微电网中的储能技术研究

微电网中的储能技术研究

桂宝利

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000）

摘要：面对日益复杂的电力系统和日趋严重的生活环境，微电网对电力发展越显重要，它可促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源的应用，对当下我国新能源建设有着重要意义，本文针对微电网中的储能技术这一方面进行研究分析，介绍储能技术在微电网中的作用和几种常用储能方式，在此基础上着重介绍超级电容器这种储能方式。

关键词：微电网；储能技术；超级电容器

引言：

微电网是对大电网出现的某些问题的有效补充，开展微网技术的研究不但有利于推动新能源和可再生能源的开发与利用，对目前电网建设也具有重要的现实意义。而微电网中储能系统又是其重要的环节，有很大的市场前景，利用储能技术将太阳能、风能等无污染可再生能源储存在储能系统中，适时提供电能，不需要投资大的发电站，又能有效应用可再生能源，对电网的电能质量、电网稳定性以及供电可靠性都有很大的提升。本文阐述了储能技术在微网中的作用，对常用几种储能方式的优缺点进行了分析，着重对超级电容器这种储能方式的应用前景进行分析介绍。

1储能技术在微电网中的作用研究

微电网一方面利用了可再生能源分布式发电，但另一方面因为大部分可再生能源不稳定，很容易跟随外界条件的变化而变化，降低了电网电能质量，对电网的安全稳定运行造成了影响。而将储能技术应用在微网中，将极大的有利于微电网的快速发展。

（1）提供短时供电

微电网存在两种典型的运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下，微电网与常规配电网并网运行；当检测到电网故障或发生电能质量事件时，微电网将及时与电网断开独立运行。在两种模式的转换中，往往会有一定的功率缺额，在系统中安装一定的储能装置储存能量，就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡，保证系统的稳定。

（2）电力调峰

由于微电网中的微源主要由分布式电源组成，其负荷量不可能始终保持不变，并随着天气的变化等情况发生波动。另外一般微电网的规模较小，系统的自我调节能力较差，电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响。对于微电网，如果使用调峰电厂，运行昂贵，实现困难，并不现实。储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。

（3）改善微电网电能质量

微电网要作为一个微源与大电网并网运行，必须达到电网对功率因数、电流谐波畸变率、电压闪变以及电压不对称的要求。此外，微电网也必须满足自身负荷对电能质量的要求，保证供电电压、频率、停电次数都在一个很小的范围内。通过对微电网并网逆变器的控制，就可以调节储能系统向电网和负荷提供有功和无功，达到提高电能质量的目的。

（4）提升微电源性能

多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均匀性和不可控性，输出的电能可能随时发生变化。这就决定了系统需要储能装置来储存能量，起到过渡的作用，提升微电源性能。

2储能技术的几种方式

微电网中的储能方式有下面几种：

（1）蓄电池

蓄电池储能是目前微电网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需求，也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置，有利于抑制电压波动和闪变。但蓄电池的充电电压、电流不能太大，要求充电器具有稳压、稳流和限压、限流的功能，所以它的充电回路也比较复杂。另外充电时间长，充放电次数仅数百次，因此限制了使用寿命，维修费用高。如果过度充电或短路容易爆炸，不如其他储能方式安全。由于在蓄电池中使用了铅等有害金属，所以其还会造成环境污染。

按照蓄电池电源使用化学物质的不同，又可以分为：铅酸蓄电池、锂离子电池、其他电池，诸如钠硫电池、液流钒电池、石墨烯电池等。

（2）超导储能

超导储能系统(SMES)利用由超导体制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电。SMES与其他储能技术相比，由于可以长期无损耗储存能量，能量返回效率很高；并且能量的释放速度快，通常只需几秒钟，因此采用SMES可使电网电压、频率、有功和无功功率容易调节。但是，超导体由于价格太高，造成了一次性投资太大。

（3）飞轮储能

飞轮储能技术是一种机械储能方式。早在20世纪50年代就有人提出利用高速旋转的飞轮来储存能量，并应用于电动汽车的构想。但是直到80年代，随着磁悬浮技术、高强度碳素纤维和现代电力电子技术的新进展，才使得飞轮储能才真正得到应用。

（4）超级电容器储能

超级电容器是由特殊材料制作的多孔介质构成，与普通电容器相比，它具有更高的介电常数，更大的耐压能力和更大的存储容量，又保持了传统电容器释放能量快的特点，逐渐在储能领域中被接受。下面专门就超级电容器进行详细介绍。

3超级电容器储能方式简介

超级电容器作为一种新型的储能器件，因为其无可替代的优越性，成为微电网储能的首选装置之一。超级电容器储能系统在电力充足时将电力储存起来，而在电力供应不足时回馈给电网，保证电网负载始终是均衡的。同时，超级电容器储能系统可以改善电能质量，取代目前使用的UPS，提高重要负载设备如通信设备、计算机和医疗设备等的供电可靠性。由此可见，既经济可靠又对环境友好的超级电容器储能系统是大有市场前景的，研究超级电容器储能系统在微电网中的应用也符合对环境保护的要求。

（1）超级电容器的特性

超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能元件，其容量可达几百至上万法。比功率是电池的l0倍以上，储存能力比普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电、循环寿命长、无污染、零排放等特点。除了以上的特点，还具有超高的容量、具有极高的功率密度、充放电速度快、使用寿命长、环境温度对正常使用影响不大等显著的特点。

（2）与其它储能元件的比较

通过表1可以看出蓄电池技术成熟、价格低，但其循化寿命低、污染环境，即将被新型环保的储能元件取代。飞轮储能、超导储能和超级电容器均为优秀的储能元件，是未来的发展方向，它们具有类似的特性，都可以应用于微电网中。超导储能、飞轮储能可以用于快速补偿，但其功率密度比超级电容器低得多，效果要差一些。和其他储能方式相比，超导储能价格昂贵，除了超导本身的费用外，维持低温所需要的费用也相当可观。而飞轮储能受到转速及机械强度的限制。

表1各储能系统的性能比较

总结：

微电网是我国电网发展建设中的一部分，而储能系统又是微电网中重要的环节，加强储能技术在微电网应用研究，将提升我国的电力建设水平和电网质量，本文介绍了储能技术在微电网中作用及各类储能技术在微电网应用中的优缺点，通过对各类储能技术的发展现状，突出了超级电容器储能系统的优越性，对研究储能技术在微电网发展现状及应用前景上具有一定的指导意义。

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