淺談新能源發電系統中儲能系統的應用分析

成都大匯智聯科技有限公司 李 煒

在新能源發電儲能系統中，要結合實際控制規范維持應用的合理性，并且發揮不同儲能元件的應用優勢作用，打造完整的儲能應用控制平臺，結合算例分析明確控制效果和仿真重點，提升機組綜合運行效率，實現經濟效益和社會效益的和諧統一。

1 新能源發電概述

1.1 新能源發電

所謂新能源發電，指的就是在新技術基礎上結合實際情況，充分利用可再生能源實現發電，較為常見的新能源包括太陽能、生物質能、風能、地熱能以及潮汐能等，利用能源完成發電工作。目前新能源發電已經成為環保型發電的關鍵技術體系，也在電能管理工作中發揮了重要的作用。

一方面，新能源發電具有資源豐富、可持續、環保的特性，整體資源結構使得新能源發電項目的長遠發展布局更加清潔可行，尤其是資源豐富的特性，為經濟效益和環保效益的平衡創設了良好的平臺；另一方面，新能源發電依舊存在隨機性、間歇性以及波動性特點，這就使得對電網安全穩定運行和系統調度管理產生影響，需要更加科學合理的智能化建設模式，才能為儲能、調峰、調頻等工作的全面優化予以支持。

1.2 儲能系統

儲能系統具有較強的時間性和空間性特點，借助裝置更好地完成能源的利用，并且借助對應的裝置完成多余能量的存儲，在使用高峰能提取對應儲存的能量，將其應用在能量緊缺的地方。也正是基于這種處理機制，能更好地提升資源利用率。需要注意的是，能量本身的時間特性、形態特性以及數量差異特性都會對新能源開發過程、轉換過程等產生影響，此時，就要結合新能源的具體情況適當采取更加匹配的儲能系統，才能最大程度上發揮儲能技術的應用優勢，完成新能源能量的存儲和釋放，調節能量的應用環境，一定程度上保證儲能效果最優化。

2 新能源發電系統中儲能元件分類

在市場經濟不斷發展的時代背景下，各項科學技術的研發和推廣也進入高速運行的狀態，儲能裝置的發展和儲能元件的進步，能結合不同環境以及使用要求落實相應工作。其具體特征分析如下：

基本參數對比，主要包括額定的容量、比容量以及比功率，評估不同儲能元件的應用基礎性能（表1）[1]。應用效率，對于儲能工作而言，不同儲能形態的應用效率是影響其實際應用效能的關鍵，要結合實際情況和具體應用空間落實對應的選擇方案。各類儲能形式的效率分別為：鉛酸電池60%～80%、鋰電池85%～95%、飛輪70%～80%、抽水儲能60%～70%、超導儲能80%～95%、液流電池70%～80%。

表1 各類儲能形式的基本參數

應用成本。在選取儲能元件的過程中不僅要綜合考量其相關應用參數，也要結合實際環境從經濟性的角度出發，綜合分析成本因素[2]。各類儲能形式的成本分別為：鉛酸電池25$/kW/年、鋰電池120$/kW/年、飛輪40～80$/kW/年、抽水儲能200$/kW/年、超導儲能200$/kW/年、液流電池60$/kW/年；使用壽命。任何系統元件都具備相應的使用年限，各類儲能形式的使用年限分別為：鉛酸電池2×102～5×103/次、鋰電池103～104/次、飛輪104～6×104/次、抽水儲能104～5×104/次、超導儲能104～105/次、液流電池＜1.4×104/次。

在全面評估不同儲能元件應用價值和應用效能的同時，混合儲能系統受到了更多的關注，利用蓄電池組（鉛酸電池）和超級電容予以混合處理，能在風光互補發電系統應用處理的基礎上，更好地維持項目成本和使用頻率，減少不確定性問題和能源波動性造成的影響。

3 新能源發電系統中儲能系統的應用

要明確儲能系統的應用原理，結合具體應用環境和要求選取適配的儲能元件，確保儲能系統能發揮其實效性價值，從而為新能源發電創設良好的平臺，減少資源損耗的基礎上，促進環保效能的全面提升。

3.1 工作原理

鉛酸蓄電池工作原理。由圖1可知，正負極的兩側匹配對應的活性物質，正極是PbO2，負極則是海綿狀的鉛單質，電解質溶液為硫酸水溶液，利用內部的化學反應完成充電、放電工作，并且建立對應的能量轉化過程[3]：Pb+HSO_4→PbSO_4+H++2e-、PbO2+3H++HSO_4+2e-→PbSO_4+2H2O、PbO2+Pb+2H2SO_4→2PbSO_4+2H2O。結合化學方程式可知，在能源轉化的前后沒有物質的損耗，能實現雙向的放電、充電過程，基于此，蓄電池組在應用過程中維護成本較低，利用反復充放電的處理方式提升能源系統應用效率和儲能價值。

圖1 鉛酸電池內部構造

串并聯型儲能系統原理。在內部電路結構中，將電感和電容濾波作為應用運行的根本，將其并聯在電網的兩端位置，配合補償變換器就能建立完整的工作狀態。與此同時，變換器要對變壓器予以處理，從而進一步控制系統的電壓參數和負載電壓參數，在調節有功功率和無功功率的過程中就實現了內部運行的平衡態[4]。值得一提的是，串聯補償變換器則是利用穩定內部電壓的方式全方位補償電壓體系，確保儲能系統能發揮其應用價值，更好地將電池組和超級電容連接起來，維持整體應用效率。

超級電容器工作原理。由圖2可知，集電極和電解液共同作用下，利用多孔電極匹配隔膜結構，就能實現充電和放電的處理，形成雙電層結構。盡管單體超級電容器的能量一般，若是將大量的超級電容器予以串并聯，則形成電容器組，就能在提升電容參數和電壓參數的同時，維持良好的儲能量[5]。

圖2 超級電容器內部構造

3.2 儲能裝置模型的建立

首先，建立蓄電池組模型，完成單體建模工作，給予額定電壓和容量參數，假設m個單體蓄電池構成基礎儲能結構，則裝置的總能量為Ebatm=mCbatUbat/106；其次，對超級電容器組予以建模，針對超級電容器單體完成建模，確定端電壓和電容參數后，假設n個單體超級電容器構成儲能裝置，則裝置總能量為；最后，對儲能模型予以優化，匹配對應的粒子群算法，并結合應用要點維持算法處理的最優化。

3.3 控制策略

在混合儲能系統應用工作中，不僅要對模型和應用實效性予以監管，也要匹配相應的控制系統策略機制，維持控制合理性。在系統控制結構中，借助閉環調節的方式，能對每個環路中的內環電流予以監管，并且匹配外環電壓控制模塊，建構完整的分析和應用體系，保證升壓變換器和外環電壓控制工作都能按照標準化流程有序推進。與此同時，結合截止頻率低通濾波器完成濾波處理工作，之所以建立電壓控制環，就是為了能更好地完成電流控制環相關參考信號的控制和處理[7]。

第一，要維持電容器C1的輸出參考電壓，結合對應的數據分析模式維持參數處理的合理化，確保控制環內具體操作有效且可行性高；第二，要將高頻的電流變化分量集中分配到對應的超級電容器中，維持對應元件控制的合理性和科學性，提升應用效率和綜合儲能水平；第三，要維持超級電容器的電壓能在預設參考電壓數值范圍內，保證參考數值的規范效果；第四，要對蓄電池組進行超級電容器的控制和處理，確保初始充電電流應用的最優化；第五，要結合HESS進行電感和交流母線的連接處理，并對蓄電池予以SOC控制器監督，結合PI控制器落實對應的控制策略。

除此之外，若是超級電容器電壓沒有固定的參考數值，則超級電容器會趨于充滿或放滿狀態，此時要利用PI控制器維持超級電容器電壓參數在規定的預設數值范圍內。也就是說，為了保證超級電容器能量使用率能達到75%，就要保證工作電壓設定在額定電壓的50%到100%之間，維持綜合電壓環控的合理性。

3.4 具體算例分析

本文以某地區能源發電系統為研究對象，在獲取風力發電全面預測數值和光伏發電全年預測數值后，假設對應逆變器的效率為0.95，對系統的供電缺電率以及約束條件參數予以設定。匹配的蓄電池和超級電容器參數如下：額定電壓，蓄電池為12V、超級電容器為2.7V[8]；蓄電池額定容量100Ah、放電深度為0.4，充電效率75%、放電效率85%，超級電容器電容為3500F，充電效率98%、放電效率98；蓄電池循環次數為1500/次、超級電容器循環壽命為500000/次；處置系數。蓄電池為0.08、超級電容器為0.04。

結合地區新能源發電系統的測試數據，利用Matlab軟件完成仿真算例分析，無論是標準粒子群算法還是改進粒子群算法，得出的結果都滿足最小負荷缺電率的基本要求，并且都能貼合供電可靠性的應用規范。其中，改進粒子群算法獲取的最小生命周期費用更低，具有更加突出的尋優能力。超級電容能實現波動較快功率的快速響應，蓄電池功率波形則較為穩定，這就有效延長了電池的使用壽命，在維持較好儲能狀態的基礎上，為系統經濟性的提升奠定基礎。

4 新能源發電系統中儲能系統發展趨勢

互聯網+智能能源的發展將成為發展常態，主要建設以太陽能、風能為可再生能源主體的多能源協調互補能源互聯網，積極突破分布式發電、儲能、智能微網、主動配電網等技術瓶頸，打造智能化電力運行監測和能源監管平臺，從而實現開放共享的能源網絡模式。

與此同時，探索新能源消費新模式，積極實現綠色電力交易服務區域試點也將成為主流，實現以智能電網為核心的配送平臺，確保儲能設施、物聯網、智能用電設施等硬件以及碳交易、互聯網金融等衍生服務可以實現一體化發展，促進能源消費生態體系的多元化建設，實現市場經濟效益和社會效益的和諧統一，保證能源管理的最優化。

4 結語

儲能設備具有功率密度大且響應時效性高的特點，借助混合儲能系統，能在維持各項儲能元件應用優勢的同時，打造更加合理且科學的運行體系。在新能源發電工作中，最大的問題就是能源存在一定的波動性和不確定性，為了維持新能源發電中能源供給的穩定性，就要匹配相應的儲能裝置，從而提升可再生資源的利用率，維持整個供電運行工作的水平，實現可行性和經濟性并行的目標，更好地實現新能源發電目的。