儲能技術在風光發電中的應用

王新春

（甘肅匯能新能源技術發展有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

引言：隨著自然界中不可再生資源的消耗，以及煤、石油對環境的破壞，有必要開始尋找可替代的清潔能源，加緊風光發電研制的工作。近年來人們的目光逐漸被光能、潮汐能、水能等天然能源低污染的特點所吸引。其中風力發電、光能發電常用于經濟發展水平較低以及較偏遠地區的供電。而風能發電和太陽能發電受自然因素影響大，擁有極大的不可預測性風險，在此基礎上合理運用混合式發電裝置能夠起到很好地對外界不確定因素的抗衡能力。

一、儲能技術的種類劃分以及應用

所謂的儲能技術就是將電能、光能等能量同故宮一個媒介轉換成其他更利于保存的能源，以達到隨時用隨時取的目的。將收集或生產得來的能量通過一種轉換裝置轉換成另一種能量行使保存，在將要使用時轉換成所需要的能量形式的一種技術。

儲能使電能具備時間空間轉移能力，對于保障電網安全、改善電能質量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意義。在新能源大規模并網應用中，電化學儲能是除抽水蓄能外裝機規模最大的儲能形式。以鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池為主導的電化學儲能不僅在電池本體技術和系統集成技術層面取得了重大突破，并且在發電領域的場景應用范圍也實現了重要擴展。目前主流技術路線為磷酸鐵鋰電池儲能系統

二、儲能電池的選擇

在進行儲能電池選擇時，要確保儲能電池滿足應用于多形式切換，每種儲能方式都擁有其獨特的特點，其中抽水儲能由于受到地形和水文的影響不適用于短期和就近風光發電裝置的結合，而飛輪儲能方式雖然擁有壽命長，對環境污染小的優勢，但由于其密度較低的缺點就導致了無法應用于大型儲電站的建造。超導儲能技術由于技術還未成熟且造價成本過高目前未具有相應的價值。化學儲能方法是目前開發程度最高的一種儲能技術，被廣泛應用與各行各業而鉛酸電池是目前最成熟的一種儲能電池其擁有造價低廉、放電功率大等多方面優勢，但對運行穩定性有較高的要求。高溫作業時無法采用鈉硫電池，且鈉硫電池生產成本高工藝復雜因此不適合應用于大規模的作業當中[1]。超級電池雖然具有較長的使用壽命和大功率充放電的優點，但由于其能量密度過低僅占鉛酸電池的十分之一因此也無法正常運用于大規模的建設中，磷酸鐵鋰電池是近幾年新研發的一種電池其擁有能量密度大、使用次數等多方面的優勢被廣泛應用于儲能系統當中，是一種良好的儲能裝置。磷酸鐵鋰這一動力電池與鉛酸電池、鎳鉻電池、鎳氫電池等相比額定電壓更高、質量比能量更大、循環使用次數更多同時也更環保，但是由于生產技術要求高生產成本也比其他電池高。而與其他鋰離子電池如鈷酸鋰、錳酸鋰相比其成本要明顯更低。我國儲能建設起步低但發展迅速，2021 年四月我國為促進儲能的相關發展發布了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見（征收意見稿）》征收儲能發展的寶貴意見，而磷酸鐵鋰儲能裝置無疑擁有著良好的發展前景。

抽水蓄能電站一般情況下都會安置著抽水的水泵以及水輪機，在使用電負荷低谷的時候，抽水蓄電站就可以利用電力系統來產生部分剩余電量，這樣就可以有效的在電負荷無法工作的情況下，將水庫下方的水來抽取到了水庫的上方，并且再將這部分的低谷電能轉換成為水的是能來進行保存，等到下次電負荷可以正常使用時，就可以將水庫上方的水來通過水輪發電機組重新放回水庫的上方，誰的事能就轉換成為了電能，送回到了電網，這樣不斷地進行交換，在一方面解決了電力系統的調峰工作問題，還提高了電力系統的安全性能以及經濟性能。在普通電容器與蓄電池之間有一種性能是超級電容器，超級電容器是通過極化的電解質來進行儲存能量的，超級電容器的材料一般是采用活性炭、金屬氧化物、活性炭纖維等等材料來進行制作的，這類電容器具有良好的導電性能，并且還有著一定的化學穩定性。

三、儲能電站的設計

（一）儲能技術在風光互補發電系統中的應用

將儲能技術應用到獨立風光發電系統中具有重要現實意義，其能夠有效解決風光發電的不穩定性、無法預測性、以及依靠天氣變化等問題做出極為有效的措施，將富余的能量保存下來一保證能量負荷時能夠有效應對，同時還能夠減少儲存和能量的浪費，提高能量的利用效率。目前，國內外越來越重視經濟可行的儲能方式，并將其應用到風光互補發電系統中。

電化學儲能因其快速響應、爬坡率大等特點可在大規模新能源并網中發揮有功功率波動平抑、一次調頻支撐、被動響應無功支撐和計劃出力跟蹤等功能，主動支撐電網穩定運行，降低新能源機組波動性，提升其可控、可計劃性。另外，大規模的電化學儲能還可實現棄風、棄光回收功能，在限電情況下一定程度挽回投資損失電量

（二）儲能容量的選擇

目前國內外科研院所相繼展開了針對新能源發電系統的研發，但都處在初期階段。其中研發的混合儲能系統和飛輪蓄電池儲能優化方案兩種方式，都能夠有效地促進儲能系統的經濟效益的提高，但是這兩種方式比較單一，僅針對獨立負荷供電系統。而日本提出的一種根據平花時間常數和放電性能之間關系更有利于計算出最佳電池容量。為了使風光發電機的波動處于一種平穩的狀態，可以選擇儲能時間為兩小時風光發電機裝置，以達到穩定發電的目的。

（三）儲能裝置設計

儲蓄能源的電站是由許多的電池陣列串并聯所組成的，在當前階段下，我國生產的鋰電池的容量正在從幾十毫安擴大到幾百毫安，最小的容量是35毫安，最大的容量達到了500 毫安[2]。電池組的串聯數量是根據著PCS 的直流側輸入電壓中的范圍去確定的，并且之后由儲能模塊的容量來確定需要多少個并聯的電池串數量，將電池串并聯之后就構成了一個完整的儲能電池。PCS 功率的處理單元是由DC/AC 的功率模塊以及EMC 的濾波器以及各個控制單元所組成的，電池組的單元輸出直流電壓經過了三相橋式的變換器變化為正弦波的交流電，并且通過了接觸器以及交流EMC 的濾波器進入到交流的控制單元中。在進行直流側配置系統與交流配置相比在出現故障時能夠通過蓄電池恢復運行，重新供電。而交流操作則需要進行進線pt 轉換取得操作電源來合閘，其安全性都不如直流側配置系統，此外交流電機銅線使用少，僅定子繞組使用成本就低得多，而直流定子轉子、換向器、繞柱都使用銅線且工藝復雜，因此直流要比交流成本高。

結束語：隨著清潔能源技術的不斷發展，光能發電和風能發電在電網中的比重越來越大，為了降低風光發電不穩定性以及不可預測性對電網造成的沖擊，就要加大研究規模儲能系統，促進風光發電在電網中的穩定性，同時加大風光發電的研究也有利于未來構建智能電網。獨立風光發電互補技術是一項發展前景廣闊的技術，其比單獨的風力發電和光伏發電擁有更穩定的系統，是一種可再生資源的發電技術，隨著人們對儲能技術的不斷深入了解我們可以預測風光互補技術在儲能技術方面具有寬廣的道路。

在實際工程項目的應用中針對光伏以能量型應用為主，對風電以功率型應用為主。光伏發電項目有很強的規律性，光伏+儲能項目充電電量來源為場外棄光電量和場內高峰期富裕電量兩部分，充能更規律更穩定，儲能電量更多，充放電更規律，電量釋放與社會用電需求吻合度更高，光伏儲能具有更好推廣應用價值。