光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的控制方案

易一鵬

【摘 要】我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，使得能源的消耗量越來(lái)越大，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)于新能源開發(fā)政策的支持，光伏發(fā)電被廣泛的應(yīng)用，但是目前在光伏發(fā)電系統(tǒng)中能源的儲(chǔ)備技術(shù)還不夠成熟，論文就光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行分析，并分析探討儲(chǔ)能技術(shù)的可行性方案。

【Abstract】With the rapid development of economy and society of China， the consumption of energy is more and more big. With the development of science and technology and the national policy support for new energy development， photovoltaic power generation is widely used. However， in the photovoltaic power generation system， the energy storage technology is not mature enough. In this paper， the storage of photovoltaic power generation system was analyzed， and the feasibility of scheme of energy storage technology was analyzed.

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電系統(tǒng)；儲(chǔ)能技術(shù)；控制方案

【Keywords】 photovoltaic power generation system； energy storage technology； control scheme

【中圖分類號(hào)】TM615 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0188-02

1 引言

光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的一個(gè)過(guò)程，通過(guò)光伏發(fā)電不僅可以實(shí)現(xiàn)能源開發(fā)過(guò)程的清潔性，還可以實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。只要有太陽(yáng)光照射的地方都可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電，并且具有用之不竭、取之不盡的特點(diǎn)，因此在一些無(wú)電地區(qū)、偏遠(yuǎn)的山區(qū)可以充分利用光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通電。但是對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的分析和研究還不夠成熟，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用受到了一定的限制，因此要加強(qiáng)對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的研究，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用提供一些理論基礎(chǔ)。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的概述

光伏發(fā)電是通過(guò)半導(dǎo)體界面的光伏特效應(yīng)而將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。光伏發(fā)電紫銅中主要有太陽(yáng)能電池板、控制器、逆變器三部分組成[1]，其內(nèi)部主要部件為電子元器件構(gòu)成。

光伏發(fā)電具有很多的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比具有以下幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①來(lái)源具有無(wú)枯竭性，即太陽(yáng)光取之不盡、用之不竭。②不受區(qū)域的限制，光伏發(fā)電具有一定的廣泛性，即只要有太陽(yáng)光的地方就可以進(jìn)行光伏發(fā)電。③方便、快捷性，不需要通過(guò)燃燒煤炭等資源就可以進(jìn)行發(fā)電，并且不需要架設(shè)電線可以就地使用。光伏發(fā)電的不足之處有：①照射能源分布密度小，需要進(jìn)行大面積的建設(shè)太陽(yáng)電池板。②受天氣因素的影響較大，只能在晴朗的天氣下才能進(jìn)行發(fā)電。③光伏板的制造過(guò)程具有高污染、高能耗的特點(diǎn)。

3 儲(chǔ)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析

3.1 蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，是指通過(guò)蓄電池正負(fù)極氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)正極、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)能和電能轉(zhuǎn)化。目前在電力系統(tǒng)中常用的蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)有鎳鎘蓄電池、鈉硫蓄電池鉛酸蓄電池等。其中鉛酸蓄電池具有成本低的特點(diǎn)，同時(shí)也具有充電速度慢、重量較重、壽命短，并且污染相對(duì)較大的特點(diǎn)。鉛酸蓄電池主要應(yīng)用在電力調(diào)峰、穩(wěn)定電力系統(tǒng)和提高電能質(zhì)量上。鎳鎘蓄電池與鉛酸蓄電池一樣都具有高污染的特點(diǎn)，但是鎳鎘蓄電池的充電效率較高，放電時(shí)候電壓變化不大，內(nèi)阻相對(duì)較小，對(duì)于充電環(huán)境的要求不高。鋰離子電池的蓄電性能較好，但是由于大規(guī)模集成的技術(shù)限制，使得在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中不能廣泛的使用。鈉硫電池是當(dāng)前比較熱門的電池儲(chǔ)能方式，其儲(chǔ)能密度較高，經(jīng)過(guò)串聯(lián)并聯(lián)結(jié)合后具有較大規(guī)模的儲(chǔ)能效果。

3.2飛輪儲(chǔ)能技術(shù)

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)由飛輪，磁懸浮軸支撐系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)和電機(jī)，功能轉(zhuǎn)換器，電子控制系統(tǒng)和真空泵，應(yīng)急備用軸承等設(shè)備組成[2]。其飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的主要原理是，飛輪系統(tǒng)在吸收動(dòng)力的過(guò)程中，外部電網(wǎng)提供電力，使飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能儲(chǔ)存的形式，使電力進(jìn)入機(jī)械能源；然后在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中釋放動(dòng)力，當(dāng)飛輪形式的高速旋轉(zhuǎn)到原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電時(shí)，通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器輸出電流和電壓，完成機(jī)械能量到電能轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪儲(chǔ)能功率大于5KW / kg時(shí)，能量密度大于20WH / kg，效率可達(dá)90%以上，使用壽命可達(dá)20年或者是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的能量釋放。在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作環(huán)境在-40～50℃時(shí)，無(wú)污染、無(wú)噪音、維護(hù)簡(jiǎn)單，并可以達(dá)到連續(xù)工作。

3.3 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)

超導(dǎo)磁能系統(tǒng)是根據(jù)電力系統(tǒng)的需要對(duì)儲(chǔ)能線圈進(jìn)行充電控制。超導(dǎo)磁能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、比容量以及比功率大的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)施大容量交換和功率補(bǔ)償?，F(xiàn)階段，世界上已經(jīng)形成了1～5MW/MJ的低溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)，并且100MJ的 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)也已經(jīng)投入到了高壓輸電網(wǎng)中進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)可以與再生能源發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，但是在成本的投入、維修過(guò)程需要很大的費(fèi)用。

4 光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的改進(jìn)策略

4.1 在儲(chǔ)能技術(shù)中運(yùn)用超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)

超級(jí)電容器，又稱之為電化學(xué)電容器，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型儲(chǔ)能元件。超級(jí)電容器是基于雙電層原理，其電容量非常大，具有使用壽命長(zhǎng)久的特點(diǎn)。超級(jí)電容器具有功率密度高，充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。由于超電器的價(jià)格相對(duì)昂貴，在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率輸出場(chǎng)合，可以用來(lái)穩(wěn)定電力系統(tǒng)控制。通過(guò)將超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性，光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池工作時(shí)候，端電壓會(huì)隨著太陽(yáng)光的照射強(qiáng)度變化而導(dǎo)致輸出功率的不穩(wěn)定，將超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)運(yùn)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中不僅可以進(jìn)行電能的儲(chǔ)蓄，還可以提高電能的穩(wěn)定性，超級(jí)電容器應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)后，可以有效抑制光伏發(fā)電系統(tǒng)波動(dòng)問(wèn)題，能使平滑光伏系統(tǒng)輸出，改善并網(wǎng)的特點(diǎn)。同時(shí)，超級(jí)電容器還能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔軆?chǔ)存起來(lái)，在光能不足時(shí)候釋放出來(lái)，減少棄光，有效解決光伏限發(fā)問(wèn)題。如下圖為儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑光伏輸出圖和光伏限發(fā)圖：

4.2 ES系列儲(chǔ)能變流器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

ES系列產(chǎn)品是專門用于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的大功率并網(wǎng)雙向變流器，具有削峰填谷和平抑新能源發(fā)電出力波動(dòng)等功能，有利于電力設(shè)備降低供電成本，促進(jìn)可再生資源的應(yīng)用。雙向儲(chǔ)能變流器具有自動(dòng)同步并網(wǎng)功能，對(duì)于電網(wǎng)沒(méi)有沖擊，并且在設(shè)計(jì)時(shí)候具有一體化的特點(diǎn)，安裝方便，還可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏顯示。例如在2010年底，索英電氣東莞松山湖工業(yè)區(qū)1MW/2M WH儲(chǔ)能示范項(xiàng)目提供的1MW儲(chǔ)能變流器和監(jiān)控系統(tǒng)，不僅保證了電力儲(chǔ)能設(shè)備的穩(wěn)定性，還使得供電更加的高效，基于此可以將雙向儲(chǔ)能變流器應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電的穩(wěn)定性和高效性。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的分析和探討，光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)具有很重要的作用，不僅影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換效率，還對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量、供電安全性與可靠性等應(yīng)用具有很重要的影響作用。本文通過(guò)對(duì)于幾種儲(chǔ)能技術(shù)的分析，探討了超級(jí)電容器、ES系列儲(chǔ)能變流器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的理論應(yīng)用，希望可以給相關(guān)人員提供一些參考。

【參考文獻(xiàn)】

【1】潘濤，黃鴻志，周冉冉.淺析儲(chǔ)能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制策略[J].風(fēng)力發(fā)電，2016（4）：35-39.

【2】苗風(fēng)東，李研達(dá)，許忠敏.儲(chǔ)能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2014， 8（8）：1475-1477.endprint