風電與光伏的儲能電站運維管理探析

摘要：近年來，我國儲能技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，為儲能電站的持續(xù)擴展提供了重要基礎。就目前而言，儲能電站使用范圍大幅增加，從原來的研發(fā)示范演變?yōu)樯虡I(yè)化規(guī)模，這同時也讓電站的經(jīng)濟收益發(fā)生了較大的變化。因此，應從儲能電站整個壽命周期的各項成本支出的角度出發(fā)，展開效益評價與分析，做好電站的運維管理工作，確保電站發(fā)揮應有的價值。基于此，本文重點探討了風電與光伏儲能電站的運維管理工作，分析了儲能與風電、光伏的差異，從風光系統(tǒng)和化學儲能電站聯(lián)運、風光系統(tǒng)和物理儲能電站聯(lián)運、風光儲一體化電站的電能監(jiān)測三個方面提出了有效的運維管理策略，同時探究了智能化運維技術(shù)的發(fā)展趨勢，旨在促進儲能電站的持續(xù)、穩(wěn)定、安全運行。

關(guān)鍵詞：風電；光伏；儲能電站；運維管理

DOI：10.12433/zgkjtz.20242613

隨著全球?qū)δ茉词褂眯枨蟮某掷m(xù)增加，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的大力開展，可再生能源在市場中的占比持續(xù)提高。風電與光伏發(fā)電都是十分重要的可再生能源方式，具備污染物排放量低、清潔性強、可再生等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為眾多國家的核心能源。但是，這兩種發(fā)電方式也存在波動性、間歇性的缺陷，無法維持長期穩(wěn)定的供應，難以滿足市場的能源需求，也限制了的進一步的發(fā)展與推廣。儲能電站是一種關(guān)鍵的能源儲蓄方法，是解決風電以及光伏發(fā)電不穩(wěn)定問題的主要手段，為保證電站的穩(wěn)定、安全運作，對其采取有效的運維管理措施極為重要。

一、儲能與風電、光伏的差異對比

（一）能源存儲方式

儲能電站作為一種儲蓄能源的系統(tǒng)，可以把電力資源轉(zhuǎn)變成其它類型的能源加以儲備，如電池、超級電容器等，通過在電網(wǎng)低負荷階段儲蓄電能，再在電網(wǎng)高負荷階段釋放電能，實現(xiàn)對電力資源的有效儲備與峰值調(diào)節(jié)。

風電與光伏發(fā)電站主要利用風機葉片、發(fā)電機組、光伏電板實現(xiàn)對風能、太陽能等可再生能源的轉(zhuǎn)換，不涉及能源的儲備與峰值調(diào)節(jié)。

（二）建設成本

風力發(fā)電站修建時要投入大量資金用于采購各類設施設備，尤其是風電機組價格高昂，甚至占總成本的一半以上，再加上建安費與其它方面的開支，總體來看，建設成本相較高。儲能與光伏發(fā)電站的建設成本相較之下則較低，主要涉及電池、光伏電板、逆變器與其它相關(guān)配套設施的費用。所以，若從建設成本的層面分析，相同裝機容量的儲能與光伏發(fā)電站性價比更高，不過風力發(fā)電站可使用小時數(shù)與經(jīng)濟效益則遠超過另外兩類電站[1]。

（三）應用領域

儲能電站主要使用在電網(wǎng)調(diào)峰、儲蓄電能、備用電能等場景中，目前應用較為普遍的有電力網(wǎng)、工業(yè)、交通行業(yè)等領域。風力發(fā)電站以及光伏電站由于無法做到調(diào)峰/頻，僅能用作單一性的發(fā)電單元并入電網(wǎng)，依據(jù)電網(wǎng)調(diào)配指示開展發(fā)電工作。若為分散式風力發(fā)電站與光伏發(fā)電站，便可直接運用在工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)域、城鄉(xiāng)結(jié)合部等區(qū)域。

二、風電與光伏儲能電站的運維管理

（一）風光系統(tǒng)和化學儲能電站聯(lián)運

1.能源管理系統(tǒng)

此系統(tǒng)為風光系統(tǒng)與化學儲能電站聯(lián)運的主要控制系統(tǒng)，可促使風光電站與儲能電站之間協(xié)調(diào)運作，并完成相應的能量調(diào)配指令。EMS基于對風力與光伏資源、電網(wǎng)負荷、儲能電站運作情況等方面的實時監(jiān)督，可實現(xiàn)對這兩類電站的智能化調(diào)節(jié)，改進電能的供需結(jié)構(gòu)，提高風光系統(tǒng)以及儲能電站之間運作的匹配性、和諧度。

2.能源儲存與釋放管理

必須要對電能的儲蓄及釋放過程加以嚴格管控。在風力及光伏資源足夠的情況下，可把多余的資源儲蓄到電站中。比如，利用充電、液流電池等方式完成資源的儲蓄。在風力及光伏資源供應不夠的情況下，利用EMS調(diào)控電站，將之前儲蓄的資源釋放，從而滿足電能供應需求。

3.運維管理

定期進行運維管理，保證系統(tǒng)及電站始終保持安全、正常的運作狀態(tài)。運維管理主要包含對相關(guān)設施設備的巡邏檢查、維修保養(yǎng)、故障排查等工作，還需定期對能源系統(tǒng)進行維修與升級改造[2]。

4.數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析

應實時監(jiān)察與解析系統(tǒng)的運作信息，隨時掌握系統(tǒng)的運作性能?；趯︼L力與光伏資源、電網(wǎng)負荷、儲能電站運作情況等信息的收集與整合評估，工作人員可第一時間了解系統(tǒng)現(xiàn)存的故障問題，提升系統(tǒng)運作的可靠程度。此外，也可基于對歷史信息的對比研究，調(diào)整系統(tǒng)運作方案，提升資源利用率。

5.安全管理

全面落實安全管理工作，保證系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性。安全管理主要涉及對發(fā)電機組、儲能裝置、能源控制系統(tǒng)的安全檢查與預防處理，對設施設備以及系統(tǒng)進行定期安全評價，制定可靠的預防與處理措施，降低安全因素帶來的影響，避免火災、燃爆、電力故障等重大生產(chǎn)事故。同時，要制定科學的應急預案，保證在突發(fā)意外事故時立即采取措施，保障現(xiàn)場工作人員與周邊居民的人身安全，降低經(jīng)濟損失。

6.調(diào)度與市場運營

需注重電力市場參與以及能源調(diào)度的改進工作。利用EMS對市場需求及電力市場展開動態(tài)監(jiān)督與調(diào)查，科學設置風光系統(tǒng)與電站的運作機制，讓其在日常運作過程中實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。另外，也要積極開展和電力企業(yè)與運營商之間的合作交流，參加市場交易與調(diào)度，更加充分、有效地解決電力資源需求，維持系統(tǒng)的持續(xù)安全運作。

7.技術(shù)升級與創(chuàng)新

應加強技術(shù)升級、創(chuàng)新力度，提升系統(tǒng)的運作性能，以獲得更高的經(jīng)濟收益。伴隨科學技術(shù)的持續(xù)進步，風光系統(tǒng)及化學儲能電站所用技術(shù)應及時更新改進，如引入先進的發(fā)電設備、儲能技術(shù)的革新、能源控制系統(tǒng)的改進等。所以，相關(guān)人員必須要及時掌握前沿技術(shù)，大力引進新型科技、材料與設施設備，提升系統(tǒng)與電站的運作性能，實現(xiàn)資源利用率的持續(xù)提升[3]。

（二）風光系統(tǒng)和物理儲能電站聯(lián)運

當風光系統(tǒng)處在用電低谷時，不會達到滿負荷運行狀態(tài)，假如供電覆蓋區(qū)域內(nèi)存在鄉(xiāng)村，應基于農(nóng)業(yè)用水，編制多維度的應對策略，主動實現(xiàn)聯(lián)運。采取該管理策略的目的為，用電低谷以及平衡時期，電價比新能源系統(tǒng)高，但此時儲能電站的運行效能已經(jīng)超出用電系統(tǒng)的耗用電能，應暫時停止儲能工作，啟動上網(wǎng)售電。當系統(tǒng)處在用電平衡階段，針對聯(lián)運體最合適的運維管理方式為：比較購進蓄水單價、風光系統(tǒng)上網(wǎng)單價，找出需要調(diào)整的核心要點，確保維持正常運作，判斷依據(jù)為發(fā)電過程中機組滿發(fā)狀態(tài)與價格差距。

物理儲能站聯(lián)運相較于化學儲能站的區(qū)別在于：既要注意峰值階段的價格偏差，也要分析用電端的情況。使用物理儲能方式的主要目的是確?；A用電需求得到滿足，其后再考慮分布式能源供應。風光物理系統(tǒng)處在高峰階段時，若沒有達到滿發(fā)狀態(tài)，聯(lián)運管理的關(guān)鍵點為，抽蓄電站利用上網(wǎng)電價的低值時期進行輸電及購入，解決系統(tǒng)無法發(fā)電的基礎運維問題。在此過程中，應重點關(guān)注水電售電以及購入電能單價之間的差距，還要關(guān)注風光補貼過程中產(chǎn)生的價格偏差，以此確定物理儲能的發(fā)電時間與電能來源。通過上述分析探究，明確綜合聯(lián)運管理機制。在電價偏低的情況下儲能，而在電價較高與系統(tǒng)無法發(fā)電的時段投產(chǎn)和抽蓄。儲能和風光系統(tǒng)發(fā)電可以同時進行，當系統(tǒng)供電與發(fā)電處于平衡階段時，物理儲能應有限投用。在跨用電時期，應仔細評估儲能電站的運作成本，選取消耗量最低的方式。當小型抽水儲能電站運作時，可使用風光供電與低谷階段生成的多余電量提供電能[4]。

（三）風光儲一體化電站的電能監(jiān)測

電力能源質(zhì)量智能監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括現(xiàn)場及遠程監(jiān)測兩部分。前者包括檢測設備、路由設備；后者則配置了數(shù)據(jù)庫服務器、PC與各種用戶終端。風光儲一體式電站通常為多元式結(jié)構(gòu)，還存在可提供電力能源質(zhì)量監(jiān)測功能的模塊。監(jiān)測點位不可設置在風光儲能逆變器輸出端口、PCS交流區(qū)域、入線端口及總輸電側(cè)。每一條監(jiān)測線路都需要合理設置監(jiān)測裝置，以確保電力能源的準確計量，及時獲取與解析異常信號。遠程信號通信主要基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)，在系統(tǒng)主機位置預設IP地址。將路由器與網(wǎng)線接通，收集到的信息數(shù)據(jù)需傳輸?shù)椒掌鞫恕Ｏ到y(tǒng)管理人員和有訪問權(quán)限的用戶可通過局域網(wǎng)與以太網(wǎng)，從瀏覽器中獲取相關(guān)信息。

在進行電站主機監(jiān)測時，需要采用嵌入式電力能源監(jiān)測軟件，主要包括：底層，具備雙核初始化和可以驅(qū)動系統(tǒng)硬件的專業(yè)程序、調(diào)度信息；中間層，包含多種接口程序和標準化協(xié)議；應用層，涉及界面程序、參數(shù)調(diào)整、采樣管控、通信等。上述程序代碼統(tǒng)一使用C語言編寫。系統(tǒng)由三層構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較為簡單，且各層負責的功能清晰明了，具有較強的執(zhí)行能力。系統(tǒng)內(nèi)的遠程信息輸入使用以太網(wǎng)實現(xiàn)，并在后方監(jiān)控中心的計算機中，設置B/S模式。數(shù)據(jù)庫服務器使用的是SQL Server，系統(tǒng)管理人員和授權(quán)用戶能夠以較高的效率查詢想要的信息，并實行快速管理控制。得出的監(jiān)控信息可靈活選用報表、文本或圖形的方式打印輸出，利用B/S模式，便于后期運維控制和升級改造。

風光儲一體式電站的主要作用為提供電力資源，保證電能質(zhì)量，防止其受到諧波與電壓影響而出現(xiàn)不穩(wěn)定，進而影響電網(wǎng)的正常運作。另外，在錯峰儲存電能時期充電時，應注意電力能源的質(zhì)量，并準確計量，以實現(xiàn)節(jié)能降本的目標。因此，需要構(gòu)建線上監(jiān)控系統(tǒng)，為提高電站的運作性能提供可靠的信息數(shù)據(jù)支持，同時確保電站在各種運作狀態(tài)時都具有良好的節(jié)能作用。從遠程分析層面來看，智能監(jiān)測是不可或缺的重要措施，管理人員無需前往現(xiàn)場，就可采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，保障管理工作的效率與效果，節(jié)約人力投入。

三、風電光伏電站智能化運維技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）制定良好的運行維護方案

應從整體運營管理的層面出發(fā)展，在電廠運作管理過程中，應對運營規(guī)劃方案展開分析，主要包括電能資源的預先計算、運營管理期間遇到問題時的緊急預案。各項規(guī)劃必須要經(jīng)過申請、審核、獲批等流程后，方可投入使用。同時，必須要嚴格依照規(guī)劃開展維護工作，從而有效發(fā)揮出數(shù)據(jù)與資源的價值。

（二）建立高質(zhì)量的運行維護隊伍

運維隊伍主要由在線服務人員、線下執(zhí)行人員構(gòu)成，運維服務包括能源監(jiān)管、設施運行維護、售后服務等。風電與光伏電站智能化運行的運維工作，必須交由專業(yè)的隊伍負責，這樣才能確保問題出現(xiàn)后能第一時間發(fā)現(xiàn)與處理[5]。

（三）緊密結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理和云計算技術(shù)

引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以做到對氣象信息的動態(tài)、準確監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常因素，將監(jiān)測結(jié)果匯報給上級部門，進而得到有效處理。利用先進的互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，可做到快捷體檢、自動化生成報告、動態(tài)監(jiān)測等，進而快速處理電廠運營過程中發(fā)生的各種問題，減少管理人員的工作量，提高電廠的經(jīng)濟較益。

四、結(jié)語

綜上可知，目前國內(nèi)火力發(fā)電廠數(shù)量較多，在生產(chǎn)過程中需要使用大量的傳統(tǒng)能源，所以，大力推廣可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為必然趨勢。近些年，國內(nèi)光伏、風力發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，在開展運維管理工作時，應著重考慮匹配性，要能夠同步支持儲能電站的正常運作，合理設置供應模式，全面落實電力資源的監(jiān)督管控，實現(xiàn)更加科學合理的電力資源調(diào)配，并減少電站運行維護方面的資金支出，合理設置電站運維階段的功率等參數(shù)，不斷提高運維管理水平與成效。

參考文獻：

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[3]余斌，徐彪，周挺，黃博文，肖豪龍.湖南電網(wǎng)側(cè)儲能電站運維檢修現(xiàn)狀分析與解決思路[J].湖南電力，2022，42（2）：89-93.

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[5]鄧賓賓，孫本鶴.風電與光伏的儲能電站運維管理[J].電子技術(shù)，2021，50（11）：208-209.