儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)光發(fā)電中的應(yīng)用

王新春

（甘肅匯能新能源技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

引言：隨著自然界中不可再生資源的消耗，以及煤、石油對環(huán)境的破壞，有必要開始尋找可替代的清潔能源，加緊風(fēng)光發(fā)電研制的工作。近年來人們的目光逐漸被光能、潮汐能、水能等天然能源低污染的特點(diǎn)所吸引。其中風(fēng)力發(fā)電、光能發(fā)電常用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低以及較偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。而風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電受自然因素影響大，擁有極大的不可預(yù)測性風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上合理運(yùn)用混合式發(fā)電裝置能夠起到很好地對外界不確定因素的抗衡能力。

一、儲(chǔ)能技術(shù)的種類劃分以及應(yīng)用

所謂的儲(chǔ)能技術(shù)就是將電能、光能等能量同故宮一個(gè)媒介轉(zhuǎn)換成其他更利于保存的能源，以達(dá)到隨時(shí)用隨時(shí)取的目的。將收集或生產(chǎn)得來的能量通過一種轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成另一種能量行使保存，在將要使用時(shí)轉(zhuǎn)換成所需要的能量形式的一種技術(shù)。

儲(chǔ)能使電能具備時(shí)間空間轉(zhuǎn)移能力，對于保障電網(wǎng)安全、改善電能質(zhì)量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意義。在新能源大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用中，電化學(xué)儲(chǔ)能是除抽水蓄能外裝機(jī)規(guī)模最大的儲(chǔ)能形式。以鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池為主導(dǎo)的電化學(xué)儲(chǔ)能不僅在電池本體技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)層面取得了重大突破，并且在發(fā)電領(lǐng)域的場景應(yīng)用范圍也實(shí)現(xiàn)了重要擴(kuò)展。目前主流技術(shù)路線為磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

二、儲(chǔ)能電池的選擇

在進(jìn)行儲(chǔ)能電池選擇時(shí)，要確保儲(chǔ)能電池滿足應(yīng)用于多形式切換，每種儲(chǔ)能方式都擁有其獨(dú)特的特點(diǎn)，其中抽水儲(chǔ)能由于受到地形和水文的影響不適用于短期和就近風(fēng)光發(fā)電裝置的結(jié)合，而飛輪儲(chǔ)能方式雖然擁有壽命長，對環(huán)境污染小的優(yōu)勢，但由于其密度較低的缺點(diǎn)就導(dǎo)致了無法應(yīng)用于大型儲(chǔ)電站的建造。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)由于技術(shù)還未成熟且造價(jià)成本過高目前未具有相應(yīng)的價(jià)值?；瘜W(xué)儲(chǔ)能方法是目前開發(fā)程度最高的一種儲(chǔ)能技術(shù)，被廣泛應(yīng)用與各行各業(yè)而鉛酸電池是目前最成熟的一種儲(chǔ)能電池其擁有造價(jià)低廉、放電功率大等多方面優(yōu)勢，但對運(yùn)行穩(wěn)定性有較高的要求。高溫作業(yè)時(shí)無法采用鈉硫電池，且鈉硫電池生產(chǎn)成本高工藝復(fù)雜因此不適合應(yīng)用于大規(guī)模的作業(yè)當(dāng)中[1]。超級電池雖然具有較長的使用壽命和大功率充放電的優(yōu)點(diǎn)，但由于其能量密度過低僅占鉛酸電池的十分之一因此也無法正常運(yùn)用于大規(guī)模的建設(shè)中，磷酸鐵鋰電池是近幾年新研發(fā)的一種電池其擁有能量密度大、使用次數(shù)等多方面的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中，是一種良好的儲(chǔ)能裝置。磷酸鐵鋰這一動(dòng)力電池與鉛酸電池、鎳鉻電池、鎳氫電池等相比額定電壓更高、質(zhì)量比能量更大、循環(huán)使用次數(shù)更多同時(shí)也更環(huán)保，但是由于生產(chǎn)技術(shù)要求高生產(chǎn)成本也比其他電池高。而與其他鋰離子電池如鈷酸鋰、錳酸鋰相比其成本要明顯更低。我國儲(chǔ)能建設(shè)起步低但發(fā)展迅速，2021 年四月我國為促進(jìn)儲(chǔ)能的相關(guān)發(fā)展發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征收意見稿）》征收儲(chǔ)能發(fā)展的寶貴意見，而磷酸鐵鋰儲(chǔ)能裝置無疑擁有著良好的發(fā)展前景。

抽水蓄能電站一般情況下都會(huì)安置著抽水的水泵以及水輪機(jī)，在使用電負(fù)荷低谷的時(shí)候，抽水蓄電站就可以利用電力系統(tǒng)來產(chǎn)生部分剩余電量，這樣就可以有效的在電負(fù)荷無法工作的情況下，將水庫下方的水來抽取到了水庫的上方，并且再將這部分的低谷電能轉(zhuǎn)換成為水的是能來進(jìn)行保存，等到下次電負(fù)荷可以正常使用時(shí)，就可以將水庫上方的水來通過水輪發(fā)電機(jī)組重新放回水庫的上方，誰的事能就轉(zhuǎn)換成為了電能，送回到了電網(wǎng)，這樣不斷地進(jìn)行交換，在一方面解決了電力系統(tǒng)的調(diào)峰工作問題，還提高了電力系統(tǒng)的安全性能以及經(jīng)濟(jì)性能。在普通電容器與蓄電池之間有一種性能是超級電容器，超級電容器是通過極化的電解質(zhì)來進(jìn)行儲(chǔ)存能量的，超級電容器的材料一般是采用活性炭、金屬氧化物、活性炭纖維等等材料來進(jìn)行制作的，這類電容器具有良好的導(dǎo)電性能，并且還有著一定的化學(xué)穩(wěn)定性。

三、儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)

（一）儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到獨(dú)立風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中具有重要現(xiàn)實(shí)意義，其能夠有效解決風(fēng)光發(fā)電的不穩(wěn)定性、無法預(yù)測性、以及依靠天氣變化等問題做出極為有效的措施，將富余的能量保存下來一保證能量負(fù)荷時(shí)能夠有效應(yīng)對，同時(shí)還能夠減少儲(chǔ)存和能量的浪費(fèi)，提高能量的利用效率。目前，國內(nèi)外越來越重視經(jīng)濟(jì)可行的儲(chǔ)能方式，并將其應(yīng)用到風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中。

電化學(xué)儲(chǔ)能因其快速響應(yīng)、爬坡率大等特點(diǎn)可在大規(guī)模新能源并網(wǎng)中發(fā)揮有功功率波動(dòng)平抑、一次調(diào)頻支撐、被動(dòng)響應(yīng)無功支撐和計(jì)劃出力跟蹤等功能，主動(dòng)支撐電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低新能源機(jī)組波動(dòng)性，提升其可控、可計(jì)劃性。另外，大規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能還可實(shí)現(xiàn)棄風(fēng)、棄光回收功能，在限電情況下一定程度挽回投資損失電量

（二）儲(chǔ)能容量的選擇

目前國內(nèi)外科研院所相繼展開了針對新能源發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)，但都處在初期階段。其中研發(fā)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和飛輪蓄電池儲(chǔ)能優(yōu)化方案兩種方式，都能夠有效地促進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益的提高，但是這兩種方式比較單一，僅針對獨(dú)立負(fù)荷供電系統(tǒng)。而日本提出的一種根據(jù)平花時(shí)間常數(shù)和放電性能之間關(guān)系更有利于計(jì)算出最佳電池容量。為了使風(fēng)光發(fā)電機(jī)的波動(dòng)處于一種平穩(wěn)的狀態(tài)，可以選擇儲(chǔ)能時(shí)間為兩小時(shí)風(fēng)光發(fā)電機(jī)裝置，以達(dá)到穩(wěn)定發(fā)電的目的。

（三）儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)

儲(chǔ)蓄能源的電站是由許多的電池陣列串并聯(lián)所組成的，在當(dāng)前階段下，我國生產(chǎn)的鋰電池的容量正在從幾十毫安擴(kuò)大到幾百毫安，最小的容量是35毫安，最大的容量達(dá)到了500 毫安[2]。電池組的串聯(lián)數(shù)量是根據(jù)著PCS 的直流側(cè)輸入電壓中的范圍去確定的，并且之后由儲(chǔ)能模塊的容量來確定需要多少個(gè)并聯(lián)的電池串?dāng)?shù)量，將電池串并聯(lián)之后就構(gòu)成了一個(gè)完整的儲(chǔ)能電池。PCS 功率的處理單元是由DC/AC 的功率模塊以及EMC 的濾波器以及各個(gè)控制單元所組成的，電池組的單元輸出直流電壓經(jīng)過了三相橋式的變換器變化為正弦波的交流電，并且通過了接觸器以及交流EMC 的濾波器進(jìn)入到交流的控制單元中。在進(jìn)行直流側(cè)配置系統(tǒng)與交流配置相比在出現(xiàn)故障時(shí)能夠通過蓄電池恢復(fù)運(yùn)行，重新供電。而交流操作則需要進(jìn)行進(jìn)線pt 轉(zhuǎn)換取得操作電源來合閘，其安全性都不如直流側(cè)配置系統(tǒng)，此外交流電機(jī)銅線使用少，僅定子繞組使用成本就低得多，而直流定子轉(zhuǎn)子、換向器、繞柱都使用銅線且工藝復(fù)雜，因此直流要比交流成本高。

結(jié)束語：隨著清潔能源技術(shù)的不斷發(fā)展，光能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電在電網(wǎng)中的比重越來越大，為了降低風(fēng)光發(fā)電不穩(wěn)定性以及不可預(yù)測性對電網(wǎng)造成的沖擊，就要加大研究規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，促進(jìn)風(fēng)光發(fā)電在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性，同時(shí)加大風(fēng)光發(fā)電的研究也有利于未來構(gòu)建智能電網(wǎng)。獨(dú)立風(fēng)光發(fā)電互補(bǔ)技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展前景廣闊的技術(shù)，其比單獨(dú)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電擁有更穩(wěn)定的系統(tǒng)，是一種可再生資源的發(fā)電技術(shù)，隨著人們對儲(chǔ)能技術(shù)的不斷深入了解我們可以預(yù)測風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)在儲(chǔ)能技術(shù)方面具有寬廣的道路。

在實(shí)際工程項(xiàng)目的應(yīng)用中針對光伏以能量型應(yīng)用為主，對風(fēng)電以功率型應(yīng)用為主。光伏發(fā)電項(xiàng)目有很強(qiáng)的規(guī)律性，光伏+儲(chǔ)能項(xiàng)目充電電量來源為場外棄光電量和場內(nèi)高峰期富裕電量兩部分，充能更規(guī)律更穩(wěn)定，儲(chǔ)能電量更多，充放電更規(guī)律，電量釋放與社會(huì)用電需求吻合度更高，光伏儲(chǔ)能具有更好推廣應(yīng)用價(jià)值。