儲(chǔ)能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

尹朋濤

摘要：在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)科學(xué)合理地應(yīng)用儲(chǔ)能裝置，能夠有效降低光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于波動(dòng)而產(chǎn)生的功率變化，降低功率的變化，也能夠減少對(duì)電網(wǎng)以及負(fù)荷帶來(lái)的影響，保證在離網(wǎng)狀態(tài)下光伏系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，切實(shí)提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。然而，在實(shí)際設(shè)置過(guò)程中，儲(chǔ)能單元的設(shè)置可以使用閥控式密封鉛酸蓄電池，在結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)自身的運(yùn)行特點(diǎn)分析，在不同運(yùn)行狀態(tài)下儲(chǔ)能單元的自身運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上建立完善的充電控制系統(tǒng)和放電控制系統(tǒng)，利用有針對(duì)性的管理措施，對(duì)其有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;儲(chǔ)能裝置;運(yùn)行優(yōu)勢(shì);管理措施

引言：隨著國(guó)家政策的導(dǎo)向以及碳達(dá)峰、碳中和的提出，以光伏發(fā)電技術(shù)為代表的新能源發(fā)電系統(tǒng)越來(lái)越多地進(jìn)入市場(chǎng)和并入電網(wǎng)。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的間歇性、波動(dòng)性等會(huì)造成一部分棄光現(xiàn)象，在我國(guó)西北尤其嚴(yán)重。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)中將儲(chǔ)能技術(shù)與大型電站相結(jié)合，提高對(duì)太陽(yáng)能的消納能力，避免資源浪費(fèi)，十分必要。

1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是由繼電保護(hù)裝置、光伏列陣、逆變器、儲(chǔ)能裝置以及最大功率點(diǎn)跟蹤裝置等組成的。為了能夠保證電壓和電流處于相同的頻率，在整個(gè)光伏系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)就是光伏列陣，可以利用光伏列陣將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后再通過(guò)電池單體根據(jù)電壓電流的實(shí)際需求，將其串并聯(lián)安裝在支架上。但是，光伏電池的列陣具備很強(qiáng)烈的非線性特征，主要是由于在電力輸出過(guò)程中會(huì)受到負(fù)載光照以及溫度等多種因素的影響。最大功率點(diǎn)跟蹤裝置能夠保證電池列陣時(shí)刻保持最大的輸出功率，確保能夠真正實(shí)現(xiàn)光伏能源的高效利用。而儲(chǔ)能裝置主要就是對(duì)光伏系統(tǒng)中的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在光照過(guò)程中將充足的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，等需要的時(shí)候再將儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)，可以對(duì)供電平衡狀態(tài)以及電源的輸出狀態(tài)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。逆變器主要是針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及電網(wǎng)進(jìn)行有效的連接，通過(guò)逆變器和變壓器能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為可以供人們利用的交流電，也是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。光伏發(fā)電系統(tǒng)還有一些非常典型的特征，就是受到外界溫度光照等因素的影響，會(huì)影響輸出功率，導(dǎo)致發(fā)電功率不夠穩(wěn)定，不具備可控性，整個(gè)光伏系統(tǒng)的造價(jià)非常高。所以，最大限度地保證太陽(yáng)能的吸收利用，控制運(yùn)行成本是相關(guān)工作人員需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。只有切實(shí)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功功率，從根本上提高太陽(yáng)能的利用率，才能夠確保系統(tǒng)的并網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電壓相一致。

2儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電中的應(yīng)用

2.1電力調(diào)峰

進(jìn)行電力調(diào)峰最直接的目的就是滿足峰電時(shí)段集中性、大功率符合的電能需求，最大限度地對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行有效的控制。而儲(chǔ)能裝置能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際狀況，在負(fù)荷相對(duì)較低的情況下，可以針對(duì)光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，然后再用電高峰期進(jìn)行釋放，從而保證電網(wǎng)功率峰值的輸出，確保供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.2負(fù)荷響應(yīng)

電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為了能夠保證電網(wǎng)運(yùn)行的有效性，盡量減少意外事故出現(xiàn)的概率，通常會(huì)對(duì)一些大功率的負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，在負(fù)荷較高的狀態(tài)下不同部分的電網(wǎng)通常會(huì)交替運(yùn)行，這樣就能夠保證高峰時(shí)段電網(wǎng)的運(yùn)行能夠滿足人們的實(shí)際需求，確保供電的穩(wěn)定性。電力用戶在使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)候，能夠最大限度地保證用戶電能供應(yīng)的穩(wěn)定性，然而，在這一過(guò)程中，相關(guān)工作人員也應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注儲(chǔ)能電站以及電網(wǎng)之間在負(fù)荷響應(yīng)系統(tǒng)中的連接問(wèn)題，需要保證至少有一條通信線路能夠正常運(yùn)行，使用這樣的方式才能夠最大限度地避免高功率設(shè)備，真正滿足負(fù)荷的響應(yīng)需求。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)不同電網(wǎng)的有效選擇進(jìn)行交替應(yīng)用，才能夠降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的概率，利用符合響應(yīng)技術(shù)能夠?qū)Ω吖β守?fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保在臨界值范圍以內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定工作，保證電能供應(yīng)質(zhì)量的前提下，還能夠盡量減少調(diào)整供電量時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生的不利影響，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地保證電能供應(yīng)的穩(wěn)定性。

2.3平滑出力波動(dòng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量來(lái)源是太陽(yáng)能，在夜晚光伏發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法發(fā)電。利用儲(chǔ)能裝置，采用相關(guān)的控制策略，可以跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力，在出力尖端時(shí)吸收電能，在出力低谷時(shí)釋放電能，從而保持輸出功率的平滑，也使對(duì)光伏發(fā)電出力的預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確。從現(xiàn)有的研究成果可知，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于平滑光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力波動(dòng)具有顯著作用。

2.4增加太陽(yáng)能的消納能力

我國(guó)西北部太陽(yáng)能資源豐富，是我國(guó)太陽(yáng)能資源分布的Ⅰ類地區(qū)。然而，西北部在我國(guó)又屬于地廣人稀的高原地帶，人口密度低、數(shù)量少。同時(shí)，西北地區(qū)工業(yè)相比其他地區(qū)較為落后。因此，西北地區(qū)的負(fù)荷壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于華北、華中、華南等地區(qū)。因此，在光伏滲透率較高的西北地區(qū)，由于發(fā)電量與負(fù)荷的不匹配，棄光的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，造成巨大的損失以及消極的影響。此時(shí)，將儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)中，通過(guò)能源管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，與光伏電站的自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電時(shí)間及次數(shù)等，可以在發(fā)電側(cè)減少棄光現(xiàn)象，增加太陽(yáng)能的消納能力，提升能源利用率，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5提升供電可靠性

儲(chǔ)能系統(tǒng)可以發(fā)揮削峰填谷作用。在負(fù)荷高峰期，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將自身儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為電能，并注入到電網(wǎng)中。在負(fù)荷低谷期，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將電網(wǎng)中多余的電能吸收并轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能裝置對(duì)應(yīng)的能源形式儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)削峰填谷來(lái)平衡電網(wǎng)的功率水平。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以發(fā)揮備用電源功能。

2.6改善電能質(zhì)量

由于受到天氣、溫度、組件傾角等因素的影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)有所變化，造成了發(fā)電量的不穩(wěn)定，使發(fā)電量預(yù)測(cè)的難度增加，對(duì)饋入電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響。并且，隨著太陽(yáng)光照強(qiáng)度的變化，光伏發(fā)電功率會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流中的負(fù)荷特性產(chǎn)生一定的影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)之后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流的方向、現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度、規(guī)劃運(yùn)行方式等產(chǎn)生影響，加大對(duì)電網(wǎng)調(diào)度及控制的難度。當(dāng)大量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，將加劇電壓波動(dòng)，引起電壓調(diào)節(jié)裝置的頻繁動(dòng)作，使電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降。當(dāng)儲(chǔ)能接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后，由相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制儲(chǔ)能裝置的充放電，可以達(dá)到對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的目的，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量得到有效控制。此外，儲(chǔ)能裝置的接入可以抑制電網(wǎng)潮流方向的改變，增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從而提升光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后的電能質(zhì)量。

2.7微電網(wǎng)

對(duì)于輸電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)并網(wǎng)是未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，通過(guò)微電網(wǎng)的使用能夠從根本上提升供電的可靠性。如果微電網(wǎng)與整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行分離，也就是說(shuō)，微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，則能夠獨(dú)立完成電力負(fù)荷的供電需求，在這樣的情況下利用光伏發(fā)電系統(tǒng)組成微電網(wǎng)，還能夠發(fā)揮其自身具備的作用，確保整個(gè)系統(tǒng)電能供應(yīng)更加安全更加可靠。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用會(huì)涉及各個(gè)方面，企業(yè)也應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代快速發(fā)展的需求，充分應(yīng)用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，妥善處理儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用條件以及具體的影響因素，盡量排除外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，切實(shí)提高企業(yè)的儲(chǔ)能管理水平，通過(guò)有效的激勵(lì)機(jī)制，建立完善的人才管理制度，嚴(yán)格按照因地制宜、統(tǒng)籌規(guī)劃的原則，建立更加安全、可靠的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，為人們提供更加穩(wěn)定的電能。

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