分布式电力储能技术现状与发展前景

分布式电力储能技术现状与发展前景

赵家琦 1 孙鸽 2

1美的威灵电机技术（上海）有限公司 上海市 201203 2上海蔚来汽车有限公司 上海市 201805

摘要：近年来，科技与创新越发成为国内外学者研究的重点，许多国家已将其作为知识经济时代的宠儿， 摆在国家发展的核心和战略地位。作为人口众多、人均资源少、能源消耗极大的发展中大国，有效实现经济发展与环境保护的双赢，是摆在每个中国人面前的课题。本文展开对“分布式电力储能技术现状与发展前景”的探索与研究，旨在找到一条适合未来我国可再生能源的发展和应用途径。

关键词：分布式；电力储能技术；发展应用

1 分布式电力储能技术现状分析

可再生能源经过了一段时间的跨越式发展，目前到达了一定的瓶颈期。由于其发电的特点，消纳问题日益明显。弃风率和弃光率不断攀升，预估全年的弃风弃光电量将达到 300-350 亿度，极大的制约了中国可再生能源事业发展。

目前，电力储能技术主要分为机械能、电磁储能以及电化学储能的几种基础形式，每一种技术都有其适合功率范围、响应时间、放电时间，因此每一种储能形式都有其适合的应用场景。

随着电动汽车的发展，促进了电化学储能的推广普及，同时家用充电设施的普及，使得分布式储能与新能源电动汽车的融合成为可能。

但也带来一些问题，如智能电网的发展需要解决的另外一个重要问题，就是如何解决在越来越多的电力电子设备所带来的电能质量问题。分布式发电设备的间歇工作带来了很多的电能质量问题，高次谐波、电压波动与闪变、电网电压频率的波动等等，这些问题正在不断的制约着分布式发电的进一步推广应用。目前电网还不具备具备消纳大量分布式发电的能力，以及对这些分布式发电设备具备调控能力。分布式发电等电力电子设备具有很强的非线性特征，这一类设备之间以及设备与电网之间的相互作用也更加的复杂。近几年，中国的电动汽车普及迅速，但电动汽车充电设备，尤其是快速充电设备的数量远不能满足日益增长的电动汽车数量。大量电动汽车的充电设备的随机接入电网，会对其造成极大的冲击，电动汽车领域也需要通过智能用电技术来减少大功率的设备随机接入电网所带来的不利影响。

2 分布式电力储能技术发展及应用分析

目前广泛应用的储能技术，大多以机械能储能为主，一般抽水储能均对地势要求较高，适用性较差。国内市场上的电力电化学储能设备主要以铅酸、锂电池为主要的储能单元，电化学储能除去电池部分外，还需要配备电池管理系统（BMS）、双向并网逆变器（PCS）、以及冷却空调等一系列辅助设备，合格的电力电化学储能设备价格也较高。

随着电动汽车的普及，锂电池出货量有了显著的提升。作为电动汽车的重要动力单元，电池的衰减被严格控制在规定范围内。但其回收和再利用仍然面临较大的困境。将电动汽车产业与电力储能产业联动，打通产业链，可以极大程度上降低电化学储能单元的成本，解决电动车电池回收问题以及电化学储能成本高难以推广的问题。

电化学电力储能设施主要包含三个主要系统：储能系统主要由四个部分组成，即由电池和电池管理系统（BMS）组成的蓄电池组，储能并网变换器（PCS）以及对整个系统进行监控以及通讯的系统。该设施整体的工作原理是：蓄电池组包括了蓄电池（三元锂电池、铅酸电池等）、电池管理系统（BMS）以及直流接触器配电装置等。其中电池管理系统（BMS）负责监控蓄电池单体以及模组的工作状态，对模组进行投切操作，并通过通讯的方式定时上传电池组信息以及故障的报警。储能并网变换器器（PCS）可控制储能电池的充电和放电过程，通过交直流的变换实现电能的双向流动。另外，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电以及在极端情况下充当电网的备用启动能源，保障发电机组可以在黑电网情况下启动并网。监控系统主要是完成分布式储能系统的内部数据采集、状态监测以及接收电网调度中心的调度。此外还要实现通过多个储能储能系统间的协同处理工作，协调不同系统间的PCS协同操作 ，以及 快协同的PCS 与电池组之间的工作，避免在多个储能系统间产生环流损坏系统。在储能系统中监控系统的另外一个重要作用就是通过与能源管理平台或电网的配电网调度系统，接受调度指令，实现电池组的充放电、运行模式切换、削峰填谷以及消纳新能源发电系统给电网造成的冲击，实现电网的柔性控制。

蓄电池组、变流器（PCS）与监控系统三者之间的具体相互作用如图所示。电池管理系统（BMS）还可以分为两级结构，即电池管理单元(BMU)和 BMS。由于一般的电池组由最基本的电芯单体组成，受制于电池电极材料的构成，单个电芯单体所能提供的电压较低，难以满足并网发电的要求，需要多个电池单体进行串并联，组成一个模组。在模组内各个单体都要进行电压的均压装置。为进一步提高电池的效率，均压装置越来越多采用主动式的均压方法，但主动式均压方法需相对复杂的控制法，每个模组需要BMU进行模组内的电芯单体进行监控与控制。BMS则从另外的角度，单独监控电池模组的输出BMS 负责收集全部 BMU 信息，同时检测电池组总电流，并实现各种报警和保护功能。PCS 交流直流双向变换器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令大小以及工作模式，控制功率变流器的整流模式或者是逆变模式，以及输出或输入功率大小，从而实现对电网有功功率及无功功率的调节同时，完成对电池的充放电。另外PCS 控制器通过通信协议与 BMS 设备通讯，目前常用的有ModBus，或者CAN通信，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池工作恰当的充放电深度。

目前已出现了应用于光伏电站的储能工程，实现了光伏监控和光伏大数据处理领域的融合。除了可以监控维护光伏电站的设备状态之外及运行控制的基础应用场景，还可衍生出了更多的附加功能：一是并网发电清算。清算系统包括自动结算、自动支付、结算控制，可为发电以及储能设备提供较为简便的交易接口。二是是基于该接口所构建的交易平台。光伏发电站往往都是较为分散的，各地有众多零散分布的光伏电站，个人也可通过搭建简单的光伏发电设备来构建自己的光伏发电系统，往往难以接受调控制。近年来，虚拟发电站的概念逐渐形成，使得分布式的电网控制成为现实，但在发电费用的结算上面就需要完整的交易平台，集各光伏电站运行状态、并网电量、并网功率等等信息，方便电能买家的购买和电站持有人电能的出售。此外，鉴于单个光伏电站发电量并不稳定， 在并入电网方面可能产生限制， 通过平台可以对一定区域内光伏电站的发电量等资源进行整合，在电站用户达到一定数量之后逐渐扩大。

公司对储能系统进行自主研发，开发了能源管理系统 EMS，并与新加坡科技研究局合作在当地建设结合光伏与储能的智能住宅。并拟增发不超过 24.5 亿元，用于建设“基于云数据管理平台的分布式能源网络”以及年产 1000 万 kVAh 的高性能铅炭电池项目。分布式的云数据管理平台是一个致力于解决分布式发电的协调、效益最大化以及稳定性管理的系统优化工程，对于未来我国各地可再生能源管理有极大的促进作用。

结语：由于同时面临经济增长、产业转型及生态环境压力等多重因素，中国极需通过科技与创新提升国际竞争力。本篇对于“分布式电力储能技术现状与发展前景”的思考也只是一个开始，相信未来会有更多的研究与探索，让科技与创新使人们的生活越来越健康、便捷和美好。

1