新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)探討

趙鵬

【摘要】：在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，能源消耗量越來越多，為維護(hù)生態(tài)平衡，保護(hù)不可再生能源，各國展開了對(duì)風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能等可再生能源的開發(fā)運(yùn)用。目前，這些新能源在我國電力事業(yè)中已經(jīng)得到了一定的運(yùn)用，占據(jù)比重也在逐年提升。但是由于這些新能源具有隨機(jī)性等特征，在運(yùn)用上受到一定的限制，因而還需要采用儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新能源的可調(diào)控，以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本文就新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了研究探討。

【關(guān)鍵詞】：新能源；電力系統(tǒng)；儲(chǔ)能技術(shù)

引言

能源緊缺問題是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中面臨的主要問題之一，而新能源的開發(fā)和運(yùn)用，在現(xiàn)階段已經(jīng)成為了國際認(rèn)可的能源緊缺問題解決途徑。電力領(lǐng)域是目前新能源運(yùn)用的主要領(lǐng)域，為保證能源運(yùn)行的穩(wěn)定性，電力企業(yè)也積極開發(fā)運(yùn)用各種儲(chǔ)能技術(shù)，以提升新能源利用率，改善電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)系能源電力企業(yè)的健康發(fā)展。

1、新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用意義

新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，低儲(chǔ)高發(fā)，對(duì)控制傳輸功率波動(dòng)性、提高電能質(zhì)量、減少線路損耗有重要作用，造電力企業(yè)電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益的提高有重大意義。就風(fēng)能發(fā)電來說，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群的建設(shè)，增加了電力企業(yè)獲取新能源的途徑，并對(duì)電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓展，但同時(shí)也大大提升了電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的復(fù)雜性。風(fēng)能具有隨機(jī)性，在運(yùn)用過程中難以保證為電力系統(tǒng)提供及時(shí)、充足的能源，而儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，具有一定的儲(chǔ)存功能和靈活調(diào)節(jié)性能，具備快速響應(yīng)以及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定的新能源供應(yīng)，強(qiáng)化風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。壓縮空氣等儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電在時(shí)間軸上的平移。從而對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2、新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用面臨的難題

新能源本身具有一定的波動(dòng)性和隨機(jī)性，在應(yīng)用過程中，極易造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。尤其是一些電網(wǎng)相對(duì)薄弱的地區(qū)，新能源的這些特征會(huì)大大影響電壓和頻率的穩(wěn)定性。同時(shí)，新能源電力系統(tǒng)中的一些電子器件也會(huì)產(chǎn)生諧波等問題，降低電能質(zhì)量。由此可見，風(fēng)能和太陽能源在運(yùn)用的過程中，其不確定性是儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用需要面對(duì)并解決的主要問題，相關(guān)人員必須不斷加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用，對(duì)其能量儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行優(yōu)化，改善電源出力特征，以提升電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)新能源的有效運(yùn)用。

3、新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的合理運(yùn)用

3.1風(fēng)能電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的合理運(yùn)用

系統(tǒng)瞬時(shí)功率平衡水平對(duì)于新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，能夠充分滿足有功功率及無功功率需求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)這一水平的優(yōu)化，以保證其穩(wěn)定運(yùn)行。例如風(fēng)能電力系統(tǒng)中的電壓穩(wěn)定性問題，可以采用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)（superconductingmagneticenergystorage，SMES）。這一技術(shù)的運(yùn)用能夠針對(duì)系統(tǒng)中的風(fēng)速擾動(dòng)及聯(lián)絡(luò)線短路問題進(jìn)行解決。據(jù)仿真表明，運(yùn)用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)后，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障后，依然能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定，在風(fēng)速擾動(dòng)的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)平滑輸出。該技術(shù)主要運(yùn)用在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過對(duì)SMES模型等的構(gòu)建，以及對(duì)最優(yōu)反饋矩陣的計(jì)算，能夠發(fā)現(xiàn)，在儲(chǔ)能技術(shù)運(yùn)用下，輸出電壓的穩(wěn)定性得到了巨大的改善。再例如風(fēng)能電力系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定性問題，也可以通過儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行解決。這一問題的解決，主要集中在平滑風(fēng)電輸出功率方面。據(jù)仿真證明，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在這一部分運(yùn)用中能夠發(fā)揮巨大的作用，可以通過其充放電操作，實(shí)現(xiàn)這一問題的有效解決。同時(shí)，SMES裝置的運(yùn)用，也能夠按照系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)對(duì)處理進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以維護(hù)風(fēng)能電力系統(tǒng)中頻率的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用不足情況。風(fēng)電出力缺乏可控性是影響風(fēng)能電力系統(tǒng)穩(wěn)定的根本原因，儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，具有平滑風(fēng)電出力的功能，能夠提升風(fēng)能的可調(diào)度性。在平抑風(fēng)電出力波動(dòng)中，可以運(yùn)用串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的電路拓?fù)?，具仿真表明，串并?lián)補(bǔ)償能夠有效平滑風(fēng)電出力，抑制電壓暫降，對(duì)風(fēng)能的不確定性進(jìn)行改善，從而增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，也可以在基于全功率變頻器的永磁同步風(fēng)電機(jī)組的直流母線上并聯(lián)飛輪儲(chǔ)能裝置。通過這一技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)模糊控制，能夠達(dá)到穩(wěn)定風(fēng)電機(jī)組輸出功率的目的。

3.2光伏并網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)的合理運(yùn)用

在光伏并網(wǎng)中，主要存在的問題也是系統(tǒng)瞬時(shí)功率的平衡水平問題，通過儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)@一問題進(jìn)行有效解決。在儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，可以通過無源式并聯(lián)儲(chǔ)能方案的應(yīng)用，在光伏系統(tǒng)負(fù)載功率等脈動(dòng)形勢(shì)下，平滑蓄電池充放電電流。這一方法主要適用于獨(dú)立光伏系統(tǒng)。同時(shí)，在這一系統(tǒng)中，也可以運(yùn)用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)瞬時(shí)功率進(jìn)行平衡。在具體操作中，需要將功率密度較高的超級(jí)電容、能量密度較大的磷酸鐵鋰電池進(jìn)行組合，并對(duì)控制結(jié)構(gòu)及方式進(jìn)行合理設(shè)置，以便其效用得以充分發(fā)揮。據(jù)仿真證明，這種混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)用，在維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性中，能夠起到十分明顯的作用。超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能在新能源電力系統(tǒng)中具有巨大的開發(fā)潛力，是未來儲(chǔ)能技術(shù)研究的重要趨勢(shì)。但是就目前情況來講，針對(duì)這一方面的研究和運(yùn)用還相對(duì)較少，因而還需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)這一方面研究的重視，促進(jìn)整體儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展。

結(jié)語

在當(dāng)前能源匱乏的情況下以及綠色環(huán)保、節(jié)約能源行動(dòng)的倡導(dǎo)下，新能源的運(yùn)用將會(huì)成為我國各領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是我國電力事業(yè)發(fā)展的必然選擇?，F(xiàn)階段新能源的運(yùn)用中還存在著新能源本身不確定性、電力系統(tǒng)中電子器件產(chǎn)生諧波等多方面問題，導(dǎo)致新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行十分不穩(wěn)定。而儲(chǔ)能技術(shù)運(yùn)用能夠有效解決這些問題，因而，還需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)這一技術(shù)的研究運(yùn)用，充分保證新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以促進(jìn)我國電力事業(yè)健康發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]叢晶，宋坤，魯海威，高曉峰，肖白.新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)研究綜述[J].電工電能新技術(shù)，2014，3（3）：53-59.

[2]張雪莉，劉其輝，李建寧，李贏.儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2012，12（12）：50-57.