關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)與新能源發(fā)電優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行研究

廖鍔

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

一、新能源發(fā)電中混合儲(chǔ)能的充放電優(yōu)化策略

（一）混合儲(chǔ)能裝置

相較于單一能源混合儲(chǔ)能的能源充放電電能介質(zhì)策略,混合儲(chǔ)能能源充放電各種技術(shù)介質(zhì)策略更加復(fù)雜。然而要追究其原因還是在于混合儲(chǔ)電的能源充放電技術(shù)介質(zhì)不同。而為了真正起到良好的混合儲(chǔ)能投入利用率,就必須應(yīng)首先著重進(jìn)行混合儲(chǔ)能能源綜合投入利用率的考慮。相較而言,功率型混合儲(chǔ)電的能源充放電技術(shù)介質(zhì)一般認(rèn)為具有儲(chǔ)電使用壽命長、瞬時(shí)功率大的優(yōu)勢。并且如果從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的角度來看的話，可以降低其容量。對于能量型的儲(chǔ)能來說，它具有造價(jià)很低的特點(diǎn)，所以應(yīng)該適度的對其進(jìn)行充放電策略，如果過于重復(fù)的充放電，則會(huì)產(chǎn)生不小的損失，這樣一來其利用率就會(huì)大大升高，其特性也會(huì)大大得到體現(xiàn)。如果按照上述的情況來看，混合儲(chǔ)能裝置的充放電策略具有很大的探究意義，并且如果能夠根據(jù)其充放電特性以及電壓電流的臨界值等，找到最優(yōu)的充放電策略，則對于新能源發(fā)電中的儲(chǔ)能技術(shù)有著極其重要的促進(jìn)作用。其中,探析混合儲(chǔ)能裝置的構(gòu)成,應(yīng)包括磷酸鐵鋰電池和全釩液電池混合調(diào)節(jié)，且全釩液流電池為功率型VRB,磷酸鐵鋰電池的（簡稱LFP）。

（二）釩電池充放電策略

釩電池特點(diǎn)是容量小、造價(jià)高。其充電和放電的措施，根據(jù)的是高頻偏移量與零的關(guān)系，大于零采取充電的方法，而小于零就采取放電的方法。釩電池充放電的策略主要從以下兩個(gè)方面來進(jìn)行，第一種情況是在高頻偏移量比零大的時(shí)候，釩電池就是在充電，然而當(dāng)。釩電池的電量大于百分之八十的時(shí)候，就應(yīng)該對其功率進(jìn)行計(jì)算了，計(jì)算出來的結(jié)果表現(xiàn)了釩電池保持充電的狀態(tài)在何種范圍之內(nèi)。如此一來，釩電池再進(jìn)行充電的時(shí)候就應(yīng)該讓其充電的功率降低，才可以保持最佳的充電狀態(tài)。然而當(dāng)釩電池高頻偏移量比零小的時(shí)候釩電池就是在放電，當(dāng)反電池的充電量小于百分之三十的時(shí)候，也要考慮其功率的計(jì)算了，這也就是說，計(jì)算釩電池在何種范圍之下可以保持放電的狀態(tài)，如此一來，應(yīng)該對釩電池采取降低放電功率的辦法。

（三）磷酸鐵鋰電池充放電策略

磷酸鐵鋰電池的全稱磷酸鐵鋰鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池具有動(dòng)力很強(qiáng)的特點(diǎn)，所以人們也把它稱為磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。對其進(jìn)行充電，務(wù)必要先進(jìn)行恒流充電，再進(jìn)行恒壓充電。而進(jìn)行恒壓充電的時(shí)候電壓建議三點(diǎn)六五伏，而進(jìn)行恒流充電的時(shí)候，其電流建議零點(diǎn)三。也就是說如果其電壓達(dá)到了三點(diǎn)六五伏。就把電壓變成恒壓，進(jìn)行充電，當(dāng)充電電流低于0.1C(或0.05C)時(shí)可以暫停充電，此時(shí)電池是保持電滿的狀態(tài)。然而當(dāng)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行恒壓充電的時(shí)候，也要注意電流的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值，如果電壓過高將產(chǎn)生很大損失，調(diào)整電壓后，保證充電電流在0.5C 以下。同時(shí)磷酸鐵鋰電池在放電的時(shí)候，其最小的放電功率應(yīng)該在0.5C，而最大的放電功率在10C，所以其放電的功率的臨界值應(yīng)該在0.5～10 之間。然而不管哪一種放電情況，都表明了它的放電過程要使電壓保持穩(wěn)定，只有在充電快結(jié)束的時(shí)候，其放電量可以達(dá)到800mah，且在其放電功率的臨界值的區(qū)域內(nèi)，電壓也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，最小在2.7 伏，最大在3.2 伏，所以磷酸鐵鋰電池具有很好的充電與放電的性能。

二、新能源發(fā)電中混合儲(chǔ)能的容量配置優(yōu)化策略

（一）儲(chǔ)能容量作用

新能源發(fā)電中的儲(chǔ)能容量有著極其重要的作用，就風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來看，要想讓風(fēng)電功率輸出對電網(wǎng)的損失減小就務(wù)必要抑制風(fēng)電功率輸出，而以儲(chǔ)能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行這一工作，可以對其起到很好的抑制作用。簡而言之,在一個(gè)風(fēng)電場中之所以需要加裝儲(chǔ)蓄蓄能系統(tǒng),就是為了能夠平抑隨機(jī)溫度波動(dòng)功率起伏的整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)功率,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)功率的平滑平抑輸出。對于一臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置而言,該系統(tǒng)裝置的功率平抑輸出效果與該系統(tǒng)裝置的發(fā)電容量大小呈現(xiàn)正或負(fù)相關(guān)性的關(guān)系。然而,在一個(gè)風(fēng)電場中,對于兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)的功率平滑輸出,儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置若要同時(shí)取得較大的功率平抑輸出效果,就應(yīng)增大容量。同時(shí)相應(yīng)投資也就加大。

（二）儲(chǔ)能裝置成本

由于大型風(fēng)電場對風(fēng)電設(shè)備功率波動(dòng)輸出能力有著較高平抑性的需求,加之對于大容量的大型儲(chǔ)能風(fēng)電裝置建設(shè)有著更大的經(jīng)濟(jì)投資效益要求,其宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與風(fēng)電功率波動(dòng)管理指標(biāo)均可作為兩個(gè)重要參量,將互相博弈。探析儲(chǔ)能發(fā)電裝置的運(yùn)行成本,應(yīng)分別包括固有運(yùn)作成本、運(yùn)行次數(shù)成本、懲罰次數(shù)成本。在固有運(yùn)行成本中,應(yīng)分別考慮VRB 與低于VRLA 的最優(yōu)放電容量,并分別明確規(guī)定VRB 的基本安裝運(yùn)行成本與低于VRLA 的成本單位最優(yōu)容量以及建設(shè)運(yùn)行成本。在固有運(yùn)行懲罰成本中,應(yīng)分別考慮固定深度容積放電容量運(yùn)行次數(shù)成本及固定深度容積充電運(yùn)行次數(shù)、過度容積放電容量運(yùn)行次數(shù)成本及過度容量充電運(yùn)行次數(shù)的返回。由此可知,對于儲(chǔ)能裝置而言,其運(yùn)行成本的計(jì)算公式,即為Cxw=B,a,+Bas及C=r,.b,s+7w-byo。在懲罰成本中,應(yīng)從缺額成本、棄風(fēng)成本等方面分析。所謂缺額成本,即是儲(chǔ)能裝置在放電時(shí),一旦達(dá)到最小SOC 水平,就不能滿足風(fēng)電功率所期望的補(bǔ)充目標(biāo),進(jìn)而造成的損失。所謂棄風(fēng)成本,即是儲(chǔ)能裝置在充電時(shí),一旦達(dá)到最大SOC 水平,就不能繼續(xù)吸收風(fēng)電,進(jìn)而造成的損失。就其中的懲罰的成本來看，考慮兩者的容量以及樣本數(shù)等條件是必然的，這可以從很大程度上提高其計(jì)算的準(zhǔn)確性，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，應(yīng)該秉持著認(rèn)真與仔細(xì)的態(tài)度，不能馬虎。而通過儲(chǔ)能裝置的相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算，得出以下公式,即為Cunn-min(C.+Csup+Cu+Ci.ms+C.owm+C.sabom)。

（三）儲(chǔ)能約束條件

在以上兩個(gè)函數(shù)式的求解中,應(yīng)分別考慮兩個(gè)約束控制條件,即為求解儲(chǔ)能綜合裝置的系統(tǒng)容量控制約束及系統(tǒng)充放電時(shí)的功率控制約束。在求解儲(chǔ)能綜合裝置中的容量控制約束中,不僅僅需要直接考慮儲(chǔ)能綜合儲(chǔ)存功能裝置容量,還應(yīng)考慮儲(chǔ)能裝置之間的配比。在實(shí)際運(yùn)行中,磷酸鐵鋰電池比釩電池的容量更大，然而其造價(jià)也更低。所以采取。計(jì)算成本的時(shí)候，應(yīng)該選擇造價(jià)更低、容量更低的 磷酸鐵鋰電池為首要。并且在實(shí)際計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)該考慮 磷酸鐵鋰電池與釩電池的最高和最低的限值范圍。如此一來，針對儲(chǔ)能裝置的容量約束,其表達(dá)公式就可以知道了。在控制儲(chǔ)能發(fā)電裝置需要充放電的大功率控制約束中,對于需要充放電的大功率,儲(chǔ)能發(fā)電裝置一般應(yīng)有最大功率值及最小值的功率約束。由此可知,針對儲(chǔ)能裝置的充放電功率約束,其表達(dá)公式就可以被計(jì)算出來了。由此可知,針對儲(chǔ)能裝置的SoC 約束,其表達(dá)公式為SOC.nn

三、儲(chǔ)能技術(shù)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

儲(chǔ)能技術(shù)遇見的機(jī)遇和挑戰(zhàn)可謂是非常之多，就例如風(fēng)電機(jī)容量的增長情況。其實(shí)就目前而言，按照當(dāng)前的發(fā)展趨勢來看，海上的風(fēng)電儲(chǔ)能技術(shù)越來越被推崇，這就導(dǎo)致對風(fēng)電機(jī)的存量資產(chǎn)的挑戰(zhàn)越來越大。然而有挑戰(zhàn)才會(huì)有進(jìn)步，只有儲(chǔ)能技術(shù)不斷遇到挑戰(zhàn)才能不斷進(jìn)步。

（一）經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)

目前,由于大部分的規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù),其在關(guān)鍵部件材料等性能方面的技術(shù)要求都比較高,初始項(xiàng)目投資額都較大,造成投資成本的差距高居不下,從能源經(jīng)濟(jì)性能的角度上來考慮,吸引力依然不強(qiáng)。一方面,在我國規(guī)模制定儲(chǔ)能電價(jià)方面,我國的現(xiàn)有規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域投資長期回報(bào)電價(jià)機(jī)制管理體系還未完全建立,建設(shè)規(guī)模儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施的投資成本和儲(chǔ)能運(yùn)行管理經(jīng)費(fèi)在我國現(xiàn)有儲(chǔ)能電價(jià)管理體系中還沒有找到投資回報(bào)直接渠道,市場對于我國規(guī)模儲(chǔ)備用能領(lǐng)域的長期投資回報(bào)積極性還未充分喚起。

（二）應(yīng)用推廣挑戰(zhàn)

在目前面向企業(yè)規(guī)?；膬?chǔ)能動(dòng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，重點(diǎn)發(fā)展服務(wù)領(lǐng)域,由于目前我國大型電力行業(yè)對儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)品尤其儲(chǔ)能發(fā)電可靠性產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高,傳統(tǒng)上至少保證產(chǎn)品質(zhì)量需要5 年以上的實(shí)地檢驗(yàn)產(chǎn)品儲(chǔ)電可靠性儲(chǔ)能檢驗(yàn)測試和產(chǎn)品定型檢驗(yàn)試用，并且一段時(shí)間之后才能通過。這些也是目前電力行業(yè)對于儲(chǔ)能發(fā)電最低標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品數(shù)量不但規(guī)模龐大而且生產(chǎn)前期和產(chǎn)品定型試用測試工作周期長,同時(shí),國內(nèi)的大型商用風(fēng)電等大型儲(chǔ)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)還普遍存在缺乏嚴(yán)格的應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用周期規(guī)范化儲(chǔ)能經(jīng)營長效管理,"倒逼"儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)電供應(yīng)商主動(dòng)進(jìn)入選擇模式。采用周期效益預(yù)測模式，儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用周期儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)營長效機(jī)制還未完全基本建立,規(guī)?；膬?chǔ)能發(fā)電基礎(chǔ)配套設(shè)施項(xiàng)目作為大面積財(cái)力投入推動(dòng)應(yīng)用的主要能源動(dòng)仍然不足。

（三）規(guī)劃引導(dǎo)挑戰(zhàn)

一方面,主管部門對新能源儲(chǔ)能技術(shù)不斷進(jìn)步以及有關(guān)現(xiàn)代儲(chǔ)電功能在新能源產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的全過程及其中的一些重要認(rèn)識(shí)仍然存在不足,儲(chǔ)能發(fā)電裝備制造行業(yè)未來五年發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略實(shí)施的編制工作未能及時(shí)有效跟上儲(chǔ)電功能產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展;另一方面,對于如何正確選擇適用的新能源儲(chǔ)能技術(shù)、如何在構(gòu)建現(xiàn)代儲(chǔ)能電力系統(tǒng)中有效地進(jìn)行儲(chǔ)電功能規(guī)?；木C合應(yīng)用、如何盡快啟動(dòng)建立儲(chǔ)能行業(yè)綜合評價(jià)評估機(jī)制等等，諸多儲(chǔ)能方面的理論研究實(shí)踐都存在問題,業(yè)界部分人士認(rèn)為探究還不夠清楚明確,沒有基本梳理形成系統(tǒng)的儲(chǔ)能政策實(shí)施預(yù)案,引導(dǎo)儲(chǔ)能政策實(shí)施功能，還不夠充分發(fā)揮出來。

四、結(jié)語

總而言之，想要新能源發(fā)電行業(yè)能夠不落后于時(shí)代，并且在時(shí)代的快速發(fā)展中也得到穩(wěn)步的發(fā)展，那么相關(guān)的研究人員，務(wù)必要在開發(fā)新能源儲(chǔ)能技術(shù)的路程上不斷前進(jìn)。就目前來看，在新能源發(fā)電行業(yè)的儲(chǔ)能技術(shù)中，對其充放電的策略以及容量的優(yōu)化策略能夠進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，起著至關(guān)重要的作用。