分布式存储系统节能技术研究综述
分布式能源系统常用储能技术综述
收稿日期：２０１９－０２－２７；责任编辑：刘欢欢 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０７．０３０ 基金项目：国家重点研发计划项目（２０１８ＹＦＢ０９０５１０１） 作者简介：陈 曈（１９９０—），男，山东济南人，工程师，硕士，主要研究方向为分布式能源。 引用格式：陈曈，张伟波，周宇昊，等．分布式能源系统常用储能技术综述［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（７）：１３８１４２．
规 模 始 终 在 扩 大，应 用 更 为 广 泛。 现 按 照 储 热、蓄 冷、储电 ３大类，对分布式能源体系中采用的储能技 术进行如下综述。
１ 储热技术
储热技术按照储热材料的储热方式不同主要分 为 ３种类型：显热储热、潜热（相变）储热和化学反 应热储热［３］。 １．１ 显热储热
显热储热的储热材料利用自身比热容的特性， 通过温度变化进行蓄热与放热，其共同点是单位质
·２７１·
２０１９年第 ７期
能 源 与 环 保
第 ４１卷
量或体积的储热量大，物理及化学性质稳定，导热性 好等。液体显热储热材料如水，固体显热储热材料 如碎石、土壤等，广泛应用在储热温度要求不高的领 域，例如太阳能空调等。但是因为占用体积大，没法 进行规模化使用［４５］。诸如熔融盐、液态金属和有机 物等材料也可用作显热材料。熔盐具有高热容，宽 温度范围和低粘度等优点，这使其成为典型的中高 温传热蓄热材料［６］。 １．２ 潜热储热
分布式能源发电和储能技术综述
分布式能源发电和储能技术综述随着全球经济的发展和人口的不断增加，对能源的需求也越来越大，传统的中心化能源系统难以满足现代社会对能源的需求。
而在过去几年中，分布式能源发电和储能技术迅速发展，已经成为能源系统转型的重要方向。
分布式能源发电指的是在接近能源用户端的地方，建设小型、分布方式的能源发电装置。
相较于传统的中心化能源系统，分布式能源发电可以更快地对用户的能源需求作出响应，提高能源的可靠性和可持续性。
目前，分布式能源发电主要有太阳能、风能、生物质能、地热能等多种类型。
太阳能是当前最常见的分布式能源发电方式，其基础是依靠太阳能电池板将太阳光转化为电能。
在太阳能技术中，最常见的是光伏电池，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅等，这种电池板通常安装在房屋屋顶等易受到阳光照射的地方。
与太阳能类似，风能也是一种常见的分布式能源发电方式。
它可以利用风能发电并将其分配到当地的能源网络中。
当前，风力发电机已经成为分布式风能系统的主要组成部分，它们通常安装在高地区或海滩附近。
此外，微型风力发电机也成为了一个新兴市场，由于其较小的体积和低成本，被用于供电和照明等小型应用场合。
生物质能是指从生物质物质中提取燃料并将其转化为能源的技术，通常使用的生物质包括废弃物、树叶、牧草和谷物等，能够提供燃料、热能和电能等不同形式的能源。
生物质发电通常包括两种技术，一种是直接烧烤，将热能转化为电能；另一种是将生物质转化为气体或液体燃料，然后通过内燃机等设备将其转化为电能。
最后，地热能是将地下热能转化为电能的技术。
通常，这种技术需要使用地热泵或直接使用地下水来实现。
地热能通常能够比较稳定地提供能源，并且受气候等外界因素的影响较小，因此成为了一个备受瞩目的发展方向。
对于分布式能源发电来说，储能技术的重要性也不容忽视。
储能技术可以将分散产生的能源有效储存，在需要的时候释放出来。
能源储存技术通常有电池储存、超级电容存储和液压储存等多种方式。
在储存技术中，电池储存无疑是最广泛应用的技术之一，现在最常见的电池类型有铅酸电池、锂离子电池、燃料电池等三种。
电网分布式储能技术的实用研究
电网分布式储能技术的实用研究Chapter 1 前言电网分布式储能技术是当前电力系统中一个热门的研究领域。
它在增加电力供应的同时，也可以降低对电网的压力，提高电力系统的稳定性和可靠性。
本文将从储能技术的意义、分布式储能技术的定义与分类、技术发展现状、技术原理与特点以及实用案例等方面进行深入探讨电网分布式储能技术的实用研究。
Chapter 2 储能技术的意义储能技术是指将电能等形式的能量在系统内部进行储存，到需要使用时释放出来。
在电力系统中，由于能量需求有起有伏，因此能够储存电能的储能装置具有很大的应用前景。
储能技术的应用可以实现电网的平稳运行，增加区域供电能力，降低能源消耗与污染排放，提高电网的经济效益等。
Chapter 3 分布式储能技术的定义与分类分布式储能技术是指将电能在电力用户端直接进行储存，可以根据负荷需求随时进行供能和回收，从而增强系统的供需平衡能力。
分布式储能技术可以分为以下几种类型：①电池储能：通过电池的充放电过程实现储能，在停电等情况下可以应急供电，同时在峰谷电量调峰时起到缓冲作用。
②超级电容器储能：超级电容器具有高功率、快充电、长寿命等特点，可以用于需要短时储能的场合，并提高系统稳定性。
③压缩空气储能：将空气压缩存储，释放时通过膨胀机转换为机械能或电能。
适用于大规模的长时储能和频繁的起伏电量调节。
④超导磁体储能：利用超导磁体在过渡温度以下的零电阻超导状态内的能量存储特性，通过放电时的电流产生磁场转化为机械能和电能。
Chapter 4 技术发展现状随着电力需求的不断增长，以及新能源、智能电网等新技术的推广，分布式储能技术也在不断发展。
目前，国内外主要企业已经在分布式储能领域进行了大量的研发与实践，取得了一定的进展。
国内大型能源企业如华能、国家电网、神华等都相继投入了相当规模的分布式储能设施建设。
国外的特斯拉、充电桩制造商Acciona等也在跨领域开展深入合作。
Chapter 5 技术原理与特点分布式储能技术最大的特点是分散部署和灵活性，可以根据负荷需求调整供电能力。
分布式能源系统常用储能技术综述
分布式能源系统常用储能技术综述一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大规模开发利用，分布式能源系统以其灵活、高效、环保的特性，逐渐成为未来能源供应的重要形式。
在分布式能源系统中，储能技术扮演着至关重要的角色，它不仅能够平衡能源供应与需求之间的时空差异，还能提高能源利用效率，降低能源损耗，增强能源系统的稳定性和可靠性。
因此，对分布式能源系统中常用的储能技术进行综述，具有非常重要的理论意义和实践价值。
本文旨在全面梳理和分析分布式能源系统中常用的储能技术，包括但不限于电化学储能、物理储能、化学储能以及混合储能等。
我们将对这些技术的原理、特点、应用现状以及发展趋势进行深入探讨，以期为读者提供一个清晰、全面的技术概览。
本文还将关注储能技术在分布式能源系统中的实际应用案例，分析其在实际运行中的性能表现，以便为相关领域的研究人员、工程师和政策制定者提供有益的参考和借鉴。
二、储能技术概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大规模开发利用，分布式能源系统逐渐成为能源领域的研究热点。
在分布式能源系统中，储能技术扮演着至关重要的角色，它不仅能够平抑能源供应与需求之间的波动，提高能源利用效率，还能在一定程度上解决可再生能源间歇性和不稳定性的问题。
储能技术主要分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。
物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等，这类储能方式通常具有较大的储能容量和较长的储能时间，但受地理环境和空间限制较大。
化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池等，这类储能方式具有响应速度快、能量密度高、维护成本低等优点，因此在分布式能源系统中得到了广泛应用。
电磁储能则主要包括超级电容器和超导储能等，这类储能方式具有快速充放电、高效率、长寿命等特点，适用于需要快速响应的场景。
在选择储能技术时，需要综合考虑技术成熟度、经济性、环境影响、安全性以及应用场景等因素。
例如，在风能、太阳能等可再生能源的分布式能源系统中，化学储能和电磁储能可能更加适用，因为它们能够快速响应能源供应的波动，并且具有较高的能量转换效率。
分布式能源系统常用储能技术综述
分布式能源系统常用储能技术综述摘要：分布式能源系统因其采用了清洁能源，满足新时代节能减排的要求，因此在近年来得到了蓬勃发展。
因为分布式能源具有一定的随机性与间歇性，所以无论是并网运行还是孤岛运行，都会出现电压波动与频率波动现象。
基于此，以下对分布式能源系统常用储能技术进行了探讨，以供参考。
关键词：分布式能源张;储能技术；综述中国分类号：TM91 文献标识码：A引言近年来，新能源的发展速度不断加快，国家也对新能源的开发和利用提供政策上的支持，越来越多的风力发电系统和光伏发电系统并入电网。
由于新能源发电具随机性和不可控性，并入电网后必然会对电网整体调度和控制产生影响。
而储能技术能够解决这一问题。
因此，将储能技术应用在新能源发电中具有一定的实用意义。
1分布式能源体系中采用的储能技术1.1潜热储热潜热储热的基本原理是：材料的两相处于平衡共存状态，当一相转变为另一相时，热量被吸收或者释放。
在相变过程中每单位质量材料吸收／释放的热量称为潜热。
潜热储热目前是最受关注的储热技术，主要是因为潜热储热材料的储能密度明显大于显热储热材料的储能密度，具有很好的实际研发前景。
1.2抽水蓄能电站在各种电力储能技术中，抽水蓄能电站是最成熟、应用最广泛的储能技术。
抽水蓄能主要是在用电低谷时，水泵将水从低处抽到高处的水库；用电高峰时，打开水库利用水的势能发电。
抽水蓄能具有能量密度高、存储容量大以及存储周期长等优点，但是会受地理位置和投资成本的限制，会对当地的生态环境造成影响。
1.3水蓄冷技术水蓄冷技术多利用电网峰谷电价的差异，用冷水机组夜间在水池内蓄冷，然后在高峰时段将储存的冷量释放到空调系统中。
此技术应用于分布式的优势是可以利用原有的蓄水设施、消防水池等，降低项目成本，同时可以实现储热和蓄冷２种用途。
1.4蓄电池储能蓄电池储能是一种化学储能方式，主要由蓄电池中的电解质经过化学反应将电能转化为化学能存储起来。
在电力系统中，蓄电池在负荷低谷充电储能，负荷高峰时将电能输送到电网。
分布式能源储能技术及关键技术研究
分布式能源储能技术及关键技术研究摘要：随着煤炭、石油等传统化石能源价格的上升和对环境影响的压力，全球新能源的开发利用速度逐步加快。
分布式能源系统（DES）不但可降低温室气体的排放比例，同时还可有效提高能源利用率，促进社会和经济的双向发展。
“双碳”背景下，合理进行DES发展现状和发展前景的分析，可有效解决能源获取问题，提高清洁能源的比例，促进达到碳排放达峰、碳中和“双碳”发展目标。
本文主要对分布式能源储能技术及关键技术进行研究，仅供参考。
关键词：分布式能源；储能技术；关键技术引言在环境污染和能源危机的不断加剧情况下，能源结构亟待调整，分布式能源系统具有经济、环境友好、可持续等优点得到国内外普遍关注。
针对上述研究的分布式能源储能技术出现的问题，本文设计分布式能源储能系统，对其储能模型，能源传输方式进行技术化改进，并采用算法程序控制系统的均衡，保证储能系统的稳定。
1新能源发电特性1.1风力发电模型及其动态特性分析风力发电机组原动机的能量来源为自然界中风的动能。
由于风速的易变性和不可控性，风力发电机组几乎每时每刻都遭受到较大程度的扰动，这种扰动无论对机组本身还是对与之相连的电力系统，都将产生一定程度的影响。
因此，风力发电系统动态仿真分析就需要建立与之相适应的数学模型。
在风的移动过程中，既有动能的变化，又有势能的变化。
在一定时间和空间范围内，风速的变化具有随机性。
为了能够在模拟风速变化时准确地反映出风能的随机性和间歇性的特点，通常用基本风、阵风、渐变风和噪声风这4种典型模型来模拟风速变化的时空模型。
1.2太阳能光伏发电模型与动态特性分析地球绕地轴自西向东自转形成昼夜交替，地球自转的同时绕太阳公转。
地球的自转轴与公转运行轨道面(黄道面)的法线倾斜成23．45度夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向地球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化。
由于地球的自转和公转，相对地平面来说，太阳的位置不停地在变化。
分布式储能技术的应用研究
分布式储能技术的应用研究一、引言电力系统是国家经济和社会发展的重要基础设施，由于其复杂性和不确定性，电力系统面临着一系列问题，其中之一就是供需失衡问题。
随着可再生能源和电动汽车等新兴能源和用电负荷的快速增长，电力系统压力不断增加，特别是在高峰时段，供电不足的问题已经受到广泛关注。
为了解决这个问题，分布式储能技术被广泛应用。
二、分布式储能技术的概念及分类分布式储能技术是指将储能装置分布在电网的各个节点，根据电力系统的实际情况，实现能量的存储和调度。
分布式储能技术可以按其能量形式、储能介质和应用场景等多种分类方式进行划分。
1.能量形式根据储能装置中储存的能量形式不同，分布式储能技术可以分为电化学储能技术、电动力储能技术和热力学储能技术。
2.储能介质储能介质是指储能装置中存储能量的物质。
多种储能介质可以用于分布式储能技术，包括化学储能介质、机械储能介质、电磁储能介质、热力学储能介质等。
3.应用场景分布式储能技术可以根据应用场景进行分类，包括电力系统调峰、电压控制、储能电站、微电网等。
三、分布式储能技术在电力系统调峰中的应用电力系统的调峰是指在有限的时间内适应负荷波动，维持电力系统的稳定运行。
分布式储能技术在电力系统调峰中具有不可替代的作用，可以平滑负荷波动，缓解电力系统压力。
分布式储能技术可以通过储能和释能过程对电力系统进行调峰。
储能过程发生在低电力需求时段，将过剩的电力存储起来；释能过程发生在高负荷时段，将储存的电力释放出来，缓解电力系统压力。
四、分布式储能技术在电力系统电压控制中的应用电力系统的电压控制是保持电力系统电压稳定的关键环节。
分布式储能技术可以通过放电和充电的方式控制电力系统的电压，使电力系统保持稳定运行。
分布式储能技术可以通过放电降压和充电升压的方式控制电力系统的电压。
当电力系统电压偏低时，通过储能装置释放储存的电力，使电压升高；当电力系统电压偏高时，通过储能装置存储过剩的电力，使电压降低。
分布式储能系统的研究与应用
分布式储能系统的研究与应用随着能源需求的增加，传统的能源供应方式逐渐不能满足人们的需求。
在此背景下，分布式储能系统逐渐成为了新的研究热点。
这种系统具有许多优势，包括提高了能源系统的可靠性、促进了清洁能源的使用以及降低了能源使用成本。
在本文中，我们将探讨分布式储能系统的研究和应用。
一、分布式储能系统的原理分布式储能系统和传统的集中式储能系统有所不同。
传统集中式储能系统是将储能设备集中在一个地方。
而分布式储能系统是将储能设备分布在能源系统的各个节点上。
这种系统通常包括太阳能电池板、风力涡轮机和电池储能系统。
分布式储能系统的主要原理是在能源系统中将能量存储到电池中，以便在需要时释放出来。
这种系统非常适合于太阳能和风力发电技术，因为这两种技术的发电效率存在时间上的波动。
二、分布式储能系统的优势分布式储能系统具有许多优势。
首先，它能够提高能源系统的可靠性。
由于能量储存在各个能源系统的节点上，这种系统在遇到异常情况时可以更加快速、准确地响应。
其次，它促进了清洁能源的使用。
太阳能和风力发电技术通常是不可靠的，但是通过将能量储存到电池中，能够在需要时快速释放储存的电量。
最后，分布式储能系统还能够降低能源使用的成本。
通过这种系统，能源系统之间可以更好地平衡，这意味着能源的使用效率更高，成本更低。
三、分布式储能系统的应用分布式储能系统已经开始在实际应用中得到广泛使用。
在家庭住宅和商业建筑中，这种系统可以作为备用能源源。
在发电站中，分布式储能系统也可以作为电网储能的一种形式。
此外，分布式储能系统还可以用于电动汽车充电。
它可以为充电站提供能源，并且还能够将电池中的电量存储到汽车电池中。
总之，分布式储能系统具有许多优势，并已经得到广泛的应用。
这种系统在未来将继续发挥其作用，为能源系统的可靠性、清洁能源的增加和能源使用效率的提高做出重要贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分布式存储系统节能技术研究综述
发表时间：2016-04-18T11:33:29.663Z 来源：《电力设备》2016年1期供稿作者：于辉
[导读] 广东电网有限责任公司东莞供电局信息中心）企业的信息系统产生小规模的数据，小的数据存储中心即可对数据进行存储，这个时期企业所观注的是数据中心的性能和可靠性。
于辉
（广东电网有限责任公司东莞供电局信息中心）
摘要：随着大数据时代的到来，企业所需要存储的数据越来越多，不得不对现有的数据存储中心进行扩容，以实现更大级别数据量的存储。
分布式存储系统为构建数据中心的重要方式之一，存储系统的能耗情况是衡量一个存储系统性能的重要指标，因此，研究分布式存储系统的节能技术具有一定的必要性。
本文的主要工作是对分布式存储技术的节能技术进行综述，以使读者了解现有的分布式存储系统节能研究现状。
关键字：大数据、分布式、节能、能耗
一、前言
大数据时间，数据存储中心的能耗越来越受到人们的重视，它也逐渐变成继性能和可靠性之后，衡量数据存储中心的第三个指标。
在信息系统应用初期，企业引进信息系统来改善管理，提高企业的经营和管理效率。
这个时期，企业的信息系统产生小规模的数据，小的数据存储中心即可对数据进行存储，这个时期企业所观注的是数据中心的性能和可靠性。
而随这互联网、大数据时代的到来，企业生产运营所积累的数据成几何级的增加，小的数据中心已不能支持新的数据存储需求，企业不得不对原有的数据中心进行扩容，大量的新增设备新加入到数据中心中，此时，数据中心的能耗已经成为企业所考虑的一个企业经营成本问题，如何降低数据中心的能耗已经成为企业管理者所思考的一个问题。
图1给出了数据中心管理者眼中的最大挑战，可见能耗问题排在第一位[8]。
图1 数据中心管理者眼中的最大挑战
对于大规模的数据存储中心。
为了保证低成本和高扩展性，通常会选择分布式存储技术。
数据存储是分布式存储服务的基础，分布式存储系统中能耗最高的部分主要在设备耗能方面。
因此，在分布式环境下，如果能有效降低存储系统的能耗，对降低数据中心的整体能耗有显著效果。
二、分布式存储系统
传统分布式存储系统重点考虑在分布式环境中如何解决诸如数据复制、负载均衡、集群关系管理、可靠性保证、高性能等技术问题。
目前，基于OpenPower、X86等架构的国产服务器逐步采用低功耗多核处理器、高带宽内存以及异构存储等硬件资源，传统分布式存储系统在系统设计、技术优化等方面没有充分发挥上述硬件的特点。
具体来说，包括以下三方面：
1 分布式存储在面向低功耗多核处理器时的不足
传统的分布式存储没有充分利用存储节点的处理能力，而存储节点的处理能力完全有能力承担除存储服务之外的任务，例如将部分计算任务迁移到存储节点上，从而提高整个集群的计算能力。
另一方面，国产服务器采用的低功耗处理器提供不同功耗模式以适应不同的工作负载，可以动态变化。
现有的分布式存储没有针对上述处理器特点进行设计和技术优化考虑。
2 分布式存储在面向高带宽内存时的不足
随着国产服务器逐步采用高带宽内存技术，处理器与内存间的数据移动效率越来越高，以适应大数据应用场景。
如何将更有价值的数据保留在处理器缓存中，如何利用每个服务器节点上的高带宽内存形成高效的分布式缓存层，以减少对存储层的访问压力，这些问题都是现有分布式存储没有给予充分考虑，并作相应设计优化的。
3、分布式存储在面向机械硬盘与SSD组成的异构存储时的不足
大数据环境下，对存储的容量和性能等提出了更高的要求。
从性能、成本的角度考虑，不允许将所有数据都统一存储于集中式的存储设备上，因此异构存储越来越受到重视。
现有分布式存储系统虽然有考虑异构存储架构，但是仅以数据冷热、I/O特征作为异构存储资源分配因素。
此外，现有分布式存储系统仅考虑存储层，没有将异构存储对存储以及计算与存储结合等应用场景产生的影响进行考虑分析。
三节能技术综述
由磁盘的能耗工式可知，磁盘的主要能耗取决于磁盘的转速，磁盘处于Standby状大下时，其能耗远小于在Idle和Active状态下的能耗。
S.Gurumurthi 等人在TPM（Traditional Power Management）的基础上，提出了 DRPM（Dynamical RPM）技术[2]。
该技术通过细分
转速级别和不同转速间切换来缩短空转时间，有效的降低了spin up/down操作。
DRPM技术在理想的情况下可以达到利人满意的结果，但是空转时间预测成为了该技主的瓶颈，使其实现起来较为困难。
MIS（Multiple Idle State）是基于多转速磁盘的节能技术，采用相邻 I/O请求间隔时长表示磁盘负载的高低，间隔越短表示磁盘负载越高[3]。
eRAID（energy-efficient RAID）基于的原理为“磁盘阵列的数据是有冗余的”这一实际情况，该技术引进动态节能管理技术，实现了使磁盘阵列中的部分或者全部镜像盘进入待机状态，以此来达到节能的目的。
当镜像盘处于待机状态时，对镜像盘的写请求会重定向到写控制器缓存中或者主盘中，等镜像盘处于活跃状态时再写入；对镜像盘的读请求会重定向到镜像盘对应的主盘中，从主盘读取数据[3]。
针对备份系统，提出了MAID（Massive Array of Idle Disks）技术。
磁带是传统的备份系统所采用的主要的存储介质之一，是因为其具有廉价、大容量、顺序读取速度快的优点。
与其优点形成鲜明对比，磁带同时也具有随机读写速度慢、数据迁移不便等弊端。
而磁盘与磁带之间的价格差距随前着磁盘的规模化生产变得越来越小。
磁盘阵列能解决磁带库随机读写速度慢、数据迁移不便等问题，因此磁盘阵列替代磁带库成为可能，但是磁盘阵列相对磁带库会产生巨大的能耗。
而 MAID 希望能在保证一定性能的前提下，实现能耗接近磁带库的节能磁盘阵列[3]。
四结语
随着大数据时代的到来，企业所需要存储的数据越来越多，不得不对现在的数据存储中心进行扩容，以实现更大级别数据量的存储。
分布式存储系统为构建数据中心的重要方式之一，存储系统的能耗情况是衡量一个存储系统性能的重要指标，因此，研究分布式存储系统的节能技术具有一定的必要性。
本文的主要工作是对分布式存储技术的节能技术进行综述，以使读者了解现有的分布式存储系统节能研究现状。
参考文献
[1]M. Poess, R. O. Nambiar, Rnergy cost. The key challenge of today's data centers: a power consumpaion analysis of TPC-C results. Publisher, City, 2008.
[2]S. Gurumurthi, A. Sivasubramaniam, M. Kandemir, et al. DRPM: dynamic speed control for management in server class disks. in: Computer Architecture, 2003. Proceedings. 30th Annual International Symposium on, IEEE, 2003: 169-179.
[3]刘磊.分布式块存储系统节能技术研究[D]. 华中科技大学（武汉）2013.。