光伏并网系统中储能技术的应用分析
时间：2023-01-21 16:30:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
中国能源建设集团华中电力试验研究院 周 旺
相比传统电源而言，光伏发电输出功率不可控，光照强度以及温度等环境条件的变化会带给其不可估量的影响。作为电力系统中新型技术之一的储能技术，在科学可行的控制方法与储能方式的运用下，能够妥善化解光伏系统随机不可控问题，降低光伏发电出力变化带给电网的影响。
光伏并网系统由光伏阵列、储能系统、MPPT装置、并网变压器与逆变器五部分组成。作为光伏并网系统基本环节之一的光伏阵列，是由光伏组件参照系统电压、电流的基础上，结合串并联方式在支架上安装后构成的。光伏阵列能对太阳能进行转化并获得电能，属于能量转换单元，其非线性特性相当强烈，负载、光照及温度等是影响其输出的主要因素。储能系统具备控制与调节的功用，在发电充足、光照良好的条件下储存部分电能并在有需求的时候释放，能确保光伏电源的稳定输出，且支持供用电平衡的调节[1]。MPPT装置能在自然条件下保证功率输出达到最大，实现光伏能源的充分利用。并网变压器与逆变器主要作用体现在光伏阵列输出电压的转化，通过对较低直流电的转化获取电压等级适宜的交流电，从而满足光伏并网发电的需要。
光伏并网系统特征：光照及温度等环节因素会对光伏发电系统输出构成影响，输出功率起伏较大，尤其在天气多变时发电功率不可控性及随机性相对明显；
系统造价偏高，要想最大化利用太阳能资源，最大功率点跟踪（MPPT）技术的应用至关重要，并要做到光伏电能吸收利用的最大化；
为促进太阳能利用效率的提高，该系统通常会维持同相的并网电流和电压，换言之该系统的主要作用体现在提供有功功率方面。
2.1 电化学储能
电化学存放功率表示形态不一的蓄电池。据蓄电池中不同化学品种使用要求的差异可细分为液流电池、压缩空气储能电池、镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池及铅酸电池等[2]。其中，铅酸电池在现阶段市场中属于最为广泛应用的一种储能方法，其造价低廉、能耗及密度较低，在中小型分布式电源系统、小型风电及光伏发电中的研究应用取得瞩目的成果。
2.2 电磁储能
超导磁储能。是在超导线圈的运用下转变电能为磁场能后并储存，当涉及相关的需要时转变能量为电能后向系统送回。此类储能的优点包含长时间无损储能、能量释放速度快、易于调整系统频率、电压、无功和有功。在接入大规模光伏电源后引起的功率波动问题方面，超导磁储能系统能发挥有效的抑制作用；
超级电容储能。以电化学双电层理论为核心，是一种极具特殊性的电容，汇集了普通电容与蓄电池的优点，支持强大脉冲功率的提供。此类储能比功率能达到10kW/kg，相比一般蓄电池比功率的数百W/kg而言明显优势更大。由于超级电容不具备较高比能量比，因此难以持续较长时间的高功率。
表1 不同储能技术优缺点及应用现状
2.3 机械储能
抽水蓄能。其原理是以下游水库储水量为对象，在运用剩余电量的前提下抽水并存放至上游水库，当后续出现最大负荷值时能排放水源至下游水库，并在该过程中实现发电的目标。此类电站工作效率多为71%~86%，响应频率多以十余秒至几分钟为主，光伏项目如果发电功率波动偏大或涉及频繁发电的需求，此类系统并不适用；
液化空气贮藏储能系统。是在高度富余电能带动的电动机或液体的运用下压缩、冷却并液化处理空气后储存至低温储槽内，电能耗量在液化转化过程中会成为低温冷能。后续涉及发电的需要时，以热交换器气化及气化换热器为目标，引出储槽内液态空气并加压、转移，加热温度至一定程度后在膨胀机注入高压气体并做功，此时发电机即可进行发电。
2.4 相变储热技术
此类技术是以材料相变潜热为基础存储利用能量，在空间、强度及时间方面能量供求双方不匹配问题的缓解方面发挥着不可忽视的作用。能否发生相变过程很大程度上取决于温度，正是由于该特点的存在，其在热量储存及温度控制等领域中的应用相当广泛。放热与吸热中的相变储热材料仅会表现出较小的温度波动，控制管理简便，加之装置结构紧凑和蓄热密度高等优势，受关注程度相对较高。
以工作中材料相态转变形式为根据，相变材料主要由四类组成，分别为液-气、固-液、固-固、固-气。其中，相变过程中的液-气、固-气液材料呈现出较大的体积变化问题，固-固材料则有严重塑晶现象及相变潜热不高等缺陷。固-液材料体积变化偏小且转变热焓大，能够合理管控过程，故而其应用研究相对更广泛。以工作温度范围为根据来看，相变材料由中高温与低温两大类组成。中高温一类代表有合金、无机盐等，低温一类代表有无机水合盐及脂肪酸、石蜡等有机物。
2.5 光伏并网系统对电网的影响
一是影响系统保护。光伏电站输出中，其功率大小很大程度上取决于光照强度，加强光照能够增加短路电流及输出功率，此时会引起过大的局部电流，当出现短路等情况时可能引起熔断器熔断，从而导致正常工作受阻。同时，光伏发电系统中完成配电系统的接入前，支路潮流多以单向现象为主，且保护方向性不存在，而当光伏发电系统中完成供电网络的接入后，配电网转化为多源电网，大幅提升网络潮流方向不确定性[3]。所以，该系统中有必要落实具备方向性的保护装置的配置。
二是对线路潮流的影响。电力系统中接入光伏电源后，不可预测出力。功率变化进一步加大电压调节难度，时常会有异常情况出现在电压调节装置中，节点电压或变容器容量出现超限的情况，对供电系统可靠运行构成剧烈影响。同时，随机不可控的潮流或多或少都会影响电厂发电规划。
三是对电网运行经济的影响。光伏电源不具备稳定的输出功率，故而难免带给电网运行经济一定的影响。电网运行中，要想赋予系统调峰、调频等功能，必然会提出增加一定备用容量的要求。光伏并网系统中，减少机组利用小时数后会影响其输出功率，同样会对电网运行经济构成影响。
3.1 电网层面的应用
电力调峰中的应用。峰电时段往往负荷功率也最大，通过适当的调峰能够妥善解决电能最大需求量，降低电网整体负荷压力，在较低负荷压力时储能装置可实现光伏电站电能的灵活存储，负荷压力上升至一定数值后即可使电能释放，电网此时也能形成更高的整体输出水平，供电系统得以实现安全稳定的运行；
微电网中的应用。综合现阶段输配电系统发展情况来看，微电网并网这一方向至关重要。微电网及大电网系统分离中，处于独立运行状态的微电网独自承担着电网的供电任务。同时，微电网构成为光伏电源时，通过引入储能技术能为负载供电提供稳定性及安全性保障。
3.2 负荷转移中的应用
储能技术引入负荷转移中近似于电力调峰中的应用。负荷转移时需结合光伏并网一定计费标准，负荷高峰通常情况下的发生时间是充沛发电的光伏发电系统之后，而非白天光伏发电相对充足的时间，此时通过应用储能技术，负荷偏低时能对电站多余电能合力展开存储，避免向电网全部送入而引起浪费电能的情况；
储能装置在负荷高峰段时能够合理释放存储的电能[4]。光伏并网系统与储能技术的联合，可实现高峰期用电量需求的大幅缓解，为居民用户经济利益提供一定的保障。
3.3 负荷响应中的应用
电力系统运行中，要想确保电网的有效运行并最大限度规避发生意外事故的情况，有必要自动化调整大功率负荷。较高负荷状态时，不同部分电网一般情况下会交替运行，如此即可确保电网运行即便在高峰时段也能使人们的需求得到满足，促进供电稳定性的提高。
在光伏储能系统运用中，负荷响应系统与电站中，工作人员理应高度重视其间电网连接问题，通信线路中维持正常运行状态的线路不得低于一条，如此一来即可实现高功率设备的有效规避，促使负荷响应需求得到有效满足。在负荷响应技术的应用下，通过替换使用不同电网，即可有效控制系统运行中故障发生情况。同时，在负荷相应技术的运用下酌情调整高功率负荷控制在临界值范围内，能保证工作稳定性及电能供应质量，且能尽量减少供电量调整带给电网运行稳定性的影响，从而为电力系统运行及电能供应的稳定性提供保障。
3.4 电网电能质量控制的应用
光伏并网系统中引入储能技术控制电网电能质量时，能促使光伏电源具备更优异的供电特性，从而达成更稳定的供电。该过程中，工作人员在适宜逆变控制措施的运用下，即可保障光伏并网系统电能的质量，而该过程中储能控制系统也发挥着不可忽视的作用[5]。在储能系统本身优势的发挥下，可实现有源滤波的有效调整，保证相角范围始终合理，当相角有偏差出现时能够迅速展开调整，从而为电能供应质量及电压稳定性提供保障。
3.5 断电保护中的应用
自动断电保护能够为用户提供稳定用电的保障。光伏并网发电储能系统在用户市电供应出现异常的情况时，能够迅速释放能满足用户需求的电能。有故障出现在电网系统中、或是用电中存在一定安全隐患时，该系统能够第一时间下达断点指令并自动检测电力运行状态，断电后由储能装置负责对电能展开储存。处于孤岛运行模式下的系统，能为用户及电网电力运行提供稳定性与安全性保障，且能在一定程度上降低高峰用电时段电力负荷，同时在用户无市电供应时同样能为电力系统运行稳定性提供保障。
储能技术的快速发展不仅能够加快光伏并网技术的发展速度，同时能进一步凸显光伏并网发电的价值作用。在应用储能技术后，光伏并网系统在供电稳定性、电网运行稳定性方面能够得到更可靠的保障，可妥善化解光伏并网对电网构成的影响，是与现阶段可持续发展战略相符合的关键举措。综合储能技术在光伏并网系统中的应用来看，目前主要包含电力调峰、微电网、负荷转移、负荷相应、控制电能质量及断电保护等为主，能够大幅提高供电效果，能够持续、稳定且安全地供电，充分发挥储能型光伏并网系统本身的作用与价值。
猜你喜欢 储能电能发电 “发电”环球时报(2022-06-15)2022-06-15储能技术在光伏发电系统中的应用建材发展导向(2021年13期)2021-07-28相变储能材料研究进展煤气与热力(2021年4期)2021-06-09含风光发电的互联电力系统自动发电控制论述科学家(2021年24期)2021-04-25苹果皮可以产生电能奥秘(创新大赛)(2020年1期)2020-05-22澎湃电能 助力“四大攻坚”人大建设(2018年2期)2018-04-18农村电能计量自动化管理探索与实践山东工业技术(2016年15期)2016-12-01第11讲 电能与电功率专题复习中学生数理化·中考版(2016年2期)2016-09-10家庭分布式储能的发展前景汽车电器(2014年5期)2014-02-28储能国际峰会2014成功落幕——全球储能产业稳步发展,中国储能市场机遇显现储能科学与技术(2014年5期)2014-02-27
