儲能容量

儲能容量是指系統儲存能量的能力。常用的儲能手段有蓄水儲能、空氣壓縮儲能等。

基本介紹

• 中文名：儲能容量
• 外文名：Energy storage capacity
• 實質：系統儲存能量的能力
• 所屬學科：能源科學

儲能發展現狀

如圖為全球各類儲能技術裝機比重。在各類技術中，抽水蓄能是技術成熟、成本較低、使用規模最大的電力系統大容量儲能方式。抽水蓄能電站由可逆水泵、水輪機和上下兩個水庫組成。在電力系統負荷低谷時，利用電力系統剩餘的電能，從電站下游水庫抽水至上游水庫，把電能轉換為水的重力勢能存儲起來。在負荷高峰時，從上游水庫引水，驅動水輪機發電，把勢能轉化為電能，向電力系統供電。抽水蓄能技術已有近百年發展歷史，大型抽水蓄能電站容量達百萬千瓦。抽水蓄能電站主要分布在亞洲、美國及歐洲。日本現有抽水蓄能裝機容量25.37吉瓦，占全球抽水蓄能總裝機容量的17.9%，是全球抽水蓄能裝機容量規模最大的國家。2016年上半年我國抽水蓄能裝機容量為23.64吉瓦，位居全球第二。美國抽水蓄能裝機容量為20.36吉瓦，位居全球第三。以上三國抽水蓄能裝機占全球抽水蓄能總裝機容量的48.8%。

全球儲能技術裝機比重

儲能方式的選擇

在分散式發電系統中採用的儲能方式，主要取決於系統中需要儲能單元發揮的作用。由於不同的儲能方式具有不同的回響特性，因此，應該根據在分散式發電系統中為儲能單元設計的功能，選擇最能夠可靠地實現該功能的儲能方式。當然，在技術上滿足功能需求的儲能方式有多種時，還要根據經濟性進行進一步的選擇。

分散式電源併網對系統的影響主要取決於其穿透功率極限，根據歐洲國家的一些統計數據，穿透功率達到10%是可行的，所以除非很大的負荷就在併網逆變器附近或者電網很弱，可以認為DG發出的功率完全被電網吸收，但能量存儲可起到平抑系統擾動、維持發電/負荷動態平衡、保持電壓/頻率穩定的重要作用。要達到維持發電/負荷動態平衡的目的，儲能必須具有大容量能量/功率吞吐能力。而為了保持系統電壓/頻率穩定，儲能就得具有毫秒級回響速度和一定容量的功率補償能力。

儲能容量的配置

自給時間的要求

自給時間是指，在沒有外界電源補充能量的情況下，儲能設備能夠維持正常運行並保證供電性能要求的持續時間。

對於獨立運行的分散式發電系統，這個比較容易理解。例如，對於一個獨立運行的光伏一蓄電池系統，蓄電池應該保證在太陽光照連續低於平均值的情況下負載仍能正常工作。假設原來蓄電池是充滿電的，在光照度低於平均值的情況下，光伏電池組件產生的電能不能完全滿足負載需求，蓄電池就會釋放一部分能量提供給負載，在一天結束的時候，蓄電池就會處於未充滿狀態。如果第二天光照度仍然低於平均值，蓄電池就仍然要放電以供給負載的需要，蓄電池的荷電狀態繼續下降。或許還有連續第三天、第四天……為了避免蓄電池的損壞，這种放電過程只允許持續一定的時間，直到蓄電池的荷電狀態到達指定的危險值。系統在沒有任何外來能源的情況下負載仍能正常工作的天數，就是自給天數。

對於併網運行的分散式發電系統，為了減少分散式電源的隨機性問題對電力系統的影響，以儲能和功率預測共同解決光伏功率隨機波動性問題，儲能容量可按照補償預測功率與實際功率的差額進行設計。系統在沒有任何外來能源的情況下，只依靠儲能補償實際輸出功率與預測功率之間差額的持續自給時間，主要受預測模型精度和儲能充放電控制的影響。

單一事件最大儲能需求

在不同的分散式發電系統中，對儲能單元有不同的功能需求。有時，單一的電力系統擾動就需要儲能單元釋放大部分能量來進行支撐。例如，當系統中發生短路故障時，很多節點會產生電壓暫降現象。如果要求儲能單元參與對電壓暫降的處理，就需要儲能單元能在瞬間釋放大量電能提供支持。這樣的單一事件需要的能量才能得到很好的處理，也是確定儲能設備容量的重要依據。

儲能設各的最大放電深度

可以認為，各種儲能方式都有能夠實現或者能夠允許的最大放電深度。例如，抽水蓄能能夠釋放的電能一定是小於當初抽水消耗的電能，那么其發電量和儲能量之比就是放電深度的概念，這就是能夠實現的放電深度。而對於蓄電池，如果電能釋放過多，則有損於蓄電池的使用壽命，因此，有一個最大允許發電深度。

一般而言，淺循環蓄電池的最大允許放電深度為50%，而深循環蓄電池的最大允許放電深度為80%。如果在嚴寒地區，就要考慮到低溫防凍問題對此進行必要的修正。設計時可以適當地減小這個值擴大蓄電池的容量，以延長蓄電池的使用壽命。例如，如果使用深循環蓄電池，進行設計時，將使用的蓄電池容量最大可用百分比定為60%而不是80%，這樣既可以提高蓄電池的使用壽命，減少蓄電池系統的維護費用，同時又對系統初始成本不會有太大的衝擊。根據實際情況可對此進行靈活的處理。

必要的修正和冗餘設計

在實際情況中還有很多性能參數會對蓄電池容量和使用壽命產生很大的影響。為了得到正確的蓄電池容量設計，上面的基本方程必須加以修正。