儲能在新能源、分布式電源與電網協調發展中的作用

孫濤，姚健，周玉，楊健，周倩

（國網吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

0 引言

目前我國的分布型電力市場已經形成，并且正在逐漸完善，但是在這個過程中仍然有很多的不足。而分布式電源的發展可以有效解決這些難題。一方面，分布式電源的容量大小決定了其能夠為用戶提供豐富的電能；另一方面，由于分布式供電系統的規模較大，因此對電網的影響也會很大。

1 光伏發電技術

太陽能發電是利用太陽輻射的能量直接將光能轉換為電能的過程：在光照充足的情況下，通過光電效應將光能轉化為電能，是目前應用最廣的一種發電方式。隨著科學技術的不斷進步，新能源的開發與使用越來越受重視，特別是在分布式電源中，其優勢尤為明顯[1]。分布式電源主要有以下幾種:（1）單晶硅、多晶硅、非晶薄膜電池。單晶硅的優點在于它的成本低，但它的缺點就是價格昂貴。非晶體材料的發熱量大，且不穩定，所以不適合大規模的生產；（2）多晶硅和非晶體復合組件。多晶體的優點是具有高熱穩定性，可用于大容量的儲能系統，但也存在著質量要求高，造價貴，效率低等問題。（3）陣列型。由于其獨特的特性使之成為最理想的儲電設備，如超級電容器、并網型、雙極板、雙床板、變流裝置等。這些都將使得分布式電源的規模日益擴大。

2 光伏電站的發展

光伏發電是一種利用太陽輻射能量進行電能傳輸的新型電力技術，它具有效率高、成本低和無污染等特點[2]。（1）太陽能電池的開發與應用。在陽光充足的地區，可建造獨立的光伏電站，并將其與電網相結合，實現了分布式供電。目前我國的太陽能組件主要集中在東北和華北，但由于地域遼闊，各地區的氣候條件不同，導致了各自的光照強度也各不相同。為了滿足當地的需求以及經濟的發展需要，可以建設大型的分布式電源，并將其接入配電網絡，從而解決了分布式電源的不足之處。（2）分布式電源的發展及應用。隨著科學技術的不斷進步，人們對能源的要求越來越高，而可再生能源的發展則成為提高能源的品質、改善環境的有效途徑。因此世界各國都加大對新能源的研發力度，其中包括風能、地熱能等。這些新的清潔型能源被用于電網中，大大改善了環境質量，促進了人與自然的和諧發展。

3 新能源與分布式電源的效益

（1）新能源與分布式電源的協同發展。在儲能技術方面，分布式電源與電網的合作，可以實現新能源和分布式電源的互補性，提高系統的穩定性和可靠性，同時也降低成本。例如:在發電側，可通過對儲能裝置進行優化，使其能夠滿足負荷的需求；在配電側，可分散地接入網進線，使其具有獨立的配電能力，從而減少了配電網的建設投資，節約資源。（2）促進經濟增長。分布式電源的發展，不僅有助于推動工業的進步、改善環境，還有利于國家的工業化進程。比如:風力發電的發展是一個很好的機遇；太陽能的開發利用是個很大的領域。因此，分布電站的出現將極大地改變世界的生產方式，它將會成為未來的主要能源。（3）減輕對生態環境的影響。隨著化石燃料的日益消耗，全球變暖的趨勢越來越嚴重，而我國的電力供應仍然以煤炭為主，而煤燃燒排放的CO2占到全國總燃煤總排出量的一半以上，這就意味著溫室氣體將大量增加[3]。

4 儲能在新能源、分布式電源與電網協調發展中的應用策略

儲能技術的發展，為解決大規模能源開發對傳統電網的沖擊問題提供了新的思路與途徑。然而由于分布式電源的隨機性、不穩定性以及在電網中的局部潮流可能會導致系統的電壓波動，從而影響到整個電力網絡的平衡和安全。因此需要考慮分布電源與電網的協調控制[4]。

4.1 新能源、分布式電源與電網協調技術

協調技術是指解決系統中存在的問題與矛盾，使之能夠達到最優的狀態或效果。新能源分布式電源與電網的協調技術主要包括：①優化控制策略。在傳統的分布式電源的協調中，由于其自身的局限性，無法實現對整個區域的負荷預測，因此需要建立一個新的協調模型，來進行合理的調控；而對于分布式發電，其具有分散性，且難以確定準確的數值；而在儲能的基礎上，可以采用智能算法，來對分布式電源的運行方式以及容量等參數作出精確的計算和調整。②協同效應。通過將分散式的分布電源的協調和管理模式相結合，將二者結合在一起，從而形成一種新型的網絡化協作的協調方法。該方法的基本思想是利用多目標決策的原理及遞推關系的特點來處理多層次的復雜控制系統。該方法的優點在于，它不僅僅適用于低功率的情況下，而且適用于大范圍的電網波動的時候；同時，它還可用于小規模的不平衡的經濟調度。

4.2 新能源、分布式電源與電網協調方案

根據上述協調方案，在新能源、分布式電源與電網的協調中，可以采用以下方式進行協調：①建立一個新能源、分布式電源與電網的信息交流平臺，通過該系統對儲能技術和控制策略的研究分析，實現對儲能的合理配置，并為未來的發展提供參考。②在原有的分散式發電模式的基礎上，將分散的分布式電源集中到一起，并利用分布控制器的智能化處理能力，提高了整個協作的效率；同時，將分布控制系統應用于傳統的配電網絡，使其具有較高的靈活性，能夠滿足不同用戶的需求；最后，以分散式的光伏電站作為主要的接入點，來降低光伏的成本和容量。基于以上兩種形式的協調方案，本文提出一種新的思路即“多層次的協調”的新型電力供應鏈協同設計。

4.3 分布式電源與電網協調控制系統

傳統能源分布式電源在設計與優化時，需要考慮到分布式電源的成本和效率問題，但分布式電源的規模小、容量大，且其對電網的影響較大，所以在協調控制策略的制定時，必須要充分考慮其對系統的整體效益。分布發電與配電的協調控制系統主要包括：①負荷預測。根據用戶的實際用電需求，通過建立電力市場的價格模型，并利用該模型計算出可接納的最大輸出功率。②確定協調的方法和技術。首先要選擇合理的協調方式，然后再進行算法的研究；最后，將這些結果整合起來，得出一個完整的協調方案。由于本文所做的新能源儲能分析與配網規劃都屬于分散式情況下的集中型應用，因此本章中所選取的典型工況均是由分散的儲能公司來負責。為了使新的資源得到有效的保護，以及提高整個區域的經濟性，本章中的每個地方都有獨立的調度中心，并且各個機構之間也有各自的管理權限。

4.4 分布式電源系統的設計

傳統的分布式電源主要是由獨立的發電端和配電網構成，在其設計過程中，需要考慮到負荷的變化以及分布的不平衡性，因此在設計時，要充分結合新能源的特性與分布的不平衡性，對其進行優化。①分散式的分布式電源這種方式的優點是可以提高系統的靈活性，但是由于分散的影響因素，會使整個系統的運行成本增加。為了降低系統的整體投資，一般采用集中的分布模式。該方法的缺點是會導致系統的功率分配不合理，從而造成較大的能量損耗。②交流——直流的混合型分布式電源。該技術的應用使得原有的以電機制工的供電體系發生了改變，由原來單獨為用戶提供給電能轉變為以直流電機為主，交流電機為輔。這樣一來，不僅能夠解決以往存在于大電網之間的問題，還能滿足遠距離輸送大功率負載，并且也能減少輸電線路上所產生過電壓對電力網帶來的不利影響。同時還簡化了電路，節約資源，具有良好的經濟效益與社會效應。

4.5 總體規劃

由于分布式電源的成本較高，且其對電網的影響也比較大，所以在未來的發展中，可以考慮新能源與分布式電源的協調發展。①建立協調的目標體系 在制定協調發展的總體規劃時，首先要確定了整個電力系統的協調性，即在保證區域經濟的快速穩定增長的同時，實現對局部地區的約束作用。因此，需要構建一個能夠充分利用現有的資源來滿足整體的可持續發展的協調模型。②將協同的數學理論運用到分布式電源與電網的優化設計中，并通過仿真技術驗證算法的可行性和有效性。③將新能源接入到儲能裝置中，并進行在線監測。當出現負載變化時，作為一種重要的電能供應方式，以維持其功率平衡。該方法的優點是提高了儲能的使用效率，但也存在著一些不足之處，如無法實時監控，并且容易受到天氣因素的干擾；當負荷波動導致的預測偏差較大時，會使實際的需求量與預期的容量發生偏離。

4.6 新能源并網協調方式

為了實現儲能與新能源并網運行，必須在滿足系統對能量需求的基礎上，盡可能地降低風電、光伏發電裝機容量，從而使其能夠有效地提高電網的容量與電能質量。在儲能技術中，分布式電源的主要作用是為分布式電源提供穩定的電力來源，以保證分布式電源的安全可靠的供電能力。

而傳統的配電網絡的協調方式是通過分散式的集中控制來完成的：①分散的負荷點之間的距離較遠，因此需要將其接入到統一的調度中心，以確保用戶的用電的安全性和穩定性。②分布的機組可以根據自身的負載性質，靈活地選擇不同的配置形式，如采用單母線的方式進行協調。③當分布的發電機組不具備備用的條件時，可考慮由獨立的配電網來承擔備用任務。這種模式的優點在于當發生故障時，整個電網的可靠性得到了很大的提升；但同時也會增加了對其他的部分造成影響的可能性。

5 結語

綜上所述，在儲能技術的選擇中，負荷預測的準確性是其核心內容，而協調控制策略則是實現這一目標的關鍵環節。由于不同地區的實際情況差異，因此在制定合理的協調控制方案時，應考慮到該地區的可再生能源的分布特性，并結合當地的經濟發展水平，綜合分析，最終確定出最適合的協調控制方法。