風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

摘 要：伴隨環(huán)境污染、能源危機(jī)等一系列問(wèn)題的集中爆發(fā)式出現(xiàn)，我國(guó)乃至全球能源相關(guān)領(lǐng)域研究重心已轉(zhuǎn)向新一代能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改革。相較傳統(tǒng)能源，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量豐富，風(fēng)電、光伏等可再生能源必將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的中心。但由于風(fēng)電、光伏等可再生能源的間歇性及其受環(huán)境影響嚴(yán)重等特點(diǎn)，故而在電力系統(tǒng)中引進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)備的必要性尤為突出。該文主要闡述了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)以及風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)應(yīng)用前景予以簡(jiǎn)要分析和展望。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電；儲(chǔ)能技術(shù)；可再生能源

能源是工業(yè)社會(huì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。[1]自工業(yè)革命爆發(fā)至今，世界能源消費(fèi)格局不斷變化，能源消費(fèi)總量不斷增加。煤炭、石油和天然氣等非可再生化石能源的儲(chǔ)量不斷減少，能源危機(jī)不斷加重。[2]而風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源以其獨(dú)有的資源和環(huán)境優(yōu)勢(shì)得到了全球的廣泛關(guān)注，全球各國(guó)對(duì)于可再生能源的開(kāi)發(fā)利用以及相關(guān)研究開(kāi)始不斷深入。

本文主要闡述了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要技術(shù)特征及其發(fā)展現(xiàn)狀；光伏發(fā)電技術(shù)的主要技術(shù)特征及其發(fā)展現(xiàn)狀；儲(chǔ)能技術(shù)不同類(lèi)型以及其主要技術(shù)特征及其發(fā)展現(xiàn)狀；風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)應(yīng)用前景予以簡(jiǎn)要分析和展望。

風(fēng)力電發(fā)技術(shù)

自然條件下，由于大氣層氣壓不同導(dǎo)致空氣從高氣壓向低氣壓流動(dòng)，由此帶來(lái)的能量被稱(chēng)為風(fēng)能，全球風(fēng)能儲(chǔ)量約9.6GW。[3]僅2015年我國(guó)新增機(jī)組容量達(dá)到30，500MW，占全球48.4%的份額。[4]張北縣作為河北省風(fēng)能資源最富集區(qū)，緊緊抓住國(guó)家能源改革政策，先后引進(jìn)大唐、華能等國(guó)內(nèi)大型企業(yè)十余家，簽約建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，并獲國(guó)內(nèi)首個(gè)“國(guó)家綠色能源示范縣”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分組成。其中風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)能接收裝置的空間布置、風(fēng)輪葉片的葉尖線速度與風(fēng)速比、葉片工作原理、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)相對(duì)于氣流方向等分為多種類(lèi)型；發(fā)電機(jī)可分為永磁直驅(qū)、鼠籠式、雙饋異步發(fā)電機(jī)等多種類(lèi)型。由于以上分類(lèi)較多，而且各有優(yōu)缺，導(dǎo)致在風(fēng)力發(fā)電研究時(shí)，其建模更加復(fù)雜，對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)模型精準(zhǔn)度難以把握，致使風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)研究舉步維艱。

光伏發(fā)電技術(shù)

自“十五”規(guī)劃大力發(fā)展光伏發(fā)電以來(lái)，我國(guó)對(duì)于光伏電池的研發(fā)生產(chǎn)投入了大量的資金，相關(guān)科研院所以及高校在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域也不斷取得新突破，其制造工藝水平得到了大幅提高。[5]目前國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的光伏電池轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過(guò)20%，市場(chǎng)中已經(jīng)商業(yè)化的光伏電池轉(zhuǎn)化效率也達(dá)到10%～15%。目前我國(guó)中東部地區(qū)已有6個(gè)省份累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)1000MW，分別是江蘇、河北、浙江、山東、安徽和山西，其中分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量較大的地區(qū)有浙江、江蘇、廣東。[6]

光伏電池的發(fā)電原理是：通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電配套系統(tǒng)包括配電系統(tǒng)和計(jì)量裝置、并網(wǎng)逆變器以及光伏電池組件，其系統(tǒng)設(shè)置有離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)兩大類(lèi)。離網(wǎng)型是指微網(wǎng)中運(yùn)行方式采用孤島的系統(tǒng)，并網(wǎng)型是指微網(wǎng)中運(yùn)行方式采用并網(wǎng)的系統(tǒng)。由于單個(gè)光伏電池的單體電壓低，輸出功率小等因素，光伏整列通過(guò)多個(gè)小的光伏電池通過(guò)串并聯(lián)技術(shù)將電能進(jìn)行匯流以及均壓，從而得到我們所期望的高電壓大功率光伏系統(tǒng)。

3 儲(chǔ)能技術(shù)

傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)可以分為機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及熱力儲(chǔ)能 4 大類(lèi)。伴隨風(fēng)電、光伏等可再生能源的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了功率波動(dòng)、電壓質(zhì)量不佳等一系列新的問(wèn)題使得儲(chǔ)能技術(shù)得以大顯身手。因?yàn)殡娀瘜W(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能已經(jīng)比較成熟，適于大規(guī)模的使用；抽水蓄能屬于機(jī)械儲(chǔ)能對(duì)自然環(huán)境和建設(shè)成本都有很高的要求，微網(wǎng)系統(tǒng)不宜采用；壓縮空氣儲(chǔ)能屬于熱力儲(chǔ)能，同樣對(duì)環(huán)境有特殊要求，目前國(guó)內(nèi)少見(jiàn)應(yīng)用。

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)的形式主要包括以下方面：超級(jí)電容器平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)、直接控制分布式電源本身改善其輸出功率特性、通過(guò)一階固定時(shí)間常數(shù)濾波、采用飛輪儲(chǔ)能平抑短周期內(nèi)功率波動(dòng)、采用鉛酸電池和超級(jí)電容器組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)合理搭配分別平抑長(zhǎng)周期和短周期的波動(dòng)等一系列的方式。

4 風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)

風(fēng)光儲(chǔ)混合電力系統(tǒng)可分為：風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)、風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電等三類(lèi)。其技術(shù)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到應(yīng)用，而且以及建立大批示范工程。為了更好更多地接納可再生能源并網(wǎng)，并且做好與其他國(guó)家的技術(shù)方面得到技術(shù)接軌，國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)在河北省張北建立了風(fēng)光儲(chǔ)示范工程。張北風(fēng)光儲(chǔ)示范工程是世界上容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程，其中涉及風(fēng)電機(jī)組435.5MW、光伏機(jī)組1 MW以及儲(chǔ)能裝機(jī)10MW，從而可控制風(fēng)光儲(chǔ)電站整體輸出接近傳統(tǒng)火電機(jī)組輸出外特性。該工程的成功并網(wǎng)將有效提高風(fēng)力、光伏發(fā)電的一次調(diào)頻、調(diào)壓能力，有效解決新能源安全并網(wǎng)難題，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平及明顯提升新能源并網(wǎng)消納能力。

5 結(jié)語(yǔ)

伴隨智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等概念的提出與推廣，風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)在提高系統(tǒng)可控性、穩(wěn)定性的問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，如何提高可再生能源在能源利用中的份額，以及在高比例可再生能源滲透下如何保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)必須考慮的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：；

[1]廖懷慶，劉東，黃玉輝，等.基于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能電網(wǎng)兼容性研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（2）：15-19.

[2]梅生偉，王瑩瑩，劉峰.風(fēng)-光-儲(chǔ)混合電力系統(tǒng)的博弈論規(guī)劃模型與分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（20）：13-19.

[3]高明杰.國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程介紹及其典型運(yùn)行模式分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（1）：59-61.

[4]于梵.用于風(fēng)電功率平抑的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（7）：127-131.

[5]張步涵.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（5）：54-58.

[6]劉霞，江全元.風(fēng)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（4）：95-97.

作者簡(jiǎn)介：賈運(yùn)高（1994-），男，漢族，山東省鄆城縣人，本科，研究方向：電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化研究。