儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

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【摘要】：我國(guó)能源技術(shù)不斷的發(fā)展，對(duì)于電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用也在廣泛的使用。發(fā)展規(guī)?；瘍?chǔ)能是滿足日益增長(zhǎng)的電力需求、電網(wǎng)削峰填谷以及增加可再生能源并網(wǎng)消納的重要途徑，儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用將大幅提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。本文首先介紹幾種適合規(guī)?；l(fā)展的儲(chǔ)能技術(shù)類型，對(duì)比分析了這些儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了影響規(guī)?；瘍?chǔ)能應(yīng)用的因素。

【關(guān)鍵字】：儲(chǔ)能技術(shù)；光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；應(yīng)用

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，利用太陽(yáng)能的光伏發(fā)電對(duì)于我國(guó)能源節(jié)約性和環(huán)境友好型社會(huì)的建立具有重要意義。但單純的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)存在著供電不穩(wěn)定等問(wèn)題，儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用對(duì)這些問(wèn)題具有良好的解決作用。本文將對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中，包括了光伏電池陣列、功率追蹤器、蓄電池組、逆變器和交流負(fù)載、交流電網(wǎng)等多個(gè)部分。其中，逆變器可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接作用。依據(jù)有沒(méi)有作為儲(chǔ)能容器的蓄電池，可以將其系統(tǒng)具體分為兩種，即可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。前者在逆配電器中配有負(fù)載開關(guān)和主開關(guān)，能夠讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不間斷供電，而后者的逆變器可以把光伏電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化成為與電網(wǎng)電壓同相且同頻的交流電，在主電網(wǎng)發(fā)生斷電現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的供電工作自動(dòng)停止。目前來(lái)看，作為具有重要作用的逆變器具有五大發(fā)展趨勢(shì)。

2、儲(chǔ)能的分類

2.1壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能是在系統(tǒng)電量富余時(shí)，將過(guò)剩電量驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮空氣，將其注入到一定的儲(chǔ)氣系統(tǒng)中；當(dāng)系統(tǒng)電量匱乏時(shí)，對(duì)儲(chǔ)氣系統(tǒng)中的壓縮空氣進(jìn)行再釋放做功的技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能成本較低、易操作、存儲(chǔ)容量較大、無(wú)污染，綜合效率高。傳統(tǒng)利用自然巖洞或廢棄礦井作為儲(chǔ)氣空間的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)單機(jī)存儲(chǔ)容量大，多在百兆瓦級(jí)以上，但其對(duì)地址條件要求嚴(yán)格。隨著高壓容器技術(shù)的發(fā)展，新型壓縮空氣儲(chǔ)能利用高壓容器進(jìn)行空氣存儲(chǔ)，盡管容量較低（一般在10MW以下），但其不受地理?xiàng)l件限制，系統(tǒng)更加靈活。

2.2超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)利用變流器將電能存儲(chǔ)在超導(dǎo)線圈中，必要時(shí)再將超導(dǎo)線圈貯存的電能釋放的技術(shù)。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能利用超導(dǎo)線圈在超導(dǎo)狀態(tài)下電阻幾乎為零的特性，電流密度高，熱損耗極低，具有響應(yīng)速度快（1-100ms）、功率密度高、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲污染等特點(diǎn)。然而目前超導(dǎo)材料及維持低溫成本仍然很高，且超導(dǎo)磁體存在失超保護(hù)等問(wèn)題仍需解決。

2.3超級(jí)電容儲(chǔ)能

超級(jí)電容儲(chǔ)能是利用電解質(zhì)極化形成的正負(fù)電容性存儲(chǔ)層來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的，其充放電響應(yīng)快、功率密度高、使用溫度范圍廣、壽命長(zhǎng)，但其能量密度相對(duì)較低；同時(shí)超級(jí)電容自放電率較高，一般只適用于短時(shí)間和較大功率下的用電環(huán)境，且電容元件易損耗。

3、儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)

調(diào)頻是維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求調(diào)頻機(jī)組能快速、精確地響應(yīng)調(diào)度指令。大型火電調(diào)頻機(jī)組持續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率下降和環(huán)境污染等問(wèn)題。儲(chǔ)能技術(shù)參與調(diào)頻服務(wù)的最大優(yōu)勢(shì)是其具有快速和精確的響應(yīng)能力，單位功率的調(diào)節(jié)效率較高。儲(chǔ)能技術(shù)非常適合解決短時(shí)電力供應(yīng)和需求之間的不平衡問(wèn)題，為電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，其調(diào)頻響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于常規(guī)火電機(jī)組。根據(jù)美國(guó)電力市場(chǎng)的調(diào)頻電源比較分析，儲(chǔ)能調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.5倍，是燃煤機(jī)組的20倍以上。具有快速調(diào)節(jié)能力的儲(chǔ)能技術(shù)能夠更有效地提供調(diào)頻服務(wù)。應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有系統(tǒng)壽命、持續(xù)發(fā)電時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和循環(huán)效率等。

3.2電化學(xué)儲(chǔ)能類

電化學(xué)儲(chǔ)能傳統(tǒng)是以鉛酸電池和鋰離子電池為主，隨著技術(shù)的進(jìn)步，鉛酸電池和鋰離子電池在生產(chǎn)制造工藝取得一定的進(jìn)步。大規(guī)模存儲(chǔ)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)要求越來(lái)越高，一些新型電池如全釩液流電池以及鈉硫電池等被不斷研發(fā)出來(lái)；而隨著電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)，鋰空氣電池、鋰硫電池等也被開發(fā)以適應(yīng)未來(lái)汽車發(fā)展的需求。以下介紹幾種典型電池發(fā)展現(xiàn)狀。

3.3復(fù)合儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

現(xiàn)在，簡(jiǎn)單的光伏系統(tǒng)具有輸出功率不穩(wěn)定的特點(diǎn)，負(fù)荷儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用具有一定的代表性，現(xiàn)已我國(guó)某電力企業(yè)采用的復(fù)合儲(chǔ)能型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)它采用的是超級(jí)電容器（Super-capacitor）和蓄電池（Battery）復(fù)合儲(chǔ)能的方式，這種結(jié)構(gòu)方式對(duì)于系統(tǒng)并網(wǎng)功率的穩(wěn)定性具有量好的作用，且能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)電流的諧波含量起到有效降低的作用。在其結(jié)構(gòu)中，還包括了Boost變換器、光伏陣列等元件。利用超級(jí)電容器和蓄電池的互補(bǔ)性能，這種復(fù)合儲(chǔ)能型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以具有較好的穩(wěn)定性，且對(duì)于光伏并網(wǎng)功率波動(dòng)的問(wèn)題可以得到良好的解決，進(jìn)而將并網(wǎng)電流波形質(zhì)量進(jìn)行改善，讓光伏電站的可調(diào)度性提高，將自身對(duì)于外界因素的抵抗能力增強(qiáng)。

3.4在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制上的應(yīng)用

在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制上，將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，可以對(duì)光伏電源的供電特性進(jìn)行改善，進(jìn)而提高供電的穩(wěn)定性，利用合理的逆變控制措施，儲(chǔ)能技術(shù)讓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以對(duì)調(diào)整相角、有源濾波及電壓等進(jìn)行控制。儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中可以為用戶提供良好的斷電保護(hù)功能，當(dāng)正常的電力供應(yīng)無(wú)法提供給用戶的時(shí)候，光伏系統(tǒng)可以為用戶供給電能，而在電力系統(tǒng)自身發(fā)生故障或者是用戶用電存在危險(xiǎn)隱患的時(shí)候，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)選擇自動(dòng)斷電，并將斷電之后所發(fā)出的電能進(jìn)行自動(dòng)儲(chǔ)存。以光伏并網(wǎng)用戶使用分時(shí)計(jì)費(fèi)市電作為基礎(chǔ)，將儲(chǔ)能技術(shù)在此系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。其本身和電力調(diào)峰上的應(yīng)用技術(shù)較為相似，在低谷期，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在滿足基本需求的情況下，將多余電能進(jìn)行儲(chǔ)存，然后在高峰期釋放。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用可分為電力調(diào)峰、微電網(wǎng)及控制電網(wǎng)電能質(zhì)量這三個(gè)方面，它可以為供電系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定且更加高效的供電效果，而復(fù)合儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)能夠進(jìn)一步地將儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來(lái)。

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