新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)和運(yùn)用分析

曹慧利

（寧夏電投新能源有限公司）

0 引言

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三個(gè)類型，新能源發(fā)電儲(chǔ)能在各項(xiàng)政策的支持下，進(jìn)入了企業(yè)投資領(lǐng)域范圍內(nèi)。電力企業(yè)儲(chǔ)能技術(shù)能夠有效緩解電壓高峰壓力，減少用電耗損，保證電網(wǎng)安全。儲(chǔ)能技術(shù)的有效引入，能夠更改新能源性質(zhì)，保證供電穩(wěn)定性，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電中儲(chǔ)存技術(shù)進(jìn)行全面分析。我國(guó)用電儲(chǔ)能技術(shù)處于發(fā)展初期，不夠完善，容量過小，隨著新能源發(fā)電系統(tǒng)模式的增加，應(yīng)該將儲(chǔ)能技術(shù)有效運(yùn)用其中。要注重提高性能質(zhì)量，滿足用戶實(shí)際基本需求，促進(jìn)行業(yè)更好發(fā)展。

1 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)介紹

根據(jù)我國(guó)新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)際情況研究發(fā)現(xiàn)，從原本的發(fā)展初期逐步向高速推廣階段進(jìn)展，2022年中國(guó)不少省份根據(jù)青海省推出的風(fēng)電開發(fā)建議陸續(xù)發(fā)布相關(guān)建議和對(duì)策，并將儲(chǔ)能技術(shù)作為當(dāng)前新能源項(xiàng)目發(fā)展的標(biāo)配。直到2020年上半年，我國(guó)已經(jīng)有12個(gè)省份進(jìn)行了電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)政策的應(yīng)用，國(guó)家大力支持和鼓勵(lì)此技術(shù)的開發(fā)推廣［1］。比如某省為保證光伏電站能夠達(dá)到人們?nèi)粘?shí)際需求，要保證儲(chǔ)能容量高達(dá)5%以上，時(shí)間控制在一小時(shí)以上，大部分省份積極鼓勵(lì)支持新能源儲(chǔ)能技術(shù)朝著多方向角度發(fā)展，并開展了光伏加儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)工作，大力支持風(fēng)儲(chǔ)一體化互補(bǔ)項(xiàng)目，保證儲(chǔ)能管理工作符合標(biāo)準(zhǔn)，并能為調(diào)峰風(fēng)電項(xiàng)目的完整化發(fā)展和全面優(yōu)化奠定有利基礎(chǔ)。新能源加儲(chǔ)能項(xiàng)目受到政府及各界的廣泛關(guān)注，規(guī)模不斷擴(kuò)大，隨著信息化的發(fā)展，逐步朝著規(guī)范化、數(shù)字化方向進(jìn)展，全國(guó)各地應(yīng)結(jié)合自身經(jīng)濟(jì)和用電情況，構(gòu)建科學(xué)完整，一體化的控制模式，有效管控儲(chǔ)能效果，還要根據(jù)不同地區(qū)的新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研究，提出創(chuàng)新工作策略，保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，確保新能源更加環(huán)保，從根本上凸現(xiàn)新能源的有利發(fā)展。

2 新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)的研究

第一，儲(chǔ)能技術(shù)的作用?？商岣哒麄€(gè)用電系統(tǒng)的性能質(zhì)量，新時(shí)代下并網(wǎng)運(yùn)行，可滿足整個(gè)省份人民和工廠的電能質(zhì)量要求，與以往相對(duì)比，孤島運(yùn)行下的新能源系統(tǒng)電能質(zhì)量容易受到外界因素的影響，因此，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的波動(dòng)。而其中儲(chǔ)能裝置的出現(xiàn)會(huì)保證電能更加穩(wěn)定，維持母線電壓的同時(shí)，能夠有效調(diào)控調(diào)頻，不再輕易受到外界因素的影響［2］。削峰填谷，新能源的生產(chǎn)和消耗策略都是伴隨著時(shí)代的發(fā)展，根據(jù)問題不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，用電低谷期會(huì)出現(xiàn)大量電資源的浪費(fèi)情況，例如，火電機(jī)組調(diào)風(fēng)可通過降低出力等有效解決策略，然而，燃料的利用效率也會(huì)隨之降低，所以通過此種方法調(diào)峰，不但會(huì)導(dǎo)致發(fā)電時(shí)間延長(zhǎng)，還會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)造成大量燃料的浪費(fèi)。而儲(chǔ)能系統(tǒng)能輕松解決存在的問題，用電低谷期可以把多余的電能自動(dòng)儲(chǔ)存在其中，用電高峰期自然而然地釋放電能，從而達(dá)到有效調(diào)控效果。短期電力供應(yīng)，用電工程中，電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷網(wǎng)事故，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)一瞬間進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)，無法掌控局面，而儲(chǔ)能裝置的添加能夠有效控制整個(gè)電網(wǎng)，對(duì)電壓運(yùn)行和頻率存在的偏差進(jìn)行修正和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)孤島和并網(wǎng)模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換［3］。大面積停電事故發(fā)生會(huì)對(duì)人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髟斐刹焕绊?，與此同時(shí)，新能源的能量容易受到外界因素和天氣的影響，加上資源不穩(wěn)定，不利于用電系統(tǒng)的發(fā)展，而儲(chǔ)能設(shè)備的安裝可以有效維持和調(diào)整。

第二，儲(chǔ)能系統(tǒng)的分類及工作原理。常見的有抽水壓縮飛輪等儲(chǔ)能類型，在具體使用中，抽水蓄能占據(jù)比例較大，由低處向高處進(jìn)行抽水將電能轉(zhuǎn)換成水的動(dòng)力勢(shì)能，進(jìn)而完成整個(gè)充電過程，壓縮空氣儲(chǔ)能就是通過壓縮機(jī)將空氣不斷壓縮低于10MPa狀態(tài)下，可完成充電。電化學(xué)儲(chǔ)能方法可通過電和電解質(zhì)之間出現(xiàn)的一系列反應(yīng)，從而完成充電，實(shí)際工作原理與充電池相似。儲(chǔ)能系統(tǒng)的種類繁多，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的方法［4］。

3 新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效運(yùn)用

3.1 儲(chǔ)能技術(shù)在不同發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

第一，光伏電站的儲(chǔ)能應(yīng)用，光伏離網(wǎng)系統(tǒng)最早應(yīng)用較多，可通過組件、控制器、蓄電池，三者相互連接，完成整個(gè)電網(wǎng)的控制和調(diào)節(jié)，充電時(shí)可通過組件將直流電借助控制器直接儲(chǔ)存在蓄電池中，而放電時(shí)，也是通過逆變器和放電控制器將直流電直接轉(zhuǎn)換成交流電，然后接入負(fù)載中進(jìn)行使用。早期離網(wǎng)系統(tǒng)中安裝的儲(chǔ)電池一般都是鉛酸膠體制作而成的，家庭中應(yīng)用的離網(wǎng)系統(tǒng)，光伏，路燈等都是日常生活中較為常見的工程項(xiàng)目［5］。第二，光伏微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用，主要以戶用光伏和小型光伏分布式微網(wǎng)系統(tǒng)較為常見，就是在聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行兼并使用并網(wǎng)的功能，當(dāng)并網(wǎng)出現(xiàn)停電現(xiàn)象后，可由并網(wǎng)狀態(tài)直接轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行，然后實(shí)現(xiàn)平滑切換。第三，大型光伏電站配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，可通過電站交流側(cè)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)完成工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)峰，當(dāng)前，大多數(shù)城市使用了地面光伏電站配置儲(chǔ)能工作，按照10∶1的比例進(jìn)行配置，并且保證充電時(shí)間不低于兩小時(shí)范圍內(nèi)。

3.2 風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電的運(yùn)用

儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中的運(yùn)用能夠保證風(fēng)力發(fā)電站發(fā)揮最主要作用，并且提高風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性，借助風(fēng)電機(jī)組有效配置雙向變流器和儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電的調(diào)節(jié)，提升機(jī)組輸出性能的同時(shí)，保證用電穩(wěn)定性。即使電網(wǎng)受到外界極端條件的影響，儲(chǔ)能系統(tǒng)也能夠滿足用電需求，不斷吸收和儲(chǔ)存多余功率，在有需求時(shí)及時(shí)放電，與此同時(shí)，能夠保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)不受損害，并可有效改變用電性能，做好電壓管理工作［6］。因此說儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用能夠不受時(shí)間限制，能夠動(dòng)態(tài)化地調(diào)節(jié)和控制，保證能源系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.3 風(fēng)光儲(chǔ)一體化發(fā)電的運(yùn)用

2022年，國(guó)家對(duì)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)提出了有關(guān)指導(dǎo)意見，保證風(fēng)光儲(chǔ)一體化，在優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、雙向發(fā)展的層次上明確具體發(fā)展方向，借助風(fēng)電光伏系統(tǒng)配置優(yōu)良儲(chǔ)能系統(tǒng)，構(gòu)建發(fā)電項(xiàng)目，通過發(fā)電項(xiàng)目不斷優(yōu)化電站的基本性能，保證風(fēng)光儲(chǔ)三者相輔相成，相互配合，在三者的共同努力下，共同完成發(fā)電廠發(fā)電的任務(wù)。儲(chǔ)能裝置在谷時(shí)段能夠快速完成對(duì)蓄電池的充電，在這段可以將儲(chǔ)存的電能自動(dòng)釋放，保證發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)確保用電系統(tǒng)不受損害。新能源發(fā)電的穩(wěn)定與電荷之間的矛盾逐漸突出，到2030年和2060年能有效解決，因此，在“十四五”期間，根據(jù)用電實(shí)際情況，提出了各種對(duì)策要求，將會(huì)有更大規(guī)模的機(jī)組容量被安裝在電網(wǎng)中，供人們使用。

3.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)解決對(duì)策的應(yīng)用

大型用電企業(yè)負(fù)荷由于在短時(shí)間內(nèi)用電需求大，存在大量接入點(diǎn)，因此，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓不夠穩(wěn)定，嚴(yán)重波動(dòng)進(jìn)而影響用電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。基于此條件下應(yīng)該對(duì)電網(wǎng)增加儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而滿足人們的用電和工作需求，對(duì)電網(wǎng)的頻率和電壓進(jìn)行快速的調(diào)節(jié)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝能夠滿足大型用電企業(yè)短期、長(zhǎng)期大功率使用要求，還可以使用超級(jí)電容器或其他電池進(jìn)行用電的儲(chǔ)存。但新能源在使用過程中存在間歇性以及不可預(yù)測(cè)性等缺點(diǎn)，大規(guī)模使用或接入會(huì)導(dǎo)致無法調(diào)控，繼而出現(xiàn)太陽(yáng)能和風(fēng)能問題，無法有效控制，大型企業(yè)、工廠、寫字樓都是需要電量較大的場(chǎng)所，會(huì)導(dǎo)致電荷波動(dòng)大，因此，可安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)保證電網(wǎng)穩(wěn)定性，還可以快速切換離網(wǎng)電源提供應(yīng)急供電［7］。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)存系統(tǒng)主要是由電池和變流器組成，可以根據(jù)人們?nèi)粘Ｓ秒娦枨螅粩嗵岣呓?jīng)濟(jì)效益，光伏電站的儲(chǔ)存需要大容量電池，在其中可以達(dá)到出電的作用，確保電力穩(wěn)定性。交流儲(chǔ)存室光伏組件借助逆變器不斷儲(chǔ)存電量，能夠保證用電穩(wěn)定性，并且能夠有效降低儲(chǔ)存經(jīng)濟(jì)成本。

3.5 發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)運(yùn)用需要的關(guān)鍵技術(shù)

時(shí)代不斷發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)也不斷變革，使得儲(chǔ)能邁上新高度，可再生資源逐步改變著人們的工作和生活，作為新能源的重要組成部分未來有著良好的發(fā)展前景，但也面對(duì)著成本高的不利因素。儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)的主要技術(shù)之一，應(yīng)有效解決儲(chǔ)能能量密度、功率、密度等問題，除了效率以及穩(wěn)定性和可靠性等問題，由于適用范圍較廣、密度較高、容量大，因此應(yīng)針對(duì)上述三方面進(jìn)行研究，做好鋰離子電池材料的高度開發(fā)，借助傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理，解決鋰電池運(yùn)用過程中出現(xiàn)的問題。不斷研究各種探測(cè)技術(shù)，延長(zhǎng)電池的使用壽命，了解各種化學(xué)反應(yīng)，開發(fā)穩(wěn)定的電解液，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)［8］。并且在實(shí)際工作期間還要做好儲(chǔ)能系統(tǒng)放電階段對(duì)新能源發(fā)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的影響，以免造成功率預(yù)測(cè)偏差大，增加電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電的考核，這也是當(dāng)前儲(chǔ)能系統(tǒng)需要考慮和分析的問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于能源的不斷進(jìn)展，容量增加，儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電測(cè)中的運(yùn)用可以保證電能使用的安全性、靈活性和穩(wěn)定性，并對(duì)整體運(yùn)作起著重要作用。未來儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，為保證更加健康和穩(wěn)定的發(fā)展，應(yīng)該進(jìn)一步研發(fā)，不斷降低經(jīng)濟(jì)成本，提高適應(yīng)性，有效調(diào)節(jié)電壓和功率，提出針對(duì)性策略，打造全面規(guī)范的儲(chǔ)能技術(shù)促進(jìn)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。