[科普中国]-储能容量

储能容量是指系统储存能量的能力。常用的储能手段有蓄水储能、空气压缩储能等。

储能发展现状如图为全球各类储能技术装机比重。在各类技术中，抽水蓄能是技术成熟、成本较低、使用规模最大的电力系统大容量储能方式。抽水蓄能电站由可逆水泵、水轮机和上下两个水库组成。在电力系统负荷低谷时，利用电力系统剩余的电能，从电站下游水库抽水至上游水库，把电能转换为水的重力势能存储起来。在负荷高峰时，从上游水库引水，驱动水轮机发电，把势能转化为电能，向电力系统供电。抽水蓄能技术已有近百年发展历史，大型抽水蓄能电站容量达百万千瓦。抽水蓄能电站主要分布在亚洲、美国及欧洲。日本现有抽水蓄能装机容量25.37吉瓦，占全球抽水蓄能总装机容量的17.9%，是全球抽水蓄能装机容量规模最大的国家。2016年上半年我国抽水蓄能装机容量为23.64吉瓦，位居全球第二。美国抽水蓄能装机容量为20.36吉瓦，位居全球第三。以上三国抽水蓄能装机占全球抽水蓄能总装机容量的48.8%1。

储能方式的选择在分布式发电系统中采用的储能方式，主要取决于系统中需要储能单元发挥的作用。由于不同的储能方式具有不同的响应特性，因此，应该根据在分布式发电系统中为储能单元设计的功能，选择最能够可靠地实现该功能的储能方式。当然，在技术上满足功能需求的储能方式有多种时，还要根据经济性进行进一步的选择。

分布式电源并网对系统的影响主要取决于其穿透功率极限，根据欧洲国家的一些统计数据，穿透功率达到10%是可行的，所以除非很大的负荷就在并网逆变器附近或者电网很弱，可以认为DG发出的功率完全被电网吸收，但能量存储可起到平抑系统扰动、维持发电/负荷动态平衡、保持电压/频率稳定的重要作用。要达到维持发电/负荷动态平衡的目的，储能必须具有大容量能量/功率吞吐能力。而为了保持系统电压/频率稳定，储能就得具有毫秒级响应速度和一定容量的功率补偿能力。

储能容量的配置自给时间的要求自给时间是指，在没有外界电源补充能量的情况下，储能设备能够维持正常运行并保证供电性能要求的持续时间。

对于独立运行的分布式发电系统，这个比较容易理解。例如，对于一个独立运行的光伏一蓄电池系统，蓄电池应该保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍能正常工作。假设原来蓄电池是充满电的，在光照度低于平均值的情况下，光伏电池组件产生的电能不能完全满足负载需求，蓄电池就会释放一部分能量提供给负载，在一天结束的时候，蓄电池就会处于未充满状态。如果第二天光照度仍然低于平均值，蓄电池就仍然要放电以供给负载的需要，蓄电池的荷电状态继续下降。或许还有连续第三天、第四天……为了避免蓄电池的损坏，这种放电过程只允许持续一定的时间，直到蓄电池的荷电状态到达指定的危险值。系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数，就是自给天数。

对于并网运行的分布式发电系统，为了减少分布式电源的随机性问题对电力系统的影响，以储能和功率预测共同解决光伏功率随机波动性问题，储能容量可按照补偿预测功率与实际功率的差额进行设计。系统在没有任何外来能源的情况下，只依靠储能补偿实际输出功率与预测功率之间差额的持续自给时间，主要受预测模型精度和储能充放电控制的影响。

单一事件最大储能需求在不同的分布式发电系统中，对储能单元有不同的功能需求。有时，单一的电力系统扰动就需要储能单元释放大部分能量来进行支撑。例如，当系统中发生短路故障时，很多节点会产生电压暂降现象。如果要求储能单元参与对电压暂降的处理，就需要储能单元能在瞬间释放大量电能提供支持。这样的单一事件需要的能量才能得到很好的处理，也是确定储能设备容量的重要依据。

储能设各的最大放电深度可以认为，各种储能方式都有能够实现或者能够允许的最大放电深度。例如，抽水蓄能能够释放的电能一定是小于当初抽水消耗的电能，那么其发电量和储能量之比就是放电深度的概念，这就是能够实现的放电深度。而对于蓄电池，如果电能释放过多，则有损于蓄电池的使用寿命，因此，有一个最大允许发电深度。

一般而言，浅循环蓄电池的最大允许放电深度为50%，而深循环蓄电池的最大允许放电深度为80%。如果在严寒地区，就要考虑到低温防冻问题对此进行必要的修正。设计时可以适当地减小这个值扩大蓄电池的容量，以延长蓄电池的使用寿命。例如，如果使用深循环蓄电池，进行设计时，将使用的蓄电池容量最大可用百分比定为60%而不是80%，这样既可以提高蓄电池的使用寿命，减少蓄电池系统的维护费用，同时又对系统初始成本不会有太大的冲击。根据实际情况可对此进行灵活的处理。

必要的修正和冗余设计在实际情况中还有很多性能参数会对蓄电池容量和使用寿命产生很大的影响。为了得到正确的蓄电池容量设计，上面的基本方程必须加以修正2。

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黄伦先 - 副教授 - 西南大学