鑒于微電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和儲(chǔ)能的作用，對(duì)儲(chǔ)能裝置的性能特點(diǎn)具有較為*的要求。概括起來(lái)包括：能量密度大，能夠以較小的體積重量提供較大的能量；功率密度大，能夠提供系統(tǒng)功率突變時(shí)所需的補(bǔ)償功率，具有較快的響應(yīng)速度；儲(chǔ)能效率高；高低溫性能好，能夠適應(yīng)一些特殊環(huán)境；以及環(huán)境友好等。現(xiàn)階段微電網(wǎng)中可利用的儲(chǔ)能裝置很多，主要包括蓄電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等。
2.1 蓄電池儲(chǔ)能
    蓄電池儲(chǔ)能是目前微電網(wǎng)中應(yīng)用zui廣泛、zui有前途的儲(chǔ)能方式之一。蓄電池儲(chǔ)能可以解決系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)的電能需求，也可用蓄電池儲(chǔ)能來(lái)協(xié)助無(wú)功補(bǔ)償裝置，有利于抑制電壓波動(dòng)和閃變。然而蓄電池的充電電壓不能太高，要求充電器具有穩(wěn)壓和限壓功能。蓄電池的充電電流不能過(guò)大，要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能，所以它的充電回路也比較復(fù)雜。另外充電時(shí)間長(zhǎng)，充放電次數(shù)僅數(shù)百次，因此限制了使用壽命，維修費(fèi)用高。如果過(guò)度充電或短路容易爆炸，不如其他儲(chǔ)能方式安全。由于在蓄電池中使用了鉛等有害金屬，所以其還會(huì)造成環(huán)境污染。蓄電池的效率一般在60%~80%之間，取決于使用的周期和電化學(xué)性質(zhì)。目前，按照其使用不同的化學(xué)物質(zhì)，可以將蓄電池儲(chǔ)能分為以下幾種方式：
（1）鉛酸蓄電池
    盡管鉛酸蓄電池還有不少缺點(diǎn)，但是目前能夠商業(yè)化運(yùn)用的主要還是鉛酸蓄電池，它具有幾個(gè)比較顯著的優(yōu)點(diǎn)：成本低廉，原材料豐富，制造技術(shù)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。但是鉛酸蓄電池體積較大，特性受環(huán)境溫度影響比較明顯。
（2）鋰離子電池
    鋰離子電池是近年來(lái)興起的新型高能量二次電池，由日本的索尼公司在1992 年推出。其工作電壓高、體積小、儲(chǔ)能密度高（300～400 kWh/m3）、無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)。但是鋰離子電池要想大規(guī)模生產(chǎn)還有一定難度，因?yàn)樗厥獾陌b和內(nèi)部的過(guò)充電保護(hù)電路造成了鋰離子電池的高成本。
（3）其他電池
    隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)鈉硫電池和液流釩電池的研究取得突破性進(jìn)展。這兩種電池具有高能量效率、無(wú)放電現(xiàn)象、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性，在國(guó)外一些微電網(wǎng)研究系統(tǒng)中得到運(yùn)用。但是，由于價(jià)格原因，在微電網(wǎng)中的大規(guī)模運(yùn)用還有待時(shí)日。
2.2 超導(dǎo)儲(chǔ)能
    超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES）利用由超導(dǎo)體制成的線圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)再將儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)或直接給負(fù)荷供電。
SMES 與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，由于可以長(zhǎng)期無(wú)損耗儲(chǔ)存能量，能量返回效率很高；并且能量的釋放速度快，通常只需幾秒鐘，因此采用SMES 可使電網(wǎng)電壓、頻率、有功和無(wú)功功率容易調(diào)節(jié)。但是，超導(dǎo)體由于價(jià)格太高，造成了一次性投資太大。隨著高溫超導(dǎo)和電力電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，在20 世紀(jì)90 年代已被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。SMES 快速的功率吞吐能力和較為靈活的四象限調(diào)節(jié)能力，使得它可以有效地跟蹤電氣量的波動(dòng)，提高系統(tǒng)的阻尼。文獻(xiàn)提出使用超導(dǎo)儲(chǔ)能單元使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定，SMES 單元接于異步電機(jī)的母線上，SMES 的有功控制器采用異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差量作為控制信號(hào)。文獻(xiàn)利用超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)使光伏系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性增加，并能提高吸收和釋放有功、無(wú)功的速率。
2.3 飛輪儲(chǔ)能
    飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式。早在20世紀(jì)50 年代就有人提出利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車的構(gòu)想。但是直到80年代，隨著磁懸浮技術(shù)、高強(qiáng)度碳素纖維和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新進(jìn)展，使得飛輪儲(chǔ)能才真正得到應(yīng)用。
    當(dāng)飛輪存儲(chǔ)能量時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)加速，飛輪將電能儲(chǔ)存為機(jī)械能；當(dāng)外部負(fù)載需要能量時(shí)，飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能變換為電能， 并通過(guò)電力電子裝置對(duì)輸出電能進(jìn)行頻率、電壓的變換，滿足負(fù)載的需求。飛輪儲(chǔ)能具有效率高、建設(shè)周期短、壽命長(zhǎng)、高儲(chǔ)能量等優(yōu)點(diǎn)，并且充電快捷，充放電次數(shù)無(wú)限，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。但是，飛輪儲(chǔ)能的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)其他儲(chǔ)能方式要昂貴得多。國(guó)內(nèi)外對(duì)其在微電網(wǎng)中的運(yùn)用做了不少研究。文獻(xiàn)提到利用飛輪儲(chǔ)能解決微電網(wǎng)穩(wěn)定性的問(wèn)題，建立了微網(wǎng)中的飛輪儲(chǔ)能模型，并利用PQ 控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器與飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，以減小風(fēng)電引起的電能質(zhì)量問(wèn)題，文中建立了系統(tǒng)的模型，并取得了很好的效果。
2.4 超級(jí)電容器儲(chǔ)能
    超級(jí)電容器是由特殊材料制作的多孔介質(zhì)，與普通電容器相比，它具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和更大的存儲(chǔ)容量，又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量快的特點(diǎn)，逐漸在儲(chǔ)能領(lǐng)域中被接受。根據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，可以把超級(jí)電容器分為雙電層電容器和電化學(xué)電容器。
    超級(jí)電容器作為一種新興的儲(chǔ)能元件，它與其他儲(chǔ)能方式比較起來(lái)有很多的優(yōu)勢(shì)。超級(jí)電容器與蓄電池比較具有功率密度大、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電效率高、充放電速率快、高低溫性能好、能量?jī)?chǔ)存壽命長(zhǎng)[22]等特點(diǎn)。與飛輪儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能相比，它在工作過(guò)程中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作極少，相應(yīng)的可靠性非常高。這樣的特點(diǎn)使得它在應(yīng)用于微電網(wǎng)中有一定優(yōu)勢(shì)。在邊遠(yuǎn)的缺電地區(qū)，太陽(yáng)能和風(fēng)能是zui方便的能源，作為這兩種電能的儲(chǔ)能系統(tǒng)，蓄電池有使用壽命短、有污染的弱點(diǎn)，超導(dǎo)儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能成本太高，超級(jí)電容器成為較為理想的儲(chǔ)能裝置。目前，超級(jí)電容器已經(jīng)不斷應(yīng)用于諸如高山氣象臺(tái)、邊防哨所等的電源供應(yīng)場(chǎng)合。但是超級(jí)電容器也存在不少的缺點(diǎn)，主要有能量密度低、端電壓波動(dòng)范圍比較大、電容的串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。
2.5 超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)
    從蓄電池和超級(jí)電容器的特點(diǎn)來(lái)看，兩者在技術(shù)性能上有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。蓄電池的能量密度大，但功率密度小，充放電效率低，循環(huán)壽命短，對(duì)充放電過(guò)程敏感，大功率充放電和頻繁充放電的適應(yīng)性不強(qiáng)。而超級(jí)電容器則相反，其功率密度大，充放電效率高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，非常適應(yīng)于大功率充放電和循環(huán)充放電的場(chǎng)合，但能量密度與蓄電池相比偏低，還不適宜于大規(guī)模的電力儲(chǔ)能。如果將超級(jí)電容器與蓄電池混合使用，使蓄電池能量密度大和超級(jí)電容器功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)相結(jié)合，無(wú)疑會(huì)大大提高儲(chǔ)能裝置的性能。文獻(xiàn)[27-31]研究發(fā)現(xiàn)，超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)，可以提高混合儲(chǔ)能裝置的功率輸出能力、降低內(nèi)部損耗、增加放電時(shí)間；可以減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命；還可以縮小儲(chǔ)能裝置的體積、改善供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。國(guó)外在這方面作了一些理論研究和模型測(cè)試，文獻(xiàn)研究了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在可再生能源的利用。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況和負(fù)載用電的要求，蓄電池和超級(jí)電容器可以包括直接并聯(lián)、同電感器并聯(lián)和同功率變換器并聯(lián)等，通過(guò)后一種方式可以利用功率變換器的變流作用，獲得zui大的性能提高。
2.6 其他儲(chǔ)能
    在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，除了以上幾種儲(chǔ)能方式外，還有可能用到抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等。抽水儲(chǔ)能在集中方式中用得較多，并且主要是用來(lái)調(diào)峰。壓縮空氣儲(chǔ)能是將空氣壓縮到高壓容器中，它是一種調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，但是當(dāng)負(fù)荷需要時(shí)消耗的燃?xì)獗瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)消耗的要少40%。表1 為各種儲(chǔ)能方式性能比較。從表1 可以看出，現(xiàn)階段由于技術(shù)和成本的原因，鉛酸蓄電池的優(yōu)勢(shì)還比較明顯，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，隨著其他儲(chǔ)能方式價(jià)格的下降、技術(shù)的成熟和環(huán)保要求的逐漸提高，其他儲(chǔ)能以及混合儲(chǔ)能將會(huì)在微電網(wǎng)中得到更加廣泛的運(yùn)用。