分布式发电中的高效蓄能技术

分布式发电中的高效蓄能技术

杜昊刘彦攀

（中广核新能源新疆分公司新疆乌鲁木齐830011）

摘要：在我国新能源不断发展的过程中，分布式发电是目前逐步发展的一种发电方式，潜力巨大，但是存在一定的问题，需要采用蓄能技术去弥补自身的不稳定性，蓄能方式有飞轮蓄能这样的物理方式，超导、超级电容器这样的电磁方式，蓄电池这样的电化学方式，以及蓄热和蓄冷这样的相变蓄能方式。本文分析了各种蓄能方式的技术背景、优缺点，并对应用前景进行了探讨。

关键词：分布式发电；蓄电池；蓄能；飞轮蓄能

引言

分布式发电的兴起促使电力网络的结构出现了新的改变，分布式发电的优点明显，比如电压等级低、离负荷中心近等，因此该项技术得到了广泛应用。德国、法国、美国日本等西方国家正在探索如何将电网系统和分布式发电系统进行有效结合，实现成本低、耗能低、系统安全、灵活性高的目标。欧洲的一些风力资源丰富的国家提出要利用先进技术将集中供电与分布式发电结合起来，使得电网能源得到更合理的利用和更充分的补充。丹麦、瑞士等国家的风力发电占总发电量的比例已经达到了10%以上，由于风力发电的特点，决定了多数是分散式风力发电。丹麦的风场规格80%是1万～2万kW的小风电场，这样可以减小对电网的影响，使电网更加安全。美国电力技术协会（CEＲTS）提出了微电网的理念，日本展开了微电网的研究，并取得了一系列成果。我国目前以集中供电为主，分布式发电处于蓬勃发展的阶段，发展前景广阔。因为分布式发电可以充分利用风力、太阳能等可再生能源，对于中国建立资源节约些、环节友好型社会意义重大，而且我国可再生能源丰富，潜力巨大。分布式发电技术将不同地域不同资源都充分利用起来，互补性强，由于规模小，所以成本低，但是能源利用率高，同一地域也可以有多种发电方式共同作用，这样就使得资源的到了充分的利用。由于分布式发电意义重大，所以本文主要针对是分布式发电中的储能技术进行研究，通过本文的分析，寻找最优的分布式发电储能技术。

1分布式光伏发电发电原理

阳能光伏电池发电的原理简单来说就是光生伏特效应。当光线照射到太阳能电池板表面的时候，有一部分光子会被电池板中的硅材料吸收，从而使其电子发生跃迁成为按规律移动的自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成一个电位差。此时将外部电路和电池板接通，在该电位差也即是电压的作用下，会形成电流，从而对外部电路产生一定值的功率输出，完成了光能到电能的转变过程。如果有太阳光被光电池吸收，其则具有足够能量的光子可以从P型半导体和N型半导体中的共价键激发电子，以产生成对电子以及等量的正电荷。N区的正电荷向P区移动，P区的电子移动到N区，导致在太阳能电池的受光面积累大量的负电荷，在其背面具有大量的正电荷。此时，如果在电池的受光和背光表面加上金属电极，并用导线接上负荷，只要有阳光照射，负荷上就一直会有电流通过。

2蓄能技术在分布式发电中的作用

2.1维持发电系统和电网的稳定

例如，在风力发电中，风速以及风量的变化决定这机械功率的的变化，这就使得发电机输出功率随着风速的变化而变化，非常不利于发电工作。采用储能装置，可以稳定发电机输出电压和频率，这样使得机组与电网并网时更加安全，避免了电压跌落、瞬时供电中断等突发情况带来的不利影响。

2.2采用自然资源发电

采用自然资源发电，不可避免会有无法发电的额情况，比如没有风，或者在夜间，就使得风力发电和太阳能发电无法工作，在这种情况下，储能装置可以提供电源，起到过渡作用，避免出现停电现象。

2.3提高经济效益

分布式发电机组并网之后，可成为机动的电量来源，可根据用电高峰或低谷等不同情况提供电源，获取经济效益。

3分布式发电的多种蓄能技术

3.1飞轮蓄能

飞轮蓄能技术是将电能转化为机械能的一种蓄能方式。1970年左右，飞轮蓄能就被提出，但是材料和轴承等关键技术没有突破，达不到应有效果，所以一直没能得到发展。1990年之后，高强度碳纤维材料的出现，以及轴承、电子学等技术的发展，使得飞轮蓄能器的出现成为可能。飞轮蓄能器具有寿命长，建设周期短，效率高，可适应温度区趋区域宽，无污染等优点，主要用途在不间断电源（UPS）、应急电源（EPS）、电网调峰等方面。

3.2超导磁蓄能系统（SMES）

超导储能系统主要储存的是磁场能量，由于电网供电会产生一定的磁场能量，利用超导线的特性，将这些能量搜集起来，在需要的时候再进行释放。这种方式优点明显，即转换效率高，使用寿命长，不需考虑机械部件等因素，应用较为广泛。3.3超级电容器蓄能

3.4蓄电池蓄能系统

蓄电池蓄能技术在分布式发电中应用最广。蓄电池有多种类型，铅酸电池价格低，技术稳定，但是寿命短，比功率小。锂离子电池比功率高、污染少，但在不同的工作温度下，性能会有一定的波动。磷酸铁锂电池有更大的优势，寿命长，安全性能高，高温下能保持良好工作状态，竞争力较强。

3.5其他蓄能方式

抽水蓄能、压缩空气储能（CAES）、蓄热和蓄冷储能技术也有一定的应用，但是都有一定的缺点，比如受制于环境，能量转换效率较低等问题，应用比较少。

4光伏电站的发展趋势

根据中华人民共和国国家能源局发布的官方统计数据：2016年，中国光伏装机容量达34.54吉瓦，累计装机容量达77.42吉瓦，为全球最高。从地区看，全国新增装机容量最大的省份是新疆，增加了213.9万千瓦。据中国电信新闻统计，新能源已成为西北六省包括甘肃，内蒙古，新疆，青海，陕西和宁夏的第二大电力来源。然而，这六个省份在不同程度上面临放弃风光和放弃光照的问题。能源吸收能力的不足是主要原因，也限制了西部大开发的新能源发展步伐。中国已暂停2016年甘肃和新疆光伏发电目标的发布。2017年内蒙古，青海，宁夏等省份光伏指标发布情况尚不明朗。2017年1月1日后，“全面进入”一至三类资源区新建光伏电站基准上网电价调整为0.65元，0.75元和0.85元/千瓦时/千瓦时，与二零一六年电价相比分别下降。千瓦小时减少0.15元，0.13元，0.13元/千瓦时。分布式光伏发电实行全力补贴，补贴标准仍为0.42元/度。同时，很明显，未来光伏基准价格将根据成本变化每年调整一次。部分省市对分布式光伏发电额外补贴0.1元/kW〜0.4元/kW。随着环境和能源问题日益突出，该国对光伏发电的支持也在增加。集中式光伏电站发展所遇到的瓶颈恰恰是分布式光伏发电的优势，不仅包括高额补贴，而且大大简化了电站分布，按照“分布式光伏管理暂行办法”发电项目。施工过程给分布式安装者带来了传播，也为分发提供了一个温床。

结语

本文对分布式发电的优缺点以及对应的解决办法进行了阐述，并介绍了多种蓄能技术，包括其工作原理和研究现状，以及应用前景。今后的研究中，降低成本和提高能量转换率是重要的研究方向，相信随着科技的进步，分布式发电能够得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]张侥，晁勤，李育强.分布式发电接入电网继电保护研究[J].电力自动化仪表，2016（5）：10-12，15.

[2]沈鑫，曹敏.分布式电源并网对于配电网的影响研究[J].电工技术学报，2015（S1）：346-351.