)電、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等。

圖1 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖

微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)：孤島和并網(wǎng)。作為微電網(wǎng)中的微電源主要由變流器和儲能裝置構(gòu)成，在孤島運(yùn)行時，儲能系統(tǒng)加速切換時間，進(jìn)一步提高電能的質(zhì)量，在并網(wǎng)運(yùn)行時，儲能系統(tǒng)實現(xiàn)儲能的作用［4］。

微電網(wǎng)儲能要求不間斷和有一定的儲能容量，同時還要保證供電的良好品質(zhì)，在這樣的背景下，單一的儲能元件很難滿足全部要求，為了發(fā)揮儲能技術(shù)的最優(yōu)性能，采用混合儲能技術(shù)通過能量型和功率型儲能元件有機(jī)結(jié)合，將響應(yīng)速度快和儲能容量大的儲能元件配合使用，可以滿足微電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)功率和能量的多重要求。

3 應(yīng)用于微電網(wǎng)的多元混合儲能方式

3.1 超導(dǎo)和蓄電池混合儲能

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)主要是利用超導(dǎo)線圈將電網(wǎng)中供電勵磁產(chǎn)生的磁場能量存儲起來，若電網(wǎng)需要時再將存儲的能量送回。

超導(dǎo)儲能有幾個明顯特征：響應(yīng)快，效率高（可達(dá)95%），無噪聲污染，可靠性較高。其最大的不足是成本太高，另外需要泵和壓縮機(jī)來維持冷卻劑的溫度，因而使系統(tǒng)變得復(fù)雜，需要做定期的維護(hù)。

蓄電池儲能的特點是：既能解決系統(tǒng)高峰負(fù)荷時電能需求，也可用來補(bǔ)償無功設(shè)備，抑制電壓閃變。同時價格便宜、可靠性好、技術(shù)非常成熟、實現(xiàn)大容量很容易等。將超導(dǎo)磁儲能和蓄電池混合應(yīng)用，可以實現(xiàn)穩(wěn)定微電網(wǎng)的頻率，控制微電網(wǎng)電壓的瞬時波動，保證給用戶提供不間斷供電等功能，進(jìn)而提高供電質(zhì)量。

3.2 超級電容器和鋰電池混合儲能

鋰離子電池是一種新型的能量很高的二次電池，在電力領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。它的優(yōu)點很多，如體積比較小、儲能密度很高、工作電壓高、自放電率小，而且輸出功率大，循環(huán)壽命長、無污染。然而鋰電子也存在著一些不足，如大規(guī)模生產(chǎn)鋰離子電池有一定難度，因為它內(nèi)部的過充電保護(hù)電路和特殊的包裝造成了高成本。

超級電容器的能量密度很低［5］。超級電容器的能量密度是1～10 wh／kg，是鋰電池的1／10。同時超級電容的價格也很昂貴，是鋰電池的十倍以上。價格昂貴是它自身的一個局限。

把能量密度大的鋰電池和具有功率密度較小、快速充／放電、儲能效率高和壽命長等特點的超級電容器組成系統(tǒng)，就可以明顯減小電源的內(nèi)部損耗，進(jìn)而使電源的運(yùn)行時間有所增加，使得它在微電網(wǎng)中的應(yīng)用有很大的優(yōu)勢。

3.3 壓縮空氣與釩液流電池混合儲能

近幾年，釩液流電池也成為一種非常新型的儲能方式，釩電池具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點主要有：

（1）功率大，增加單個電池的數(shù)量和電極面積就可實現(xiàn)功率的增加；

（2）容量大，增加電解液的容積即可任意調(diào)整容量；

（3）效率高，釩電池的電極催化活性高；

（4）效應(yīng)速度快，充、放電切換在運(yùn)行過程中僅需0.02 s，響應(yīng)速度低于1 ms。

缺點是目前成本仍較高，規(guī)模仍然受儲能容量和功率的限制。因此，釩液流電池容量大、功率高可用于微電網(wǎng)調(diào)峰；利用充放電速度快可起到提高電能質(zhì)量的作用；響應(yīng)迅速快還可以保證微電網(wǎng)中間歇式電源輸出穩(wěn)定電能［6］。

壓縮空氣儲能系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)大容量高功率的儲能裝置。在用電的高峰期間，快速釋放并使用電能，這樣便實現(xiàn)了削峰填谷、平衡電力負(fù)荷的作用。

壓縮空氣儲能可以提供穩(wěn)定電力，完成釋能過程，具有規(guī)模大、無污染、儲能周期長和不受地理條件限制等優(yōu)點。鑒于壓縮空氣儲能和釩電池儲能特點的互補(bǔ)性以及提高微電網(wǎng)穩(wěn)定性的需求，把釩液流電池／壓縮空氣混合儲能應(yīng)用到微電網(wǎng)中，使微電網(wǎng)內(nèi)部能量達(dá)到瞬時平衡，可靠地保證了微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行以及改善了微電源的性能。

4 結(jié)束語

隨著微電網(wǎng)的不斷建設(shè)，各種儲能技術(shù)的配合使用及其協(xié)調(diào)發(fā)展，不僅支撐著微電網(wǎng)有條不紊的穩(wěn)定運(yùn)行，還提高了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，混合儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，已然成為改善微電網(wǎng)電能品質(zhì)的非常有效手段。

［1］周 林，黃 勇，郭 珂，馮 玉.微電網(wǎng)儲能技術(shù)研究綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（7）：148-152.

［2］陳 深，毛曉明，房 敏，劉文勝.微電網(wǎng)中儲能技術(shù)研究進(jìn)展與展望［J］.廣東電力，2014，27（2）：12-16.

［3］王文星，路進(jìn)升.微電網(wǎng)儲能電源的選擇及混合應(yīng)用［J］.電源技術(shù)，2013，（9）：1697-1699.

［4］楊心麗，羅銳利，奚培鋒.分布式發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的研究［J］.低壓電器，2012，23（15）：50-65.

［5］閆曉金，潘艷，寧武，陳永真.超級電容-蓄電池復(fù)合電源結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計［J］.電力電子技術(shù)，2010，44（5）：75-77.

［6］張聞一，王松楠，張師，張會強(qiáng).釩電池技術(shù)在微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電氣開關(guān)，2015，（1）：88-91.