儲能技術在光伏并網發電系統中的應用分析

張源

【摘要】：我國能源技術不斷的發展，對于電力系統中的儲能技術的應用也在廣泛的使用。發展規模化儲能是滿足日益增長的電力需求、電網削峰填谷以及增加可再生能源并網消納的重要途徑，儲能技術在電網中的應用將大幅提高電網運行的安全性、可靠性、經濟性和靈活性。本文首先介紹幾種適合規?；l展的儲能技術類型，對比分析了這些儲能技術的優缺點，指出了影響規?；瘍δ軕玫囊蛩亍?/p>

【關鍵字】：儲能技術；光伏并網發電系統；應用

引言

隨著經濟的發展，利用太陽能的光伏發電對于我國能源節約性和環境友好型社會的建立具有重要意義。但單純的光伏并網發電系統存在著供電不穩定等問題，儲能技術在光伏并網發電系統中的應用對這些問題具有良好的解決作用。本文將對儲能技術在光伏并網發電系統中的應用進行探究。

1、光伏并網發電系統基本結構

在光伏并網發電系統的基本結構中，包括了光伏電池陣列、功率追蹤器、蓄電池組、逆變器和交流負載、交流電網等多個部分。其中，逆變器可以實現電網和光伏發電系統的連接作用。依據有沒有作為儲能容器的蓄電池，可以將其系統具體分為兩種，即可調度式并網光伏發電系統和不可調度式并網光伏發電系統。前者在逆配電器中配有負載開關和主開關，能夠讓系統實現不間斷供電，而后者的逆變器可以把光伏電池板產生的直流電能轉化成為與電網電壓同相且同頻的交流電，在主電網發生斷電現象時，系統會對電網的供電工作自動停止。目前來看，作為具有重要作用的逆變器具有五大發展趨勢。

2、儲能的分類

2.1壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能是在系統電量富余時，將過剩電量驅動壓縮機壓縮空氣，將其注入到一定的儲氣系統中；當系統電量匱乏時，對儲氣系統中的壓縮空氣進行再釋放做功的技術。壓縮空氣儲能成本較低、易操作、存儲容量較大、無污染，綜合效率高。傳統利用自然巖洞或廢棄礦井作為儲氣空間的壓縮空氣儲能系統單機存儲容量大，多在百兆瓦級以上，但其對地址條件要求嚴格。隨著高壓容器技術的發展，新型壓縮空氣儲能利用高壓容器進行空氣存儲，盡管容量較低（一般在10MW以下），但其不受地理條件限制，系統更加靈活。

2.2超導磁儲能

超導磁儲能技術利用變流器將電能存儲在超導線圈中，必要時再將超導線圈貯存的電能釋放的技術。超導磁儲能利用超導線圈在超導狀態下電阻幾乎為零的特性，電流密度高，熱損耗極低，具有響應速度快（1-100ms）、功率密度高、壽命長、無噪聲污染等特點。然而目前超導材料及維持低溫成本仍然很高，且超導磁體存在失超保護等問題仍需解決。

2.3超級電容儲能

超級電容儲能是利用電解質極化形成的正負電容性存儲層來實現儲能的，其充放電響應快、功率密度高、使用溫度范圍廣、壽命長，但其能量密度相對較低；同時超級電容自放電率較高，一般只適用于短時間和較大功率下的用電環境，且電容元件易損耗。

3、儲能技術在光伏并網發電系統中的應用

3.1電網頻率調節

調頻是維護電網安全運行的關鍵技術，為保證電力系統安全穩定運行，要求調頻機組能快速、精確地響應調度指令。大型火電調頻機組持續運行導致發電機組負荷率下降和環境污染等問題。儲能技術參與調頻服務的最大優勢是其具有快速和精確的響應能力，單位功率的調節效率較高。儲能技術非常適合解決短時電力供應和需求之間的不平衡問題，為電網提供調頻服務，其調頻響應速度遠快于常規火電機組。根據美國電力市場的調頻電源比較分析，儲能調頻效果是水電機組的1.7倍，是燃氣機組的2.5倍，是燃煤機組的20倍以上。具有快速調節能力的儲能技術能夠更有效地提供調頻服務。應用于電網調頻儲能系統的性能指標主要有系統壽命、持續發電時間、響應時間和循環效率等。

3.2電化學儲能類

電化學儲能傳統是以鉛酸電池和鋰離子電池為主，隨著技術的進步，鉛酸電池和鋰離子電池在生產制造工藝取得一定的進步。大規模存儲對電池儲能系統要求越來越高，一些新型電池如全釩液流電池以及鈉硫電池等被不斷研發出來；而隨著電動汽車等產業的快速增長，鋰空氣電池、鋰硫電池等也被開發以適應未來汽車發展的需求。以下介紹幾種典型電池發展現狀。

3.3復合儲能型光伏并網系統

現在，簡單的光伏系統具有輸出功率不穩定的特點，負荷儲能型光伏并網系統是儲能技術在光伏并網當中的應用具有一定的代表性，現已我國某電力企業采用的復合儲能型并網發電系統進行分析，根據它的結構可以發現它采用的是超級電容器（Super-capacitor）和蓄電池（Battery）復合儲能的方式，這種結構方式對于系統并網功率的穩定性具有量好的作用，且能夠對并網電流的諧波含量起到有效降低的作用。在其結構中，還包括了Boost變換器、光伏陣列等元件。利用超級電容器和蓄電池的互補性能，這種復合儲能型的光伏并網發電系統可以具有較好的穩定性，且對于光伏并網功率波動的問題可以得到良好的解決，進而將并網電流波形質量進行改善，讓光伏電站的可調度性提高，將自身對于外界因素的抵抗能力增強。

3.4在電網電能質量控制上的應用

在電網電能質量控制上，將儲能技術應用在光伏并網發電系統中，可以對光伏電源的供電特性進行改善，進而提高供電的穩定性，利用合理的逆變控制措施，儲能技術讓光伏并網發電系統可以對調整相角、有源濾波及電壓等進行控制。儲能技術在光伏并網發電系統中可以為用戶提供良好的斷電保護功能，當正常的電力供應無法提供給用戶的時候，光伏系統可以為用戶供給電能，而在電力系統自身發生故障或者是用戶用電存在危險隱患的時候，光伏并網系統會選擇自動斷電，并將斷電之后所發出的電能進行自動儲存。以光伏并網用戶使用分時計費市電作為基礎，將儲能技術在此系統中進行應用，可以實現負荷轉移。其本身和電力調峰上的應用技術較為相似，在低谷期，儲能系統可以在滿足基本需求的情況下，將多余電能進行儲存，然后在高峰期釋放。

結語

綜上所述，儲能技術在光伏并網發電系統中的應用可分為電力調峰、微電網及控制電網電能質量這三個方面，它可以為供電系統提供更加穩定且更加高效的供電效果，而復合儲能型光伏并網系統能夠進一步地將儲能型光伏并網發電系統的作用充分發揮出來。

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