儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李逍

摘要：儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)還存在諸多不可預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)，致使光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全得不到保證。因此，相關(guān)部門應(yīng)不斷樹立自主創(chuàng)新的工作意識，完善并改進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行缺陷，確保光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)管理水平穩(wěn)步提高。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù);光伏發(fā)電系統(tǒng);應(yīng)用

引言

利用儲能技術(shù)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高太陽能的消納，減少棄光現(xiàn)象是當(dāng)務(wù)之急。本文介紹了當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要應(yīng)用的儲能技術(shù)，對儲能技術(shù)如何調(diào)節(jié)電網(wǎng)，增加消納能力進(jìn)行了分析，并對將來更深的應(yīng)用做了展望。

1概述

從光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)來講，儲能單元是其中一個(gè)十分重要的組成部分，其主要作用在于維護(hù)系統(tǒng)整體的運(yùn)行可靠性、運(yùn)行安全性以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，在對光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能單元進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，不僅要保證儲能單元具有性能優(yōu)越的特點(diǎn)，同時(shí)還需要針對儲能單元的實(shí)際運(yùn)行情況，建立具有較高有效性以及合理性的控制策略，使微網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中其相關(guān)的要求能夠得到快速響應(yīng)，這也是現(xiàn)階段針對相關(guān)問題的研究過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。本次研究中，文章一方面考慮了光伏微網(wǎng)系統(tǒng)自身在工作過程中的情況，另一方面從儲能單元自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行了考量，對儲能單元在不同工作模態(tài)之下所需要的充電控制策略以及放電控制策略進(jìn)行了具體探討[1]。

2儲能技術(shù)的狀況

2.1儲能類型。電能釋放的儲能方式包括很多形式，主要包含電磁儲能和電化學(xué)儲能、熱儲能和化學(xué)儲能以及機(jī)械儲能等多種運(yùn)行模式，不同的發(fā)電模式會從一定程度上影響著電力等可再生能源的發(fā)電效果，因此，相關(guān)人員應(yīng)采用獨(dú)特的發(fā)電處理技術(shù)，有機(jī)結(jié)合不同儲能技術(shù)具有不同的內(nèi)在特性 （如功率密度和能力密度），電化學(xué)儲能同時(shí)具有較高的能量密度和功率密度，決定了其廣泛的技術(shù)適用性。

2.2不同技術(shù)類型儲能的主要特點(diǎn)。近年來，各類的蓄電池逐漸被推廣并應(yīng)用到我國的電力發(fā)電系統(tǒng)中，目前，全球儲能技術(shù)的開發(fā)主要集中在電化學(xué)儲能領(lǐng)域。遠(yuǎn)期來看，機(jī)械儲能在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)仍將是技術(shù)最為成熟、使用規(guī)模最大的儲能技術(shù)，但其未來成本下降空間非常有限，而電化學(xué)儲能成本有望實(shí)現(xiàn)50%～60%的下降，且應(yīng)用場景最廣泛，將是發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬δ芗夹g(shù)。與前面所敘述的主流儲能技術(shù)相比，壓縮空氣儲能中高負(fù)荷壓縮機(jī)技術(shù)、飛輪儲能的高速電機(jī)、高速軸承和高強(qiáng)度復(fù)合材料等關(guān)鍵技術(shù)、化學(xué)電池儲能中關(guān)鍵材料制備與批量化、規(guī)模技術(shù)，特別是電解液、離子交換膜、電極、模塊封裝和密封等關(guān)鍵技術(shù)、超級電容中高性能材料和大功率模塊化技術(shù)，以及超導(dǎo)儲能中高溫超導(dǎo)材料和超導(dǎo)限流技術(shù)等都是未來儲能技術(shù)發(fā)展和突破的重點(diǎn)方向。

3儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1在電力調(diào)峰的應(yīng)用

所謂電力調(diào)峰，主要操作的目的就在于使峰電時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷較大的時(shí)候，居民以及工廠的用電需求能夠最大限度地得到滿足，但是，要能夠在一定程度上對于用電進(jìn)行調(diào)控，使電網(wǎng)負(fù)荷的壓力能夠得到有效降低。從電網(wǎng)內(nèi)部儲存裝置自身的特點(diǎn)來講，其本質(zhì)上具有一定程度的靈活性，在電網(wǎng)功率負(fù)荷相對較低的階段，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲，存儲的電能主要是在負(fù)荷高峰時(shí)段進(jìn)行釋放，這樣的操作方式能夠使電網(wǎng)在實(shí)際進(jìn)行供電過程中的可靠性得到較大幅度的提升，使電網(wǎng)系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行能夠真正保證穩(wěn)定，有效避免因電網(wǎng)負(fù)荷功率較大而導(dǎo)致的電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)故障問題出現(xiàn)，保證供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使區(qū)域的用電需求能夠真正得以有效滿足[2]。我國各個(gè)地區(qū)在不同時(shí)間段用電總量存在波峰以及波谷一直是一個(gè)普遍存在的問題，且這一問題一直以來都受到了社會各界的關(guān)注。尤其是在用電的波峰階段，由于需要加大發(fā)電量來保證電能供給，導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)一步加大，此時(shí)一旦電網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)故障，則會在一定程度上導(dǎo)致供電停止的問題，不僅會影響人民的生產(chǎn)以及生活，同時(shí)還會在一定程度上影響人民對于供電單位的信任，降低本單位自身的市場競爭力。由此可見，通過將儲能技術(shù)應(yīng)用到電力調(diào)峰的過程之中，不僅能夠有效減輕供電峰值時(shí)期電網(wǎng)所需要承擔(dān)的負(fù)荷，同時(shí)也能夠使在峰谷時(shí)期電網(wǎng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而有效彌補(bǔ)波峰以及波谷不同時(shí)段因供電量調(diào)整而給電力系統(tǒng)帶來的沖擊，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)故障問題的發(fā)生概率。

3.2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)的輸出功率會有所變化，造成了發(fā)電量的不穩(wěn)定，使發(fā)電量預(yù)測的難度增加，對饋入電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響。并且，隨著太陽光照強(qiáng)度的變化，光伏發(fā)電功率會對電網(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，會對電網(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，引起電壓調(diào)節(jié)裝置的頻繁動作，使電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降。當(dāng)儲能接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后，由相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制儲能裝置的充放電，可以達(dá)到對電網(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[3]。

3.3在微電網(wǎng)的運(yùn)用

在輸配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，微電網(wǎng)并網(wǎng)是其主要的發(fā)展模式，科學(xué)融入相關(guān)電網(wǎng)處理技術(shù)，可以提升電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的整體效果，并采用孤島分類的運(yùn)行模式，將微電網(wǎng)系統(tǒng)和系統(tǒng)有機(jī)分離，各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行架構(gòu)進(jìn)行分離處理。

3.4增加太陽能的消納能力

我國西北部太陽能資源豐富，是我國太陽能資源分布的Ⅰ類地區(qū)。然而，西北部在我國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，通過能源管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，與光伏電站的自動控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而控制儲能系統(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，增加太陽能的消納能力，提升能源利用率，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

結(jié)束語

綜上所述，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的間歇性、波動性等會造成一部分棄光現(xiàn)象，在我國西北尤其嚴(yán)重。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)中將儲能技術(shù)與大型電站相結(jié)合，提高對太陽能的消納能力，避免資源浪費(fèi)，十分必要。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中合理應(yīng)用儲能裝置，能夠有效減少光伏發(fā)電單元在實(shí)際工作的過程中由于波動而引發(fā)的功率變化，減少因功率變化而給電網(wǎng)以及敏感負(fù)荷帶來的沖擊，能夠確保光伏系統(tǒng)在離網(wǎng)的狀態(tài)下以及并網(wǎng)的狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)相互間的平穩(wěn)過渡，實(shí)現(xiàn)整體供電質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

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[4]高思儼.儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].通訊世界，2019，26（05）：188-189.