儲(chǔ)能系統(tǒng)分析及其在新能源項(xiàng)目中的應(yīng)用前景

張靜

摘? 要：2018年，海外市場(chǎng)部投標(biāo)兩個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的前瞻性，之前的工作對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置并沒(méi)有了解。在整個(gè)投標(biāo)過(guò)程中海外市場(chǎng)部積累了一些寶貴信息，現(xiàn)就投標(biāo)項(xiàng)目隊(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)介紹，同時(shí)分析一下儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成，不同接線優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，以及其應(yīng)用前景，希望在將來(lái)的新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的項(xiàng)目中起到指導(dǎo)和借鑒的作用。首先，介紹儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用、構(gòu)成，介紹關(guān)鍵設(shè)備儲(chǔ)能原件的種類、優(yōu)缺點(diǎn);其次，分析儲(chǔ)能系統(tǒng)不同的接線方式及其優(yōu)缺點(diǎn);最后，分析儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用前景，為后續(xù)新能源儲(chǔ)能項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和投標(biāo)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能系統(tǒng)? 儲(chǔ)能原件? 交流側(cè)儲(chǔ)能? 直流側(cè)儲(chǔ)能? 儲(chǔ)能前景分析

中圖分類號(hào)：TM73 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（c）-0105-02

1? 儲(chǔ)能系統(tǒng)介紹

儲(chǔ)能系統(tǒng)，顧名思義，是由能夠按照要求對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存并在合適的時(shí)間按照要求釋放的系統(tǒng)簡(jiǎn)稱。英文描述為BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM，簡(jiǎn)稱為BESS。儲(chǔ)能系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)新能源項(xiàng)目已經(jīng)有較多應(yīng)用實(shí)例，多為試驗(yàn)性項(xiàng)目，儲(chǔ)能系統(tǒng)在目前的應(yīng)用場(chǎng)景中按照應(yīng)用目的分主要有以下幾種：平滑輸出、削峰填谷、減少棄光（風(fēng)）、優(yōu)化調(diào)度以及微電網(wǎng)。

2? 存儲(chǔ)單元的介紹和分析

儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件是能夠儲(chǔ)存和釋放電能的電能存儲(chǔ)單元，是儲(chǔ)能項(xiàng)目中最關(guān)鍵的系統(tǒng)/設(shè)備，整個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)劣、使用壽命、投資收益等都取決于存儲(chǔ)單元的性能。應(yīng)用在新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)上的儲(chǔ)能原件目前的主流為以下兩種形式：蓄電池和超級(jí)電容。

蓄電池是電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，包含鋰離子、液流、鉛碳、鉛酸、鈉硫等各種形式，每一種又可以分為很多細(xì)類，此處不展開(kāi)。電化學(xué)能電池的共同點(diǎn)特點(diǎn)為能量密度高，平均輸出電壓高。每一種蓄電池又有其自身的特點(diǎn)，需要根據(jù)項(xiàng)目的需求進(jìn)行分析后選擇。

3? 儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成及典型接線分析

儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要構(gòu)成為：儲(chǔ)能蓄電池（超級(jí)電容也有使用）、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）、雙向儲(chǔ)能變流器（PCS）或雙向DC/DC變流器（DC/DC converter）、電能管理系統(tǒng)（EMS）等。蓄電池管理系統(tǒng)BMS保證蓄電池的正常運(yùn)行，由蓄電池廠家提供并完成蓄電池和BMS的集成，并由其保證整個(gè)蓄電池的運(yùn)行安全和性能。PCS和DC/DC converter是完成將電能儲(chǔ)能到蓄電池和從蓄電池釋放的設(shè)備，電池儲(chǔ)放電時(shí)間和功率的控制由PCS或DC/DC converter的功率決定。EMS系統(tǒng)的作用是對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)與微電網(wǎng)進(jìn)行智能分析、能量管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

蓄電池系統(tǒng)目前主要由廠家進(jìn)行集成，整體性能由廠家進(jìn)行保證，設(shè)備以20ft集裝箱式發(fā)貨到現(xiàn)場(chǎng)，集裝箱內(nèi)接線工作出廠已完成，并配備齊全的暖通，消防系統(tǒng)，安裝工作較為簡(jiǎn)單。

目前儲(chǔ)能系統(tǒng)的接線方式主要分為交流側(cè)儲(chǔ)能接線方式和直流側(cè)儲(chǔ)能接線方式。交流側(cè)儲(chǔ)能為從光伏逆變器之后的交流系統(tǒng)進(jìn)行引接儲(chǔ)能，集中式交流側(cè)儲(chǔ)能典型示意圖如圖1所示。

直流側(cè)儲(chǔ)能為分布式直流儲(chǔ)能，儲(chǔ)能單元直接從逆變器的直流母線側(cè)引出并聯(lián)分支，進(jìn)行分散儲(chǔ)能，釋放電能的交流回路直接采用原光伏逆變器回路進(jìn)行直交流轉(zhuǎn)換。

其中在中壓匯流母線段進(jìn)行的交流側(cè)集中儲(chǔ)能目前應(yīng)用較為成熟，不存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，也比較適合大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目。交流側(cè)儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)在于儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可以進(jìn)行集中控制和管理，調(diào)度和控制較為簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便，適用于大規(guī)模上網(wǎng)電能的應(yīng)用。缺點(diǎn)就是因?yàn)槌浞烹娀芈分行枰獑为?dú)經(jīng)過(guò)逆變和降壓，會(huì)增加這部分設(shè)備的投入，同時(shí)增加了設(shè)備和線路損耗，效率較直流側(cè)偏低。同時(shí)，交流側(cè)集中儲(chǔ)能，“棄光”電能無(wú)法利用。而直流側(cè)儲(chǔ)能，儲(chǔ)能過(guò)程不需要降壓變壓器，而是通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行直流儲(chǔ)能，而且一般不需要額外配置光伏組件，可以直接利用perk hour的“棄光”電能進(jìn)行儲(chǔ)能，因此設(shè)備利用率高，轉(zhuǎn)化效率高。直流側(cè)儲(chǔ)能需要在直流側(cè)集合光伏控制單元和電池充放單元，這種形式直流轉(zhuǎn)換器需要與光伏逆變器進(jìn)行耦合，會(huì)影響到逆變器的MPPT工作精度，降低光伏發(fā)電效率，并且此功能傳統(tǒng)光伏逆變器無(wú)法承擔(dān)，需要專用逆變器配合，一般只適用于小型規(guī)模的儲(chǔ)能方案。

目前國(guó)內(nèi)華能清潔能源研究院正在研究并提出了DC/DC控制器原理，可以實(shí)現(xiàn)雙擾動(dòng)源的交互和分時(shí)獨(dú)立控制，不影響光伏組件最大功率輸出，不再需要與逆變器進(jìn)行配合。其設(shè)備的應(yīng)用案例為華能青海格爾木集中式光伏電站一期儲(chǔ)能示范項(xiàng)目1.5MW/3.5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)。該項(xiàng)目包含鉛炭電池、磷酸鐵鋰電池等多種儲(chǔ)能電池種類，采用光儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行直流側(cè)儲(chǔ)能，解決了光伏電站的棄光問(wèn)題。如果直流側(cè)儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化原件可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，讓直流側(cè)儲(chǔ)能變得便于控制管理，則真正意義上實(shí)現(xiàn)了“棄光”的再利用。

綜上，交流側(cè)儲(chǔ)能和直流側(cè)儲(chǔ)能的主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

投資方需要根據(jù)儲(chǔ)能目的和預(yù)期投入來(lái)綜合比較選擇最合適的儲(chǔ)能方案。

4? 應(yīng)用前景分析

由于電網(wǎng)對(duì)光伏和風(fēng)電站的輸出容量隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，一些光伏和風(fēng)項(xiàng)目的“棄光”“棄風(fēng)”比例非常高，導(dǎo)致電站的投資收入差，對(duì)電站造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著目前一些項(xiàng)目向多種能源互補(bǔ)發(fā)電的方向發(fā)展，多種能源發(fā)電配合和區(qū)間調(diào)整需要考慮能量存儲(chǔ)和釋放作為調(diào)度協(xié)調(diào)和提高效率，儲(chǔ)能系統(tǒng)將會(huì)得到應(yīng)用。隨著技術(shù)革新，如果儲(chǔ)能系統(tǒng)能從產(chǎn)品可靠性、安全性、價(jià)格等方面逐步改進(jìn)，則儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏和風(fēng)電、一些小規(guī)模分散能源、多能互補(bǔ)能源項(xiàng)目上就可以得到大規(guī)模的應(yīng)用，應(yīng)用前景較為可觀。

參考文獻(xiàn)

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