儲能技術(shù)在光伏電站并網(wǎng)中的應(yīng)用

顧新

摘要：近年來，儲能技術(shù)對并網(wǎng)光伏電站的作用得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，闡述了個人對此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù);并網(wǎng)光伏電站;應(yīng)用;分析

前言

在全球經(jīng)濟(jì)化發(fā)展潮流下，我國的自然資源受到各種人為因素的開采和浪費(fèi)，化石能源的儲存量逐漸枯竭，已經(jīng)無法能夠支持現(xiàn)代生產(chǎn)活動的進(jìn)行。為此，我國把開發(fā)和利用可再生能源作為當(dāng)前發(fā)展的核心。而風(fēng)力發(fā)電作為新型可再生能源，成為我國的主要發(fā)展能源。儲能技術(shù)的發(fā)展制約著光伏并網(wǎng)工程的進(jìn)展，下面就主要對儲能技術(shù)在光伏電站并網(wǎng)中的應(yīng)用做出分析。

1 儲能技術(shù)介紹

1.1 儲能技術(shù)分類

針對能源的存儲方式主要有三種，分別是電化學(xué)儲能、機(jī)械儲能以及電磁儲能。其中，機(jī)械儲能涵蓋存壓縮空氣儲能、飛輪儲能、抽水儲能等;電磁儲能涵蓋有：電容儲能、超級電容儲能、超導(dǎo)儲能等;電化學(xué)儲能涵蓋有：鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池、鉛碳電池、鉛酸電池等^[1]。

1.2 儲能技術(shù)對比

（1）飛輪儲能在技術(shù)原理上與具有轉(zhuǎn)動慣量的常規(guī)電源相似，是理想的一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)等主動支撐需求的技術(shù)路線，循環(huán)充放電次數(shù)可達(dá)200萬次，可頻繁的進(jìn)行快充、快放操作。

（2）鋰電池技術(shù)儲能容量及功率適中，技術(shù)成熟，投資成本相對較低;但充放電循環(huán)壽命平均約7000次，而一次調(diào)頻負(fù)荷變化周期短、波動頻繁，每天最多可達(dá)上百次，鋰電池?zé)o法獨(dú)立支撐一次調(diào)頻高頻次充放電的應(yīng)用需求，需要與其他儲能設(shè)備互補(bǔ)。

（3）超級電容技術(shù)壽命可達(dá)數(shù)十萬次，響應(yīng)時間、功率密度等參數(shù)均衡，但在兆瓦級規(guī)模下的系統(tǒng)可靠性尚不穩(wěn)定且電壓不均衡、自放電過快，目前仍不適用于新能源場站大規(guī)模接入。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行情況

根據(jù)國家能源局相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，近年來我國光伏發(fā)電市場發(fā)展迅速，2018年新增裝機(jī)容量5306萬千瓦，光能電站、分布式光能分別為3362萬千瓦、1944萬千瓦，同比增長11%、3.7倍?；谔柲苜Y源分布情況，我國光能電站主要集中在西部，但該地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)比較差、能耗有限，存在并據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年上半年，西北地區(qū)太陽能發(fā)電量達(dá)32.8億千瓦時，太陽能發(fā)電量為19.7%，尤其是新州、西部地區(qū)的太陽能發(fā)電量分別達(dá)到了32.4%、32.1%;整個2017年，西部地區(qū)平均太陽能發(fā)電量達(dá)32.8億千瓦時。20%，為解決西部光問題，2017年光伏發(fā)電機(jī)組規(guī)范逐步朝著中東部轉(zhuǎn)移，使2017年西部光率有一定的幅度下降，但未從根本上解決問題。未來，西部地區(qū)依賴于是我國光伏電站發(fā)展的重要區(qū)域，因此切實(shí)提高電網(wǎng)對光電力的接納能力是發(fā)展的關(guān)頭^[2]。關(guān)鍵所在。近幾年來儲能技術(shù)逐步成熟，其動態(tài)響應(yīng)特性好、壽命長、可靠性高，在提高光電池站并上網(wǎng)應(yīng)用能力方面深受青睞，逐步得到推廣。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)應(yīng)用

3.1 提供虛擬慣量響應(yīng)

光伏發(fā)電機(jī)組本身不具備虛擬慣量響應(yīng)能力，通過增加儲能系統(tǒng)，基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的光儲聯(lián)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，能夠有效提供虛擬慣量和動態(tài)頻率支持，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2 提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性

我國的西部地區(qū)有著嚴(yán)重的棄光限電問題，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率不高，為了對未被利用的光照問題進(jìn)行解決，可以通過儲能系統(tǒng)在光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力不夠限電閾值的時候，來將其所儲存的多余的功率運(yùn)送至電網(wǎng)中，進(jìn)而解決光照利用率低的問題。

3.3 儲能方案的選擇

綜合考量，可以采用“鋰電池加飛輪儲能”的混合儲能系統(tǒng)，由飛輪儲能的快速響應(yīng)能力和大功率特性，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的虛擬慣量響應(yīng);由鋰電池能量密度高，造價相對較低的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電能的存儲，進(jìn)而提高光伏并網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

3.4 平滑光伏系統(tǒng)輸出，解決棄光問題

通過在光伏系統(tǒng)中配置一定容量的儲能，可有效抑制光伏系統(tǒng)的波動問題，平滑光伏系統(tǒng)輸出，改善并網(wǎng)特性^[3]。限電問題一直是我國西部大型電站的痛點(diǎn)，電網(wǎng)建設(shè)速度趕不上新能源發(fā)展的速度，地方消納不足，導(dǎo)致大量的棄光棄風(fēng)現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)僅甘肅省2017年上半年的棄光率接近30%，給投資者造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。儲能系統(tǒng)可在限電期間將光伏多余電力儲存起來，在光伏電力不足時將電力釋放出來，減少棄光，有效解決光伏限發(fā)問題，保證系統(tǒng)投資收益。

3.5 構(gòu)建智慧微網(wǎng)系統(tǒng)，為偏遠(yuǎn)無電區(qū)提供清潔能源

光儲系統(tǒng)可以構(gòu)建智慧微電網(wǎng)，既可以和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)運(yùn)行，進(jìn)一步提高了區(qū)域供電的安全性和穩(wěn)定性，還可以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問題。國外研究數(shù)據(jù)表明，對于戶用系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性而言，如果每一家安裝了5千瓦時的儲能電池，可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，臨界重要負(fù)荷中斷的平均持續(xù)時間（SAIDI）、平均每位用戶的中斷次數(shù)（SAIFI）、未供電的重要負(fù)荷量（UCL）三項(xiàng)指標(biāo)幾乎為0。

3.6 通過儲能增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰能力，提高穩(wěn)定性

傳統(tǒng)的調(diào)峰機(jī)組響應(yīng)時間長大幾分鐘，光伏發(fā)電滲透率增大后，原有備用機(jī)組容量不夠和響應(yīng)速度慢的問題日益凸顯^[4]。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)計(jì)算，儲能系統(tǒng)調(diào)峰比一般的燃?xì)鈾C(jī)組相比價格低，且儲能系統(tǒng)的響應(yīng)時間一般毫秒級，可有效增強(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)峰能力。新能源的滲透率提高，對系統(tǒng)調(diào)頻要求也越高，尤其是在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率波動同時，新能源又發(fā)生了功率波動，雙重故障會導(dǎo)致災(zāi)難性的脫網(wǎng)事故。通過配置儲能系統(tǒng)在頻率出現(xiàn)偏差時進(jìn)行快速功率汲取或釋放，保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定^[5]。儲能逆變器采用的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制新技術(shù)，通過下垂控制和轉(zhuǎn)動慣量穩(wěn)定頻率和電壓，進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能，并可實(shí)現(xiàn)弱網(wǎng)接入、并離網(wǎng)無縫切換等功能。

結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對儲能技術(shù)對并網(wǎng)光伏電站作用的研究分析，對于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的并網(wǎng)光伏電站工作過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對儲能技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

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