新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)探討

藥煒

【摘要】：發(fā)展儲(chǔ)能是滿足日益增長(zhǎng)的電力需求、電網(wǎng)削峰填谷以及增加可再生能源并網(wǎng)消納的重要途徑，儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用將大幅提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

【關(guān)鍵詞】：新能源；電力系統(tǒng)；儲(chǔ)能技術(shù)

引言

能源問題、環(huán)境問題是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，大力發(fā)展清潔能源是未來趨勢(shì)，但以風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電為代表的清潔能源，由于自身的不穩(wěn)定性和間歇性給電網(wǎng)帶來重大挑戰(zhàn)。在全球應(yīng)對(duì)氣候變化形勢(shì)下，世界范圍內(nèi)正在經(jīng)歷著新型能源體系的變革，能源全球互聯(lián)正從備受矚目的宏大構(gòu)想邁向現(xiàn)實(shí)，其中儲(chǔ)能技術(shù)扮演著重要的角色。

1、新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)具有的作用

（1）新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性可通過采用具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力和快速響應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)來進(jìn)行提高。對(duì)于電力系統(tǒng)的無功和有功功率的需求，儲(chǔ)能技術(shù)能有效地進(jìn)行滿足，從而對(duì)電力系統(tǒng)的瞬時(shí)功率進(jìn)行改善，提高瞬時(shí)功率的平衡水平，進(jìn)而使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。

（2）在新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用具有快速響應(yīng)能力的儲(chǔ)能技術(shù)，再進(jìn)行科學(xué)合理的配置，將多余的能量吸收，能有效的對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行保護(hù)，是風(fēng)電機(jī)組的低電壓整體穿越能力得以增強(qiáng)。

（3）新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可以很大程度的提

高新能源電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。在新能源電力系統(tǒng)中采用大容量的壓縮空氣以及抽水儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)，在時(shí)間軸上將風(fēng)電平移，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，擴(kuò)大電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2、儲(chǔ)能技術(shù)的分類

2.1抽水蓄能

當(dāng)前使用最多的儲(chǔ)能技術(shù)是抽水蓄能，該儲(chǔ)能方式的技術(shù)發(fā)展最成熟且又經(jīng)濟(jì)，其轉(zhuǎn)換效率也較高大約在百分之七十五左右。抽水蓄能的過程為在用電低谷期，利用多余的電能使下游水庫(kù)中的水抽到上游水庫(kù)中存儲(chǔ)起來；在用電高峰期將上游水庫(kù)的水閘打開放出并將其用來發(fā)電。然而，通常使用的抽水蓄能電站可根據(jù)建設(shè)類型以及機(jī)組形式分為以下幾類，如圖1所示：

此外，選址對(duì)于抽水蓄能電站也非常重要，應(yīng)選在負(fù)荷變化量大、用電量大、水源充足的地區(qū)。我國(guó)的抽水蓄能電站已經(jīng)應(yīng)用多年，且當(dāng)前所掌握的建設(shè)技術(shù)也比較完善，開發(fā)使用的技術(shù)也日漸完善。

2.2氫儲(chǔ)能

氫儲(chǔ)能作為可再生能源的主要儲(chǔ)能方式，一般是“氫—電—?dú)洹钡难h(huán)利用。原理為通過電解水產(chǎn)生H2和O2，當(dāng)風(fēng)電充足無法上網(wǎng)時(shí)，使用過剩的風(fēng)電通過電解水產(chǎn)生H2，需要用電時(shí)再將H2釋放出來轉(zhuǎn)換為電能。

2.3電池儲(chǔ)能

儲(chǔ)能蓄電池是應(yīng)用于新能源當(dāng)中的一類蓄電池，主要是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比于其他技術(shù)其投入成本低，技術(shù)相對(duì)比較成熟，是現(xiàn)在使用最廣泛的儲(chǔ)能形式，由圖2可看出電池儲(chǔ)能的形式在如今儲(chǔ)能類型中占有相當(dāng)一部分的比例。

3、新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1在光伏并網(wǎng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)瞬時(shí)功率平衡水平問題是光伏并網(wǎng)中存在的主要難題，在光伏并網(wǎng)中運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)，在很大程度上能有效的解決這一難題。在光伏并網(wǎng)負(fù)載功率等脈動(dòng)形勢(shì)下，可有效應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)的無源式并聯(lián)儲(chǔ)能方案，使得蓄電池的充放電電流更加平滑。無源式并聯(lián)儲(chǔ)能方案通常應(yīng)用于獨(dú)立光伏系統(tǒng)。另外，也可以應(yīng)用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)新能源電力系統(tǒng)中的瞬時(shí)功率的平衡性進(jìn)行處理。組合磷酸鐵鋰電池、超級(jí)電容，需要注意的是，超級(jí)電容具有很高的功率密度，磷酸鐵鋰電池具有很大的能量密度，將兩者組合之后，應(yīng)科學(xué)合理的設(shè)置控制結(jié)構(gòu)和方式，以最大程度的發(fā)揮出其效用。據(jù)相關(guān)的仿真試驗(yàn)結(jié)果證明，對(duì)于新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問題，適當(dāng)?shù)膽?yīng)用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效的提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2在風(fēng)能電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性在很大程度上依賴于系統(tǒng)的瞬時(shí)功率平衡水平，在新能源電力系統(tǒng)中運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)可滿足電力系統(tǒng)的無功和有功功率的需求，對(duì)系統(tǒng)的瞬時(shí)功率平衡進(jìn)行優(yōu)化，保證新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。比如，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電系統(tǒng)中，可有效的解決該電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題該電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題。在該電力系統(tǒng)中運(yùn)用的儲(chǔ)能技術(shù)是超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)，主要針對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)線短路以及風(fēng)速擾動(dòng)問題進(jìn)行有效的解決。根據(jù)相關(guān)的仿真資料表明，風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)，若風(fēng)電系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，則超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行有效解決，并保證風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定；在風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)力受到擾動(dòng)的情況下，超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)可保證風(fēng)能電力系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出平滑。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)主要是在并網(wǎng)型的風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用，超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)可以構(gòu)建完善的SMES模型，并對(duì)最優(yōu)的反饋矩陣進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算之后可以發(fā)現(xiàn)，在并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)中運(yùn)用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)，在很大程度上可以改善并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定性。風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到風(fēng)電出力可控性的影響，在風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，可以有效的改善風(fēng)電出力的平滑性，使風(fēng)門的可控性得以提高，而且串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)可應(yīng)用于風(fēng)電出力平抑波動(dòng)中。根據(jù)大量的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)可對(duì)風(fēng)電出力的平滑性進(jìn)行有效的改善，解決電壓下降、風(fēng)能不確定性等問題，使得風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定性得以提高。除此之外，將飛輪儲(chǔ)能裝置并聯(lián)在永磁同步風(fēng)電機(jī)組的直流母線上，該風(fēng)電機(jī)組使用的是全功率變頻器。飛輪儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用，可對(duì)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率穩(wěn)定性進(jìn)行模糊控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定性控制。

結(jié)語

儲(chǔ)能雖然在我國(guó)起步較晚，但隨著我國(guó)新電改方案的實(shí)施，清潔能源發(fā)電、智能微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等行業(yè)的發(fā)展將不斷提速，隨著霧霾等各種環(huán)境問題的出現(xiàn)， 可再生能源也逐漸受到了各方的重視。其中，在利用可再生能源的過程中最為關(guān)鍵的是儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將形成新的發(fā)展趨勢(shì)。在發(fā)電、輸電、配電以及用電等各個(gè)環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：

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