分布式發電中的高效蓄能技術

萬銘成

摘 要：分布式發電是目前逐步發展的一種發電方式，潛力巨大，但是存在一定的問題，需要采用蓄能技術去彌補自身的不穩定性，蓄能方式有飛輪蓄能這樣的物理方式，超導、超級電容器這樣的電磁方式，蓄電池這樣的電化學方式，以及蓄熱和蓄冷這樣的相變蓄能方式。本文分析了各種蓄能方式的技術背景、優缺點，并對應用前景進行了探討。

關鍵詞：分布式發電； 蓄電池； 蓄能；飛輪蓄能

分布式電源的出現源自于通信技術和航天技術，但是隨著社會的發展，對能源的需求越來越大，而且跨越地域越來越廣，客觀上促進了分布式電源技術的發展，隨著電力電源新技術的成熟，分布式電源與電力系統相融合，產生了更有競爭力，更適合現代社會發展的模式：分布式發電。

分布式發電的興起促使電力網絡的結構出現了新的改變，分布式發電的優點明顯，比如電壓等級低、離負荷中心近等，因此該項技術得到了廣泛應用。德國、法國、美國日本等西方國家正在探索如何將電網系統和分布式發電系統進行有效結合，實現成本低、耗能低、系統安全、靈活性高的目標。歐洲的一些風力資源豐富的國家提出要利用先進技術將集中供電與分布式發電結合起來，使得電網能源得到更合理的利用和更充分的補充。丹麥、瑞士等國家的風力發電占總發電量的比例已經達到了10%以上，由于風力發電的特點，決定了多數是分散式風力發電。丹麥的風場規格80%是1萬～2萬kW的小風電場，這樣可以減小對電網的影響，使電網更加安全。美國電力技術協會（CERTS）提出了微電網的理念，日本展開了微電網的研究，并取得了一系列成果。

我國目前以集中供電為主，分布式發電處于蓬勃發展的階段，發展前景廣闊。因為分布式發電可以充分利用風力、太陽能等可再生能源，對于中國建立資源節約些、環節友好型社會意義重大，而且我國可再生能源豐富，潛力巨大。分布式發電技術將不同地域不同資源都充分利用起來，互補性強，由于規模小，所以成本低，但是能源利用率高，同一地域也可以有多種發電方式共同作用，這樣就使得資源的到了充分的利用。

由于分布式發電意義重大，所以本文主要針對是分布式發電中的儲能技術進行研究，通過本文的分析，尋找最優的分布式發電儲能技術。

1 分布式發電的優點與瓶頸

（1）技術簡單，成本低分布式發電的發電規模小，這就決定的在建設時避免建設大的電廠和變電站，建設的成本較低，性價比高。

（2）與用戶距離近，輸配電的方式簡單，不需要長距離的高壓輸電線，損耗小。

（3）充分使用風能、太陽能等可再生清潔能源，環保節約，污染少。

（4）能源可回收利用。可將發電的廢熱回收，用于供熱方面，這樣就實現了能源的梯級利用。

（5）小機組運行靈活，安全可靠。

（6）互補性強，與大電網互為補充。在夏季的用電高峰期，分布式發電可以提供制冷需求，在冬季的用電高峰期，分布式發電可以滿足供熱需要，減輕了電網的供電壓力。

（7）由于分布式發電利用的是風力、太陽能等自然資源，這些資源有不穩定的特性，這就導致一個問題，即發電時其功率輸出不穩定，不能持續輸出，而是隨著自然能源的變化而變化，間歇期明顯，波動性強，甚至隨機變化，這樣很容易沖擊電網，嚴重時會引發事故。

為了提高分布式發電的可靠性，就要進行及時的控制，在直流或交流系統中配備一定的儲能，在放電和充電之間可以快速切換，目前一般采用蓄能裝置來解決這一問題。

2 蓄能技術在分布式發電中的作用

蓄能技術在分布式發電中有三方面的作用。

（1）維持發電系統和電網的穩定。例如，在風力發電中，風速以及風量的變化決定這機械功率的的變化，這就使得發電機輸出功率隨著風速的變化而變化，非常不利于發電工作。采用儲能裝置，可以穩定發電機輸出電壓和頻率，這樣使得機組與電網并網時更加安全，避免了電壓跌落、瞬時供電中斷等突發情況帶來的不利影響。

（2）采用自然資源發電，不可避免會有無法發電的額情況，比如沒有風，或者在夜間，就使得風力發電和太陽能發電無法工作，在這種情況下，儲能裝置可以提供電源，起到過渡作用，避免出現停電現象。

（3）提高經濟效益。分布式發電機組并網之后，可成為機動的電量來源，可根據用電高峰或低谷等不同情況提供電源，獲取經濟效益。

3 分布式發電的多種蓄能技術

（1）飛輪蓄能。飛輪蓄能技術是將電能轉化為機械能的一種蓄能方式。1970年左右，飛輪蓄能就被提出，但是材料和軸承等關鍵技術沒有突破，達不到應有效果，所以一直沒能得到發展。1990年之后，高強度碳纖維材料的出現，以及軸承、電子學等技術的發展，使得飛輪蓄能器的出現成為可能。下圖為飛輪蓄能器的工作原理圖。

飛輪蓄能器具有壽命長，建設周期短，效率高，可適應溫度區趨區域寬，無污染等優點，主要用途在不間斷電源（UPS）、應急電源（EPS）、電網調峰等方面。

（2）超導磁蓄能系統（SMES）。超導儲能系統主要儲存的是磁場能量，由于電網供電會產生一定的磁場能量，利用超導線的特性，將這些能量搜集起來，在需要的時候再進行釋放。這種方式優點明顯，即轉換效率高，使用壽命長，不需考慮機械部件等因素，應用較為廣泛。

（3）超級電容器蓄能。超級電容器的理論依據是電化學的雙電層理論，轉換過程損耗小，壽命長，而且在低溫下也能保持很好工作狀態，適合于野外工作環境。但價格較高，在在大功率的負載平滑中應用較多。

（4）蓄電池蓄能系統。蓄電池蓄能技術在分布式發電中應用最廣。蓄電池有多種類型，鉛酸電池價格低，技術穩定，但是壽命短，比功率小。鋰離子電池比功率高、污染少，但在不同的工作溫度下，性能會有一定的波動。磷酸鐵鋰電池有更大的優勢，壽命長，安全性能高，高溫下能保持良好工作狀態，競爭力較強。

（5）其他蓄能方式.抽水蓄能、壓縮空氣儲能（CAES）、蓄熱和蓄冷儲能技術也有一定的應用，但是都有一定的缺點，比如受制于環境，能量轉換效率較低等問題，應用比較少。

4 總結

本文對分布式發電的優缺點以及對應的解決辦法進行了闡述，并介紹了多種蓄能技術，包括其工作原理和研究現狀，以及應用前景。今后的研究中，降低成本和提高能量轉換率是重要的研究方向，相信隨著科技的進步，分布式發電能夠得到更加廣泛的應用。