新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)探討

江蘇金智科技股份有限公司 席匯文

隨著社會的發(fā)展，能源需求增加，能源需求與環(huán)境破壞矛盾加劇，需要積極開發(fā)新能源補充。目前我國電力結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)能源與新能源并存，供電系統(tǒng)日趨復(fù)雜。為了在積極支持新能源的基礎(chǔ)上保證公眾對電力的需求，應(yīng)該積極推進新能源體系的建設(shè)?，F(xiàn)階段，無論是積極規(guī)劃、還是中期推行儲能系統(tǒng)，都可以提高經(jīng)濟效益。在其他情況下，在不斷優(yōu)化資源配置的基礎(chǔ)上，確保儲能系統(tǒng)的科學(xué)有效利用。

儲能技術(shù)在現(xiàn)階段我國電網(wǎng)中的應(yīng)用主要是進一步有效提高電能質(zhì)量，提高電網(wǎng)運行過程中的穩(wěn)定性，控制能源釋放的波動。儲能設(shè)備有效降低了損失，使商業(yè)企業(yè)可進一步獲得最大的經(jīng)濟效益。隨著現(xiàn)階段我國風電場的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的電力結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化。儲能技術(shù)在輸電網(wǎng)的運行過程中起著非常重要的作用：首先，具有動態(tài)調(diào)節(jié)以及快速運行特點的儲能技術(shù)可進一步有效提高電網(wǎng)自身的穩(wěn)定性；其次，節(jié)能技術(shù)可進一步最大限度地節(jié)約電網(wǎng)中的相應(yīng)能源，使企業(yè)可在運營過程中進一步獲得可觀的經(jīng)濟效益。

1 儲能技術(shù)在現(xiàn)階段新發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

1.1 化學(xué)儲能技術(shù)

鋰電池存儲技術(shù)是一種高效、高功耗的新型儲能技術(shù)，鋰電池主要由單電池、充電放電系統(tǒng)和電池控制系統(tǒng)組成。與鉛酸電池等儲能技術(shù)相比，具有較高的充電放電率和較高的安全性，且存儲能力可通過串聯(lián)大大提高

液體電池也是一種常見的化學(xué)儲能方法，在工業(yè)上也被稱為氧化還原流動元件，主要是一種高性能元件有效地分離正負極之間的電解液，并實現(xiàn)每個循環(huán)的儲能。實際輸出功率主要取決于電池面積和電池數(shù)量。增加電解質(zhì)的體積或濃度可顯著提高儲存容量。液體電池的選擇更加靈活，可有效地實現(xiàn)大規(guī)模的能量積累和大電流工作，無需額外的保護措施，尤其適用于能源生產(chǎn)和儲存的新用途。與其他用于儲存化學(xué)能的技術(shù)相比，液體電池具有很高的輸出功率，響應(yīng)效率高、能量轉(zhuǎn)換系數(shù)高、維護好、輸出穩(wěn)定[1]。

1.2 電磁儲能技術(shù)

可分為超導(dǎo)儲能系統(tǒng)、超級電容儲能系統(tǒng)和連續(xù)熔鹽儲能系統(tǒng)。事實上，有許多問題受到自然和系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的限制，鑒于這三種技術(shù)的局限性，必須解決這些問題。其應(yīng)用范圍不及機械儲能技術(shù)，且電磁儲能技術(shù)不能批量引進電網(wǎng)，需大量的人力及財力方面支持；相變儲能技術(shù)。主要利用相變材料的吸熱和發(fā)熱功能完成儲能技術(shù)，同時具有較高的能量密度。相變儲能裝置非常簡單靈活，易于操作。電蓄熱技術(shù)主要用于水和金屬蓄熱，熱水儲存技術(shù)是一種主要通過水儲存能量的技術(shù)，不僅易于管理，且價格低廉。金屬儲能技術(shù)的耐高溫和耐導(dǎo)熱是其優(yōu)勢，它利用金屬作為儲能手段，通過固體和液體金屬的物理狀態(tài)反應(yīng)來儲能。

1.3 超級電容儲能技術(shù)

是在雙層電化學(xué)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展和總結(jié)的，這項技術(shù)的關(guān)鍵要素是電極。儲能技術(shù)在很大程度上取決于電極分離和吸附離子的能力，存儲電荷面積越大、電荷密度越高，電容器容量越大。該技術(shù)具有使用壽命長、功率大、節(jié)能環(huán)保等特點，一般用于短時、大功率、負荷穩(wěn)定、電能質(zhì)量好的峰值用電。

2 儲能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的合理應(yīng)用

2.1 儲能技術(shù)在風電系統(tǒng)中的合理應(yīng)用

瞬時功率系統(tǒng)平衡水平對新電網(wǎng)的穩(wěn)定運行起著重要作用，儲能技術(shù)的應(yīng)用可充分滿足有源和無源能源的需求，確保了可靠的運行。例如，超導(dǎo)磁存儲器（KME）技術(shù)可用于解決風電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題。通過該技術(shù)，系統(tǒng)可解決風速干擾和連接線短路問題。仿真結(jié)果表明，采用超導(dǎo)儲能技術(shù)后，電網(wǎng)故障后風電場將保持穩(wěn)定，而且即使在風速擾動下也可穩(wěn)定風電場的輸出功率，這項技術(shù)主要用于網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng)。通過建立PMI 模型和計算最優(yōu)反饋矩陣，大大提高了輸出電壓儲能技術(shù)的穩(wěn)定性[2]。仿真結(jié)果表明，飛輪儲能系統(tǒng)可在這一應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，而充放電操作可有效地解決這個問題。同時，SMES 裝置可適當?shù)剡m應(yīng)系統(tǒng)負載的變化，從而保持風系統(tǒng)的頻率，改善其不可用性。

風能的不可控發(fā)展是影響風系統(tǒng)穩(wěn)定性的根源，應(yīng)用儲能技術(shù)可調(diào)節(jié)風能的產(chǎn)生，提高風能的調(diào)度能力。級聯(lián)超級電容器和集電極系統(tǒng)的電路拓撲可用于穩(wěn)定風能輸出，串并聯(lián)補償能有效調(diào)節(jié)空電輸出，抑制電壓降，提高風能不確定性，提高風電場穩(wěn)定性。同時，可將飛輪存儲器元件連接到基于全功率逆變器的永磁同步風力發(fā)電機，如果采用這項技術(shù)，可進行模糊控制以穩(wěn)定風扇的釋放[3]。

2.2 儲能技術(shù)在太陽能并網(wǎng)中的合理應(yīng)用

連接太陽能電網(wǎng)的主要問題是系統(tǒng)能量平衡的瞬時水平，這可以通過能量積累技術(shù)有效地解決。在儲能技術(shù)的實際應(yīng)用中，采用無源組合電源可在脈動條件下調(diào)節(jié)電池充電電流，例如太陽能儲能技術(shù)。該系統(tǒng)還可利用混合儲能系統(tǒng)來平衡系統(tǒng)的瞬時功率。在具體工作中，要合理調(diào)整管理結(jié)構(gòu)和管理模式，充分發(fā)揮高性能高密度電容器與高能磷酸鐵鋰電池的結(jié)合作用[4]。仿真結(jié)果表明，這種混合儲能系統(tǒng)的應(yīng)用對維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到了非常明顯的作用。超級電容-電池混合儲能技術(shù)是未來儲能技術(shù)的一個重要研究方向，對新型電力系統(tǒng)的發(fā)展具有巨大潛力。在目前的情況下這方面的研究和應(yīng)用相對較少，須更加重視這方面的研究。

2.3 地熱發(fā)電技術(shù)

地熱能來自地球本身，從地核獲得的熱量可用作能源。雖然現(xiàn)代技術(shù)不允許直接使用地熱，但它可用于散熱，被轉(zhuǎn)換成熱能和電能，用于電力和供暖系統(tǒng)。為了保證地熱能的有效利用，提高電氣系統(tǒng)的環(huán)保水平，技術(shù)人員必須保證自己的技術(shù)水平，滿足新能源的應(yīng)用需求，并專注于能源發(fā)電技術(shù)，總結(jié)工作中存在的問題，積累經(jīng)驗，掌握相關(guān)技能，提高創(chuàng)新意識。

2.4 太陽能技術(shù)

關(guān)于從地球獲得的能量，太陽輻射是通過太陽輻射提供能量的主要成分。每秒的太陽能產(chǎn)生巨大的能量，其有效利用是相當可觀的能源[5]。

2.4.1 光電效應(yīng)

當物質(zhì)被特定電磁波照射時，內(nèi)部電子在照射作用下形成。太陽系由電池和發(fā)電機組成，由控制器支持；電池。目前，太陽能電池被用于生產(chǎn)各種類型的電池，包括晶體硅電池，可分為單晶電池和多晶電池。部分缺陷，復(fù)合膜可污染環(huán)境，應(yīng)用數(shù)量相對較少；太陽能電池板。單軸模塊為太陽能組件提供支持，可有效提高系統(tǒng)運行效率，固定部件可進一步提高工作效率，雙軸跟蹤單元可提高效率達30%。為了確保太陽能的效率，安裝過程必須嚴格控制。

2.4.2 逆變器

不同類型的逆變器在功能上不一樣，其中串行逆變器組中MPT 電路較多，構(gòu)件建設(shè)成本高，需要更多的操作點，更適合山區(qū)；太陽能發(fā)電廠。壓力調(diào)節(jié)技術(shù)運行中的太陽能發(fā)電廠取決于電壓系數(shù)，使用SVC 可進行調(diào)節(jié)，在恒功率、恒壓等模式下可有效使用。一般來說，在調(diào)壓時，靜電功率控制日常運行條件并對動態(tài)變化做出反應(yīng)。如果系統(tǒng)電壓高于額定電壓，則恒功率控制難以滿足電壓調(diào)節(jié)要求，必須控制恒壓模式。

2.5 PID 效應(yīng)

如果電位長時間處于某一狀態(tài)，太陽能組件將逐漸減弱。長期在高壓下工作會影響元件的性能，由于功率因數(shù)的影響，效率將降低50%以上。當溫度和濕度較高時，PID 效果將進一步改善，這里必須采取有效措施：首先，使用新技術(shù)來削弱PID 的影響；其次，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高EVA 的耐久性，減少PID 效應(yīng)的影響。

2.6 新儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

所謂儲能就是利用特定物質(zhì)通過化學(xué)或物理手段有效地儲存能量，然后在需要時以特定形式釋放出來。因此，重復(fù)儲存和釋放的整個過程叫做能量儲存。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界上儲能技術(shù)的形式越來越多，為經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展增添了一點新鮮血液。新能源產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)也伴隨著新能源存儲技術(shù)的出現(xiàn)，所謂的新能源是太陽能、風能和地熱。

隨著時間的推移，相關(guān)科學(xué)家正在加大對新能源技術(shù)的研究力度，新的儲能技術(shù)在一定時期內(nèi)發(fā)展迅速。然而，創(chuàng)新發(fā)展的信息仍然不足。事實上，目前中國儲備能源缺乏足夠的政策支持和嚴格的行業(yè)標準。這些因素的存在，在一定程度上制約了國家新能源技術(shù)創(chuàng)新能力建設(shè)，在很大程度上制約了阻礙能源的普遍傳播和應(yīng)用。為了確保我國能源積累技術(shù)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)必須引進創(chuàng)新的能源積累技術(shù)，使其更全面、更實用。

3 儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置與控制的有效策略

3.1 儲能系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)分析

當前的各種儲能系統(tǒng)中，高密度存儲器件有更廣泛應(yīng)用的前景。此外，超電容器元件的應(yīng)用可提高現(xiàn)有電氣系統(tǒng)的質(zhì)量。通過將超功率控制與電力系統(tǒng)管理將提高整體管理效率。在循環(huán)設(shè)計的支持下，可有效地控制電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。同時，在太陽能電力系統(tǒng)的支持下，在混合儲能系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上進行功率定性分析，從而提高系統(tǒng)的使用壽命，優(yōu)化蓄電池存儲系統(tǒng)。

3.2 儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置

備用系統(tǒng)的最佳配置必須滿足穩(wěn)定和高質(zhì)量的電力需求，使電力波動盡可能穩(wěn)定?？紤]到經(jīng)濟和技術(shù)方面的考慮，加強了內(nèi)部能力，以滿足目前儲存能源的需要。同時，要繼續(xù)開發(fā)新能源，認真研究交通特點和電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，嚴格考慮載荷曲線和特性，不斷推進新一代潮汐動力系統(tǒng)組合優(yōu)化過程，獲得完整的科學(xué)動力系統(tǒng)。

3.3 儲能系統(tǒng)控制策略分析

一旦儲能系統(tǒng)的配置完成，還需要對補償問題進行合理的研究。儲能系統(tǒng)得到有效控制，成為整個系統(tǒng)的核心。為了滿足不同情況下的需要，必須利用儲能系統(tǒng)的高強度放電特性。網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的進一步改進使有功功率控制成為可能，存儲系統(tǒng)的總功率可通過滿足輸入和輸出電流而實現(xiàn)。同時還能進一步控制電網(wǎng)和儲能器的穩(wěn)定性，提高儲能系統(tǒng)的內(nèi)部自主性。通過主動無功電流控制，提高了儲能系統(tǒng)的功率補償和可靠性。多級控制提高了整個網(wǎng)絡(luò)的自動控制能力，通過應(yīng)用程序的引進和推廣來應(yīng)對共同監(jiān)管的新挑戰(zhàn)。

3.4 貫徹可持續(xù)發(fā)展理念

今天，全世界越來越重視環(huán)境保護和節(jié)能。能源積累技術(shù)的發(fā)展還應(yīng)著眼于保護環(huán)境以利用資源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念。節(jié)能技術(shù)的研究和開發(fā)應(yīng)著眼于從環(huán)保的角度提高能源質(zhì)量，同時考慮到低消耗能源和效率。同時，儲能技術(shù)應(yīng)考慮環(huán)境保護與提高儲能技術(shù)效率相結(jié)合的可能性，建立可再生能源再生系統(tǒng)，為新技術(shù)的長期供應(yīng)提供新的想法和技術(shù)支持。

4 結(jié)語

在當前能源緊缺的形勢下，倡導(dǎo)綠色節(jié)能措施，使用新能源將成為各地區(qū)發(fā)展的必然趨勢和國家發(fā)展的必然選擇。在現(xiàn)階段，新能源的應(yīng)用涉及許多問題，如新能源本身的不確定性、諧波，由電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生，導(dǎo)致新能源的運行系統(tǒng)非常不穩(wěn)定。應(yīng)用儲能技術(shù)可有效解決這些問題，相關(guān)專業(yè)人員將加強對該技術(shù)的研究和應(yīng)用，充分保障新能源系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，從而促進我國電力工業(yè)的健康發(fā)展。

目前，新能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用依賴于設(shè)備和系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換過程，提供電力供應(yīng)系統(tǒng)所需的電力，有效補充現(xiàn)有電力，減少消耗不可再生資源。結(jié)合現(xiàn)代儲能技術(shù)，目前正在研究開發(fā)新能源，以滿足日益增長的社會中的電力能源需求。在應(yīng)用現(xiàn)代新能源技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)國家的各種能源資源，電力系統(tǒng)必須不斷應(yīng)用這項技術(shù)，才能在環(huán)境改革方面取得進展。