新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)研究

藥煒+張凱

【摘要】：隨著化石燃料的枯竭以及人們對霧霾問題的關(guān)注，可再生能源逐漸步入人們視野，可將其作為解決當(dāng)前環(huán)境問題的可靠方法與減少碳排放的有效途徑。但由于可再生能源發(fā)電具有波動性，隨著可再生能源發(fā)電所占比重的提升，也將給現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。使用儲能技術(shù)能夠作為解決利用可再生能源生產(chǎn)電力接入電網(wǎng)的有效方法。簡要介紹了幾種儲能技術(shù)的特點及其應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了儲能裝置在可再生能源發(fā)電廠的作用及優(yōu)點，最后總結(jié)了儲能系統(tǒng)在可再生能源中的應(yīng)用模式。

【關(guān)鍵詞】：儲能技術(shù)；電力系統(tǒng)；新能源

引言

近年來，我國在全國范圍內(nèi)進(jìn)行電網(wǎng)改造和升級，對工業(yè)企業(yè)進(jìn)行節(jié)電改造，對全國居民的生活節(jié)能節(jié)電給予補(bǔ)貼，標(biāo)志著我國電力工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入需求側(cè)管理時代。電力儲能技術(shù)的引入將有效削減負(fù)荷峰谷差，降低供電成本，有效實現(xiàn)需求側(cè)管理。同時，規(guī)模儲能技術(shù)的廣泛應(yīng)用將大大增強(qiáng)電網(wǎng)對大規(guī)?？稍偕茉吹慕蛹{能力，實現(xiàn)間歇式可再生能源發(fā)電的可預(yù)測、可控制、可調(diào)度，促進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級與變革，實現(xiàn)發(fā)電和用電之間在時間和空間上的解耦，徹底改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)的建設(shè)模式，促進(jìn)電力系統(tǒng)從外延擴(kuò)張型向內(nèi)涵增效型的轉(zhuǎn)變，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。

1、儲能技術(shù)的分類概述

電能可轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、機(jī)械能、電池能等形式達(dá)到儲存的目的。按不同的轉(zhuǎn)化方式進(jìn)行分類，可分為電化學(xué)儲能、機(jī)械儲能、相變儲能以及電池儲能。而機(jī)械儲能主要包括了壓縮空氣儲能、抽水儲能以及飛輪儲能等；電化學(xué)儲能主要包括了鋰離子儲能、鉛酸儲能、鈉硫儲能、鎳鎘儲能以及液流儲能等；相變儲能主要是指儲熱的物質(zhì)發(fā)生了相變進(jìn)而放出或吸收天熱能量，在夏季可以蓄熱，冬季可以蓄冷，主要應(yīng)用于冷空調(diào)系統(tǒng)、建筑節(jié)能以及熱電相變蓄熱裝置等；電池儲能主要包括了超級電容儲能、超導(dǎo)儲能以及高能密度電容儲能等儲能形式。如表1所示，是新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)比較。

2、新能源電力系統(tǒng)中儲能技術(shù)具有的作用

2.1儲能系統(tǒng)在不同供電場所的應(yīng)用

（1）電力調(diào)頻調(diào)壓系統(tǒng)。針對于鋼廠等大量短周期大負(fù)荷接入，導(dǎo)致局部電網(wǎng)頻率和電壓大幅波動，造成電網(wǎng)不穩(wěn)定，影響其他用電設(shè)備穩(wěn)定性。故此種情況考慮再電網(wǎng)側(cè)加入儲能系統(tǒng)，可以滿足對電網(wǎng)一次調(diào)頻和調(diào)壓的快速響應(yīng)要求。此種類型儲能系統(tǒng)只需滿足短時大功率調(diào)節(jié)要求，可采用超級電容或其他功率型電池進(jìn)行短時儲能；（2）新能源發(fā)電側(cè)儲能系統(tǒng)。由于新能源發(fā)電具有間歇性、波動性和難預(yù)測性的特點，大規(guī)模的接入勢必導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)節(jié)困難，因此會造成大量的棄光棄風(fēng)問題，在新能源發(fā)電側(cè)增加儲能系統(tǒng)可以很好的解決這些問題，把消耗不掉的電量儲存起來，在發(fā)電不足或用電高峰時放出，可以使發(fā)電趨于平滑、穩(wěn)定；（3）商用儲能系統(tǒng)。對于企業(yè)、工廠、商業(yè)寫字樓、充電站等用電量大，負(fù)載波動大，或具有峰谷電價差等場所，可以通過儲能系統(tǒng)來削峰填谷，穩(wěn)定電網(wǎng)供電或賺取電價差。且在電網(wǎng)停電情況下可快速切換到離網(wǎng)供電模式，實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)急供電，保證重要負(fù)載的持續(xù)供電。

2.2靈活儲能技術(shù)

近年來，我國大力發(fā)展可再生能源和分布式發(fā)電，鼓勵新能源電源并網(wǎng)、利用。未來家庭光伏發(fā)電電池儲能、社區(qū)儲能、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)、電動汽車等，因其靈活性將得到廣泛應(yīng)用。將來，供應(yīng)側(cè)以新能源為主，用能側(cè)則是清潔、靈活的使用方式。電動汽車作為一種非常重要的靈活負(fù)荷和一種儲能設(shè)施，可以向一些小微電網(wǎng)、微電網(wǎng)、商業(yè)區(qū)域輸電，參與局部的電網(wǎng)平衡；可以為新能源大規(guī)模地進(jìn)入能源系統(tǒng)，并網(wǎng)消納，提供負(fù)荷。電動汽車儲能電池接入全球能源互聯(lián)網(wǎng)，通過合理安排充電時間，輔助電網(wǎng)調(diào)峰，實現(xiàn)低谷充電、高峰放電。

2.3電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)

調(diào)頻是維護(hù)電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵技術(shù)，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，要求調(diào)頻機(jī)組能快速、精確地響應(yīng)調(diào)度指令。大型火電調(diào)頻機(jī)組持續(xù)運行導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率下降和環(huán)境污染等問題。儲能技術(shù)參與調(diào)頻服務(wù)的最大優(yōu)勢是其具有快速和精確的響應(yīng)能力，單位功率的調(diào)節(jié)效率較高。儲能技術(shù)非常適合解決短時電力供應(yīng)和需求之間的不平衡問題，為電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，其調(diào)頻響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于常規(guī)火電機(jī)組。根據(jù)美國電力市場的調(diào)頻電源比較分析，儲能調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.5倍，是燃煤機(jī)組的20倍以上。具有快速調(diào)節(jié)能力的儲能技術(shù)能夠更有效地提供調(diào)頻服務(wù)。

2.4ES系列儲能變流器在光伏發(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。雙向儲能變流器具有自動同步并網(wǎng)功能，對于電網(wǎng)沒有沖擊，并且在設(shè)計時候具有一體化的特點，安裝方便，還可以實現(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/2MWH儲能示范項目提供的1MW儲能變流器和監(jiān)控系統(tǒng)，不僅保證了電力儲能設(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。

結(jié)語

隨著霧霾等各種環(huán)境問題的出現(xiàn)，可再生能源也逐漸受到了各方的重視。其中，在利用可再生能源的過程中最為關(guān)鍵的是儲能技術(shù)，其影響可再生能源的“發(fā)—輸—配—用”電的每一環(huán)節(jié)，不僅能夠降低用電高峰期的供電需求，而且增加現(xiàn)在電網(wǎng)系統(tǒng)的運行能力和設(shè)備的使用率；同時其也能夠保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定，進(jìn)而提升供電品質(zhì)和用電能力，這均能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會安全而穩(wěn)定的需求?，F(xiàn)在，儲能技術(shù)種類繁多且各具特色，但其也存在著缺陷，如化學(xué)電池的充電量較少，還會破壞環(huán)境；而抽水儲能與壓縮空氣等形式儲存能量，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使得其效率較低，并且這些形式的儲能需要大量的建設(shè)成本。因此，從現(xiàn)在的發(fā)展出發(fā)，要想使儲能裝置得到最好的發(fā)展，更好地服務(wù)于可再生能源發(fā)電站使電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，應(yīng)采取配置多種儲能裝置相結(jié)合的技術(shù)，彼此間協(xié)調(diào)控制、綜合規(guī)劃。這也是現(xiàn)今需要深入研究的地方。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]朱熀秋，湯延祺.飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2017，（1）：265-268.

[2]陳仕卿，許劍，張新敬，等.儲能過程設(shè)計參數(shù)對壓縮空氣儲能系統(tǒng)性能影響研究[J].熱能動力工程，2017，32（3）：40-46.endprint