摘 要:配電網的峰谷差隨著經濟的發(fā)展逐漸增大,對電能質量的要求日益增高。儲能技術是未來電網發(fā)展的重要支撐,能有效提高電網的可靠性、經濟性及電能質量。本文對儲能技術在現代配電網中的應用與效益進行了綜述。

智能電網的發(fā)展是未來電網發(fā)展趨勢,其特征是自愈、兼容、交互、協調、高效、優(yōu)質、集成,各國根據各國的國情和需求對智能電網有著不同的定義和側重點, 目前我國處于經濟高速發(fā)展階段, 對電能質量的要求越來越高, 國家大力推廣貫徹節(jié)能減排, 電網引入儲能技術可以提高電網的可靠性與供電質量,通過平滑負荷使電力設備得到更好的利用, 降低線路損耗。

1 現代配電網存在的問題

安全、優(yōu)質、經濟、可靠是對電力系統(tǒng)的基本要求, 同時也是未來電網中的發(fā)展目標。隨著全球經濟和科學技術的發(fā)展,電力系統(tǒng)的運行和需求正在發(fā)生巨大的變化, 主要問題有:

(1)電力負荷峰谷差增大,系統(tǒng)裝機容量難以滿足峰值負荷的需求, 導致電網在負荷高峰時拉閘限電,而低谷時,要停掉很多機組,機組頻繁啟停不僅增加能耗,而且影響機組壽命, 使電力設備平均利用時間下降、發(fā)電效率下降、經濟效益降低。

(2)大量非線性負載,對供電系統(tǒng)造成很大的諧波污染, 復雜大電網受到擾動后的安全穩(wěn)定性問題日益突出。

(3 )各種新的用電設備在人們日常生產、生活中得到廣泛的應用,電網中敏感負荷不斷的增加, 用戶對電能質量和供電可靠性的要求越來越高。

(4 )必須考慮環(huán)境保護和政府政策因素對電力系統(tǒng)發(fā)展的影響[1]。為了提高配電網的供電可靠性和電能質量,柔性配電技術的研究逐漸深入,電能存儲技術在近年來得到了迅速的發(fā)展。儲能技術把發(fā)電與用電從時間和空間上分隔開來,發(fā)電不再是即時傳輸,用電和發(fā)電也不再實時平衡,將影響傳統(tǒng)電網規(guī)劃、運行和控制。

2 儲能技術在配電網中的應用

電力系統(tǒng)中引入儲能設備后, 可以有效地實現需求側管理,減小負荷峰谷差,不僅可以更有效地利用電力設備, 降低供電成本,還可以促進可再生能源的應用,也可作為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。儲能技術的應用將在傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)設計、規(guī)劃、調度、控制等方面帶來變革。

2.1 削峰填谷

電力負荷存在白天高峰和夜間低谷的周期性變化, 負荷峰谷差往往達到發(fā)電出力的30%～40%[2],當前,電網負荷的峰谷差日益擴大,系統(tǒng)調峰壓力很大。2010年11月,發(fā)展改革委、電監(jiān)會等六部委聯合印發(fā)《電力需求側管理辦法》, 針對電力需求側提出了十六項定性或定量的管理和激勵措施, 其中提到“ 將推動并完善峰谷電價制度,鼓勵低谷蓄能”等,《辦法》將于2011年1月1 日起實施。

儲能站直接接入配網, 可在用電低谷時作為負荷存儲電能量, 在用電高峰時作為電源釋放電能, 在一定程度上減弱峰谷差,變相削減峰值負荷,對電網而言相當于改善了負荷特性, 實現電力系統(tǒng)的負荷水平控制,和負荷轉移等。給電網帶來的直接好處包括:減少系統(tǒng)備用容量的需求,減少系統(tǒng)中的調峰調頻機組的需求; 減輕高峰負荷時輸電網的潮流, 有助于減少系統(tǒng)輸電網絡的損耗,減少輸電網的設備投資,提高輸配電設備的利用率; 減少火電機組參與調峰, 提高發(fā)電效率, 從而獲取經濟效益。

2.2 抑制電網振蕩

任何微小擾動引起的動態(tài)不平衡功率都會導致機組間的振蕩, 通過發(fā)電機附加勵磁控制可以有效地抑制, 但是對于大型復雜互聯電力系統(tǒng)中出現的區(qū)域間多模式低頻振蕩問題, 最有效控制點可能位于遠離發(fā)電機組的某條輸電線路上, 若通過遠離系統(tǒng)最有效控制部位的發(fā)電機組勵磁控制來抑制,往往難以達到滿意的控制效果。

只要儲能裝置容量足夠大而目響應速度足夠快, 就可以實現任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡, 這是一種主動致穩(wěn)電力系統(tǒng)的思想[3]。由于這種電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置不必和發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)共同作用,因此, 可以方便地使用在系統(tǒng)中對于抑制振蕩來說最有效的部位。使用能向電網提供1～2 秒鐘有功功率補償的儲能系統(tǒng), 電網中各機組在受擾動后的暫態(tài)過程中, 可以保持同步運行, 系統(tǒng)崩潰事故的發(fā)生可以得到避免。

SMES的ms級響應、大容量功率/ 能量傳遞的特性適用于提高大電網動態(tài)穩(wěn)定性。能在系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動時能夠快速地吸收/發(fā)出功率,減小和消除擾動對電網的沖擊, 消除互聯電力系統(tǒng)中的低頻振蕩,抑制同步振蕩和諧振,并在擾動消除后縮短暫態(tài)過渡過程, 使系統(tǒng)迅速恢復穩(wěn)定狀態(tài),提高系統(tǒng)運行的可靠性。

2.3 提高電能質量

大容量儲能技術可以用于提高配網電能質量,提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性;為系統(tǒng)提供備用, 調峰、調頻、調相, 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等。

當用戶側對電能質量和電壓波形要求較高時,例如電子芯片制造業(yè),這時就需要把儲能系統(tǒng)接在負荷側, 與先進的電力電子技術相結合,可以減小系統(tǒng)的諧波畸變。實現高效的有功功率調節(jié)和無功控制,快速平衡系統(tǒng)中由于各種原因產生的不平衡功率,消除電壓凹陷和凸起,使全系統(tǒng)中各機組和負荷節(jié)點的電壓保持在正常運行水平,平穩(wěn)負荷的母線電壓,保證用戶電壓波形的平滑性, 從而能有效地提高供電的電能質量。

從技術上來說, 現在已經可以利用儲能裝置為每一個用戶(家用、商用或者工業(yè)用戶)提供不間斷的高質量供電電源,而且可以讓用戶自主選擇何時通過配電回路從電網獲取電能或向電網回饋電能。用戶用電的安全可靠性大大提高,停電次數、時間和停電損失大幅減少, 經濟效應和社會效應明顯。

2.4 延緩配網升級, 降低成本

當某一線路負荷超過其容量時, 則需要對配電網進行升級或者增建, 傳統(tǒng)的措施包括升級或者增建變電站變壓器、輸配電線路等。傳統(tǒng)的電網規(guī)劃或電網升級擴建成本很高, 尤其是在擁擠的城市區(qū)域。

在儲能技術不斷成熟以及裝置成本持續(xù)降低的前提下, 面對負荷增長將要超過配電線路負載能力時, 電力公司可考慮在(1)過負荷情況較少出現并且過負荷只是發(fā)生在某天的幾個小時內;(2)負荷增長緩慢;(3)配電網升級資金昂貴,小容量的儲能可以延緩相對較大的投資,“杠桿”作用很明顯;4)傳統(tǒng)的升級方法行不通,比如無線路走廊, 考慮環(huán)境和美觀因素等不能鋪設線路等情況下, 利用安裝在過負荷節(jié)點的較小容量的儲能裝置來延緩輸配電網升級所帶來的較大的資金投入,延緩配網升級[4]。

儲能系統(tǒng)一旦形成規(guī)模效應, 可以通過儲能系統(tǒng)提高發(fā)電和輸配電環(huán)節(jié)的設備利用率,減少相應的電源和電網建設費用。這將徹底改變現有電力系統(tǒng)的建設模式,促進其從外延擴張型向內涵增效型轉變。

3 提高智能電網兼容性

對于國內外正在積極研究的智能電網, 分布式能源接入配電網使得各支路潮流不再是單方向流動, 將對電網帶來較大影響[5]:

(1)DG直接接入配電網后,會引入各種擾動,從而引起系統(tǒng)電壓和頻率的偏差、電壓波動和閃變等電能質量問題。

(2)當配電網發(fā)生故障時,并網的DG可能會與線路電容發(fā)生鐵磁諧振而造成過電壓, 損壞變壓器等電氣設備, 擴大停電事故,降低系統(tǒng)安全可靠性。

(3)DG發(fā)電量的高度不確定性使得DG的直接并網會增大負荷預測和調度運行管理的難度,降低系統(tǒng)可靠性;如果僅將DG作為備用電源,則將會造成資源浪費,影響電網效益。

儲能技術是實現智能電網能量雙向互動的中樞和紐帶,DG接入帶來的這些問題通過合理的裝設儲能裝置能夠得到很好的解決, 是未來電網發(fā)展最重要的推動力之一。

4 結語

儲能技術的應用, 將很好地提高系統(tǒng)的可靠性,提高電能質量,緩解電量的供需不平衡。不同儲能形式有各自的特點、優(yōu)勢和適用環(huán)境, 應用時需綜合考慮經濟性和技術性。隨著儲能技術向大容量,低成本發(fā)展,技術日益成熟,比將在未來電網中得到廣泛應用, 對現代化的電能生產、輸送、分配和利用產生深刻影響;但是,儲能技術的規(guī)?；瘧? 勢必為電力系統(tǒng)引入的可控負荷容量在數值上足以影響電網安全運行, 需要深入研究其能量管理及運行控制模式, 使之有利于電網安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] 程時杰,文勁宇,孫海順.儲能技術及其在現代電力系統(tǒng)中的應用[J].電氣應用,2005(24):1-8.

[2] 張文亮,丘明,來小康.儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].電網技術,2008,4(32):1-9.

[3] 程時杰,李剛,孫海順,文勁宇.儲能技術在電氣工程領域中的應用與展望[J].電網與清潔能源,2009,2(25):1-7.

[4] 夏翔,雷金勇,甘德強.儲能裝置延緩配電網升級的探討[J].電力科學與技術學報,2009,9(24):33-39.

[5] 劉東,黃玉輝,陳羽,柳勁松.基于大規(guī)模儲能系統(tǒng)的智能電網兼容性研究[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,1,25(34):15-19.