分布式发电系统中的蓄能技术

电力18讯：    摘要：在分布式发电系统的应用中，蓄能系统有三个方面的作用――可以稳定供电、提供备用电力以及提高分布式发电机组的可调度性。该文介绍了蓄电池技术、超导蓄能技术、电容器蓄能技术、机械式蓄能技术四种蓄能技术的特点。

关键词：分布式发电；蓄能系统；超导蓄能

中图分类号：TM619                 文献标志码：B               文章编号：1003-0867(2007)04-0053-02

蓄能技术是转移高峰电力、开发低谷用电、优化资源配置、保护生态环境的一项重要技术措施。在我国，蓄能技术的推广应用刚刚起步，虽然推广应用的面很小，但效益明显，潜力很大。

分布式发电系统，特别是应用可再生能源的分布式发电系统，由于能源的不稳定性，导致其不能连续运行，因此，蓄能系统在分布式发电系统中有着非常重要的作用。

1 蓄电池

当前主要应用的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢化物-镍蓄电池和锂离子电池以及钠硫蓄电池。

综合分析各种蓄电池的特性，由于铅酸蓄电池具有良好的性价比，而且能量密度也能达到系统设计的要求，因此在这些蓄电池之中，铅酸蓄电池被认为最适合应用于分布式发电系统。

2 超导蓄能

理论上，超导线圈可以有很高的电流，超导蓄能系统的蓄能能力也很强，450 m2面积的超导线圈可以存储1×109 kWh的电能。实际中，超导蓄能系统很难达到这样的性能，但是仍比蓄电池系统的能量密度大。冰箱大小的超导蓄能系统可以存储250 kWh的电能，其重量只有320 kg。 超导蓄能系统中，需要压缩器和水泵来维持容器中液体的低温。此外，超导蓄能系统还有一个DC/AC转换器将直流电转换为交流电。在蓄能设备中，超导蓄能系统具有最强的控制能力。

超导蓄能系统具有独特的优点：噪音低、高效率及高可靠性。但是也有致命的缺点：一是超导蓄能系统需要压缩器和水泵来维持液体的低温，这使系统变的复杂，并且导致维修频率提高；二是成本太高，至今为止，超导蓄能系统的成本比其它类型的蓄能系统的成本高得多。

超导蓄能系统每kWh蓄能容量的成本在$2500～3800之间，大概是铅酸蓄电池成本的 20倍。高成本导致超导蓄能系统短期内不可能在分布式发电系统大规模应用，但是在要求高质量和高可靠性的系统中可以应用。超导蓄能系统非常坚固耐用。超导线圈在运行过程中没有磨损，压缩器和水泵可以定期更换，因此超导蓄能系统具有很高的可靠性，适合高可靠性要求用户的需求。

3 电容器蓄能

电容器可分为普通电容器、电化学双电层电容器、法拉第准电容器和超级电容器。

普通电容器、电化学双电层电容器、法拉第准电容器等蓄能能力有限，能量密度低，不适用于分布式发电系统中。而超级电容器具有功率密度很高、充电时间短、寿命特别长等优异特性，适用于分布式发电系统。超级电容器的优点：

很高的功率密度。其输出功率密度是一般蓄电池的数十倍。

极长的充放电循环寿命。其循环寿命可达万次以上。

非常短的充电时间。

蓄能时间长。超级电容器蓄能过程中，虽然也有微小的漏电电流，但蓄能寿命可以认为是无限的。

高可靠性。超级电容器没有运动部件，维护工作少，因而可靠性是非常高的。

从它的优点可以看出，在边远地区，超级电容器可以和风力发电装置或太阳能发电装置组成混合电源，使得在无风或夜间也可以提供足够的电能。

超级电容器是一个介于普通电容器和蓄电池之间的优良的蓄能设备，它与蓄电池组成的混合动力系统，可以满足多种用电设备对电源提供的功率密度和能量密度的需求，因而其应用范围正在不断扩大。随着研究工作的深入进行，超级电容器蓄能系统将会在分布式发电系统中发挥更大的作用。

4 机械式蓄能

20世纪90年代科学技术突飞猛进给飞轮储能技术带来了希望。首先，超导磁悬浮技术的进展，配合真空技术，把电机的磨损和风损耗降到了最低限度。其次，高强度的炭素纤维合成材料的出现，允许的线速度可达500~1000 m/s，大大增加了单位质量中的动能储量。再次，电力电子技术的发展，给飞轮储存的动能与电能之间的交换提供了灵活的桥梁。飞轮储能密度大、能量转换效率高、使用寿命长、充电时间短、适应各种环境、可重复深度放电，是一种绿色能源技术，应用前景广阔。

飞轮蓄能系统主要包括3个部分：储存能量用的转子系统；支撑转子的轴承系统；转换能量和功率的电动/发电机系统。另外还有一些支持系统，如真空、外壳和控制系统。经过多年的研究，目前已有不少的应用实例。

目前飞轮蓄能系统主要用于电力系统中，如改善电能质量，作为化学电池的补充及替代UPS电源等。

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