1 分布式電能存儲技術(shù)的特點及發(fā)展情況

分布式電能存儲設(shè)備的功率從幾千瓦至幾兆瓦不等，儲能容量一般小于10MW·h，多接入中低壓配電網(wǎng)或用戶側(cè)。從能量儲存形式看，分布式電能存儲技術(shù)可分為機(jī)械儲能、電磁儲能、化學(xué)儲能等。若按照能量存儲和釋放的外部特征劃分，又可分為功率型和能量型2種。前者適用于短時間內(nèi)對功率需求較高的場合，如改善電能質(zhì)量、提供快速功率支撐等;后者適用于對能量需求較高的場合，需要儲能設(shè)備提供較長時間的電能支撐。功率型儲能響應(yīng)迅速、功率密度較大，包括超級電容、飛輪儲能、超導(dǎo)儲能等。能量型儲能具有較高的能量存儲密度，充放電時間較長，包括壓縮空氣儲能、鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池等。各種分布式電能存儲技術(shù)的發(fā)展水平不同，成本也有明顯差異，在效率、壽命、功率/能量密度等方面具有不同特點。采用混合儲能形式，將不同性能的儲能系統(tǒng)進(jìn)行組合，可充分發(fā)揮不同儲能技術(shù)的優(yōu)勢，以滿足功率和能量等多方面的需求，這將是未來分布式電能存儲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的趨勢之一。

2 分布式電能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用場景

分布式電能存儲系統(tǒng)(DESS)的應(yīng)用涉及配用電系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)，與大規(guī)模、集中式的儲能電站相比，分布式電能存儲系統(tǒng)對接入位置的環(huán)境條件限制較少，接入電網(wǎng)的方式更加靈活，在配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式電源側(cè)，以及用戶側(cè)都可以發(fā)揮獨特的作用。

2.1在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

參與系統(tǒng)調(diào)峰。利用分布式電能存儲系統(tǒng)在高峰負(fù)荷時放電，在低谷負(fù)荷時充電，可有效實現(xiàn)負(fù)荷的削峰填谷。其效果可體現(xiàn)在如下3個方面：

①緩解電網(wǎng)功率阻塞;

②延緩配電網(wǎng)升級改造;

③降低網(wǎng)絡(luò)能量損耗。

參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。分布式電能存儲系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、輸出功率控制精度高等特點，十分符合電網(wǎng)調(diào)頻的需求。與傳統(tǒng)調(diào)頻電源相比，分布式電能存儲系統(tǒng)具有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢。隨著分布式電能存儲系統(tǒng)成本的下降，在調(diào)頻服務(wù)中也將逐漸顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。

參與系統(tǒng)或饋線級調(diào)壓。大量分布式電源在配電系統(tǒng)中接入，將直接改變配電網(wǎng)中功率的流動規(guī)律，造成一些節(jié)點電壓的升高。利用分布式電能存儲系統(tǒng)有功功率的調(diào)節(jié)能力，可以有效緩解分布式電源接入后的節(jié)點電壓升高問題，提高配電網(wǎng)對分布式電源接納能力。

2.2在改善分布式電源運(yùn)行特性方面的應(yīng)用

平滑分布式電源的功率波動。將分布式電能存儲系統(tǒng)與光伏發(fā)電、風(fēng)電等波動性分布式電源緊密配合，利用儲能的快速充放電特性平抑這些電源的快速波動，可在一定時間尺度上(分鐘至小時級)實現(xiàn)輸出功率的平滑，顯著提高這些電源的功率輸出品質(zhì)，降低其對系統(tǒng)的影響。

實現(xiàn)分布式電源端節(jié)點電壓控制。將分布式電源直接與儲能系統(tǒng)相配合，對分布式電源的端電壓實現(xiàn)有效控制，在饋線中一定比例的分布式電源上采用這樣的手段，完全可以克服饋線節(jié)點電壓升高問題。該方案不會隨分布式電源的接入改變系統(tǒng)運(yùn)行或控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)“即插即用”。

增強(qiáng)分布式電源的功率可調(diào)度性。將分布式電能存儲系統(tǒng)與風(fēng)電和光伏發(fā)電等分布式電源有效加以集成，對電網(wǎng)而言形成一個統(tǒng)一的單元，實現(xiàn)在一定時間尺度(分鐘至小時級)上輸出總功率的調(diào)節(jié)，進(jìn)而使其具備一定程度的可調(diào)度性。

2.3在微電網(wǎng)中的應(yīng)用

實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率控制。微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線功率的波動可能對配電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。通過對微電網(wǎng)中分布式電能存儲系統(tǒng)的控制，能將聯(lián)絡(luò)線功率的波動控制在一定范圍之內(nèi)。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時，對配電網(wǎng)而言，微電網(wǎng)將成為一個可調(diào)度的電源(或負(fù)荷)，可以利用微電網(wǎng)實現(xiàn)一些電網(wǎng)輔助服務(wù)功能，進(jìn)而更多地發(fā)揮出微電網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢。

支撐系統(tǒng)電壓與頻率。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式時，分布式電能存儲系統(tǒng)可作為微電網(wǎng)的主電源提供電壓和頻率支持，發(fā)揮快速響應(yīng)的特點，實時平衡微電網(wǎng)中的功率波動，維持電壓和頻率穩(wěn)定。此外，分布式電能存儲系統(tǒng)還可以在微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換時提供暫態(tài)功率支撐，盡可能減小對用戶負(fù)荷的沖擊。

2.4在用戶側(cè)的應(yīng)用

發(fā)揮不間斷電源作用。分布式電能存儲系統(tǒng)由于具有快速響應(yīng)能力，可以作為不間斷電源(UPS)，在停電時確保重要負(fù)荷供電，提高供電可靠性，這一模式已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。

實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。安裝在用戶側(cè)的分布式電能存儲系統(tǒng)，可用于參與需求側(cè)響應(yīng)，幫助用戶在不改變用電習(xí)慣的情況下進(jìn)行錯峰用電，降低購電費用。對于電網(wǎng)而言，錯峰用電將會顯著提高電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率，延緩系統(tǒng)改擴(kuò)建，具有多方面的經(jīng)濟(jì)性。

改善電能質(zhì)量。間歇性的分布式電源和大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用可能會造成高次諧波、電壓閃變、電壓跌落等電能質(zhì)量問題。在用戶側(cè)接入分布式電能存儲系統(tǒng)，能快速響應(yīng)系統(tǒng)中各種擾動，有效控制波形畸變率在較小的范圍內(nèi)，提高用戶電能質(zhì)量。

3 分布式電能存儲及成套新技術(shù)

3.1分布式電能存儲新技術(shù)

提高性能和降低成本是分布式電能存儲系統(tǒng)未來研發(fā)的主要方向，包括現(xiàn)有儲能技術(shù)的改進(jìn)和新型儲能技術(shù)的研發(fā)。美國能源部發(fā)布的《2013儲能手冊》中介紹了多種正在研發(fā)和測試階段的新型儲能技術(shù)，其中多種可應(yīng)用于分布式電能存儲系統(tǒng)，如表1所示。

3.2分布式電能存儲系統(tǒng)成套技術(shù)

分布式電能存儲系統(tǒng)均由多個環(huán)節(jié)構(gòu)成，除儲能設(shè)備、電力電子并網(wǎng)裝置外，還可能包括儲能管理系統(tǒng)，而后者是電能存儲成套技術(shù)的關(guān)鍵。儲能管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測儲能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免使用不當(dāng)對儲能設(shè)備造成損害。目前，國內(nèi)外針對電池類儲能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)已有許多較為成熟的產(chǎn)品。但是，不同類型儲能的荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)、壽命等與自身特性密切相關(guān)，各種算法適用的儲能類型不盡相同，精度水平參差不齊。隨著各種新型儲能技術(shù)的發(fā)展，需要適應(yīng)性更強(qiáng)、更加精確的荷電狀態(tài)等參數(shù)的估算方法。

4 分布式電能存儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化運(yùn)行

4.1分布式電能存儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

分布式電能存儲系統(tǒng)在很多應(yīng)用場景下需要與其他分布式電源協(xié)調(diào)運(yùn)行，多種分布式電能存儲系統(tǒng)間也需要協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同實現(xiàn)既定的控制目標(biāo)。分布式電能存儲系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制可以劃分為3個層次，如圖1所示。

1)設(shè)備級協(xié)調(diào)控制。一般為混合儲能系統(tǒng)間或儲能與分布式電源間的協(xié)調(diào)控制。

2)微電網(wǎng)級協(xié)調(diào)控制。微電網(wǎng)中多個分布式電能存儲系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制主要采用分層控制的方式，通過微電網(wǎng)中央控制器(MGCC)對各儲能控制器下達(dá)控制指令，協(xié)調(diào)各分布式電能存儲系統(tǒng)的運(yùn)行。

3)廣域協(xié)調(diào)控制。對于在地理位置上分布較廣的分布式電能存儲系統(tǒng)，無法直接采用微電網(wǎng)模式進(jìn)行管理和控制，需通過配網(wǎng)調(diào)度或者虛擬電廠(VPP)技術(shù)。此時的協(xié)調(diào)控制需涵蓋多個微電網(wǎng)以及微電網(wǎng)覆蓋范圍以外的分布式電能存儲系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)廣域協(xié)調(diào)控制。

4.2分布式電能存儲系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

分布式電能存儲系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行往往不能單獨考慮，需要將其置于一個系統(tǒng)中，綜合考慮整個系統(tǒng)的能量管理策略，同時兼顧儲能容量、放電深度、循環(huán)壽命等限制。按照分布式電能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用場合不同，可分為以下幾個層次：

①家庭能量管理;

②分布式發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度;

③微電網(wǎng)能量管理;

④配電網(wǎng)能量管理。

目前，相關(guān)研究大多只考慮某一層次的能量管理，針對儲能在特定場景的應(yīng)用對其進(jìn)行調(diào)度。如何統(tǒng)籌考慮不同能量管理層次中分布式電能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)揮儲能系統(tǒng)的應(yīng)用潛能，仍有待進(jìn)一步研究。

5 分布式電能存儲系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計

針對不同的應(yīng)用場景，分布式電能存儲系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計可能會偏重于不同的方面，采用的目標(biāo)函數(shù)各異。多數(shù)研究以分布式電能存儲系統(tǒng)為運(yùn)營商和用戶帶來的經(jīng)濟(jì)收益最大、節(jié)省成本最多為目標(biāo)函數(shù)，在不同應(yīng)用場景的規(guī)劃設(shè)計中，約束條件基本大同小異。特別值得指出的是，以下兩點需要在規(guī)劃設(shè)計時綜合加以考慮。

1)全面評估分布式電能存儲系統(tǒng)的效益。分布式電能存儲系統(tǒng)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計研究多針對某種或某幾種具體的應(yīng)用場景，以主要的利益為目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃。如何全面考慮分布式電能存儲系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價值、社會效益，有待進(jìn)一步研究。

2)大量分布式電能存儲系統(tǒng)接入后對電價的影響。當(dāng)系統(tǒng)中大量接入分布式電能存儲系統(tǒng)，并使之參與需求側(cè)響應(yīng)時，可能會對峰谷電價產(chǎn)生較大的影響。在考慮分布式電能存儲系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方案的同時也應(yīng)加強(qiáng)電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)規(guī)模的全局性規(guī)劃研究。

6 市場與政策對分布式電能存儲系統(tǒng)應(yīng)用的影響

6.1電力市場

分布式電能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用前景雖然廣闊，但尚未真正形成成熟的商業(yè)模式。分布式電能存儲系統(tǒng)在電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的應(yīng)用都具備潛在的盈利機(jī)會，但其能否完全商業(yè)化運(yùn)營，還取決于電力市場的發(fā)展水平和完善程度。在歐美等電力市場發(fā)展較早的國家，峰谷分時電價機(jī)制，以及輔助服務(wù)市場的存在，使得儲能系統(tǒng)為其所有者帶來收益成為可能。一旦經(jīng)濟(jì)性獲得保障，分布式電能存儲技術(shù)有望獲得極大的商業(yè)化推廣。在國內(nèi)，電力市場尚未全面實行，在現(xiàn)行的電價機(jī)制下，儲能系統(tǒng)的獲利空間收到了很大的約束。

6.2政策

國家政策的扶植是促進(jìn)儲能技術(shù)成熟，推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最有效、最實際的方式。美國作為儲能技術(shù)發(fā)展較早，水平最高的國家之一，其儲能技術(shù)的快速發(fā)展與政府政策的支持密不可分。美國的儲能政策主要涵蓋了5個方面，包括：儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、儲能技術(shù)示范項目財政支持、儲能系統(tǒng)電價支持、儲能系統(tǒng)安裝稅收減免和儲能系統(tǒng)配置比例要求等，從技術(shù)、應(yīng)用、市場等角度給予了儲能技術(shù)發(fā)展的多方面支持。中國專門針對儲能技術(shù)的政策和規(guī)劃尚不多見，但在“十二五”期間頒布的一系列有關(guān)可再生能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)、電動汽車等領(lǐng)域的政策，將間接對儲能技術(shù)發(fā)展提供重要的支持。

7 結(jié)語

目前，分布式電能存儲系統(tǒng)的發(fā)展仍處于起步階段，目前限制分布式電能存儲系統(tǒng)推廣的最大瓶頸還是其高昂的成本，如何發(fā)揮分布式電能存儲系統(tǒng)的最大效益仍是未來需要重點研究的問題，需要從多個層面進(jìn)行考慮。

分布式電能存儲技術(shù)的發(fā)展不僅要從儲能技術(shù)本身出發(fā)，不斷提高性能、降低成本，還要從其成套技術(shù)、協(xié)調(diào)控制、優(yōu)化運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計等角度開展深入細(xì)致的工作，以提高分布式電能存儲系統(tǒng)的利用效率，充分發(fā)揮其應(yīng)用價值。同時，也要從市場和政策的層面引導(dǎo)和扶持儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。