微电网中储能与能量管理系统应用.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024-70-两星推荐传统的电力系统在发电方面高度集中,通常通过输电网络将电力和能量从大型同步发电机和感应发电机单向输送到最终用户。然而,可再生分布式能源如风能、光伏、电池、生物质能、燃料电池和微型涡轮机的出现,有可能遏制对化石能源发电的依赖,并改变电网中能量流动的单向性。这些技术使实现本地电力可靠性和可持续能源利用成为可能。当本地 DER 单元产生足够的电力时,某些地方可以从主电网中断开,形成一个具有明确电气边界的相互连接的能源系统的自我可持续的“微电网”。微电网具
2、有广泛的应用前景。它可以作为独立或并网的供用电系统,为偏远地区、工业园区、居民区等各类场景提供电力供应。同时,微电网还可以与大电网进行互动,参与电力市场的交易和调度,实现能源的多元化利用和节能减排。总之,微电网是一种具有重要意义的分布式能源形式,它能够实现电力电量的自我平衡和优化利用,为未来的能源发展提供新的思路和方向。按照运行模式的不同,微电网可以分为离网型和并网型,并网型微电网在正常条件下与主网并网进行能量的双向交流,一旦电网的品质或者质量不符合规定,就能及时切断主网,实现自给自足。而离网型微电网是完全独立的,不需要与主网进行任何的连接,一般建设在偏远的边境或者海上的孤岛,满足当地基础的供
3、电的需求。微电网与常规配电网通常情况下并网运行,一旦在电网中检测到故障或电能质量出现问题时便会迅速与电网断开,转为独立运行模式。微电网通常会在系统中配置一定容量的储能装置,以应对模式切换过程中可能会出现的功率缺额,保证平稳过渡并维持系统稳定。由于外界环境的变化和影响,新能源发电常常出现出力不稳定的情况,比如光伏发电在夜间、风力发电无风等情况。为了应对这种情况,储能系统发挥重要作用,持续向系统中的用户供电,确保电力供应的连续性。除了直接向系统中的用户供电,储能还能起到参与电力调峰、改善微电网电能质量、提升微电源性能等作用。微电网中常见储能类型鉴于微电网的特点及不同储能的作用及原理,配置在微电网中
4、的储能装置有着独特的要求:能量密度大、功率密度大、高低温性能良好、能适应一些特殊环境等。虽然不是所有种类的储能设备都能配置在微电网中,但行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度微电网中储能与能量管理系统应用王又佳 蒋雨哲王又佳1 蒋雨哲21.上海融和元储能源有限公司2.上海理工大学王又佳(1985),上海,上海交通大学电气工程专业,硕士研究生,国家注册电气工程师(发输变电),运营总监。在能源领域曾主导或参与了多个重点新型试点项目,包括新能源发电、储能、新能源汽车等,目前主要负责中台的运营。通信作者:蒋雨哲(2001),湖南衡阳,硕士研究生,研究方向:电力市场
5、、电力系统优化。-71-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024中国科技信息 2024 年第 8 期两星推荐储能在提高微电网运营能力方面仍然起到重要作用。本章将介绍在微电网中实现高渗透和集成的集中种类储能的概述,研究不同储能技术的特点,分析各种储能在微电网中的作用。机械储能机械储能按工作原理可以分为势能和动能两大类。其中势能类包括压缩气体储能、抽水蓄能,动能类典型的有飞轮储能。机械储能方法可以转换并储存来自水流、波浪、潮汐的能量,在需要时随时提供能量。飞轮储能飞轮储能技术是一种机械储能方式。旨在有效地存储和释放能量以满足电力需求。其基本
6、原理是通过高速旋转的飞轮将电能转化为机械能,实现能量的临时储存,以备系统在需要时快速释放。这项技术的起源可以追溯到 20 世纪 50 年代,当时人们首次提出利用飞轮进行能量存储,并在电动汽车领域进行了初步探索。然而,直到 80 年代,随着磁悬浮技术、高强度碳素纤维以及现代电力电子技术的进步,飞轮储能技术才得以真正实现应用。现代飞轮储能系统的核心组件通常包括一个巨大的可旋转圆柱体,它通过先进的磁悬浮轴承系统支撑在定子上。当系统需要存储能量时,电动机启动并使飞轮快速旋转,将电能转化为机械能,从而实现能量的储存。而在电力需求增加或电网故障时,飞轮则通过驱动发电机将储存的机械能转换回电能,通过电力电子
7、装置对输出电能进行调节,满足负载的要求。通过减少摩擦造成的能量损失,可以提高飞轮储能的整体效率,而这可以通过在真空中旋转飞轮或使用磁性轴承来实现。飞轮储能设备可以在微电网中提供即时有功功率支持。它具有不直接排放温室气体、转换效率高、功率密度高、寿命长(一般为 20 年)等诸多优点。近年来飞轮储能设备也被广泛配置于各种电源。但飞轮储能仍存在一些缺点,例如由于摩擦和空气阻力而损失能量导致飞轮储能设备自放电率较高,每小时可达 3%20%,同时初始成本也较高。压缩空气储能压缩空气储能就是将空气压缩到高压容器中,除了空气储存器,压缩空气储能的主要部件是压缩机和涡轮机。当电力便宜且需求低时,多余的电力可以
8、用来驱动马达,带动一系列压缩机向地下洞穴或地上水库注入空气。涡轮用于压缩气体的膨胀,将压缩气体转化为机械能。压缩空气储能可以设计成任何大小和规模;但最适合大型机组,包括用于调峰、移载和电压/频率控制的微电网应用。压缩空气储能的主要优点是响应时间短、容量大、可靠性高,无需外部电源即可启动。但系统的效率低于其他类型的机械储能。电化学储能电化学储能是一种通过电化学反应将电能储存起来,以便在需要时再次释放的技术。主要通过电池(或蓄电池)实现。电池通过两个电极(阴极和阳极)之间的电化学反应,将化学能存储为电能。电池可以分为两大类:常规电池和液态电池。在电池工作时,化学物质在两个电极之间发生氧化还原反应,
9、导致电子的流动,从而产生电流。这一过程是通过将离子在电解质中传递来实现的。常规电池的工作原理基于两个半电池,分别包含一个电极和一个电解质。当电池连接电路时,电子在电极之间移动,而离子则在电解质中移动,完成氧化还原反应。典型的常规电池包括碱性电池、酸性电池和中性电池。液态电池是另一种电化学储能的形式,其特点是电解质是液态的。这种电池包括流动电池,其中电解质以液体形式存在,从而使得离子能够更自由地在电解质和电极之间传递。流动电池的一个典型例子是钠硫电池。总体而言,电化学储能具有高效、可靠的特点,可以更具需求灵活的设计和制造,适应不同的电压和电流需求,广泛应用于电动汽车、可再生能源储能等领域。不同类
10、型的电池在化学反应、结构和性能方面存在差异,因此在实际应用中,可以根据具体需求选择不同类型的电池技术。铅酸蓄电池储能铅酸(PbA)电池是一种常见的电化学储能设备,广泛应用于汽车、不间断电源、各种储能系统中,可以说是目前应用最广泛的储能系统。铅酸蓄电池由一组正极(阳极)和负极(阴极)以及中间的电解液组成。正极一般采用过氧化铅(PbO),负极采用纯铅(Pb),电解液是稀硫酸溶液。铅酸蓄电池具有较好的稳定性,能够适用于瞬时大电流的需求,能够应用于汽车启动。同时还具有较低的制造成本,能够大规模生产。但传统的铅酸蓄电池电池循环寿命较短,需定期维护,并且电池成分中含有有害物质,须谨慎处理以防止造成环境污染
11、。锂离子电池储能锂离子电池是近年来兴起的新型高能量二次电池。广泛应用于各种移动设备、电动汽车和各种储能系统中。锂离子电池的工作原理是基于锂离子在正负极之间的移动。正极材料通常使用锂钴氧化物或锂铁磷酸盐等、负极材料通常使用石墨。其具有较高能量密度、轻量化、低自放电率、无污染的特点相较于铅酸蓄电池有更大优势。锂的快速反应性能和轻质的特性使其非常适合制造电池。但目前锂离子电池由于特殊包装和内部过充保护电路造成较高成本而无法大规模生产。物理损伤、电滥用(如短路和过充)以及暴露于高温下会导致热失控。这些安全问题和总体成本是阻碍锂离子电池在配电系统中广泛使用的两个主要因素。超级电容器储能超级电容器,即电化
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