浅谈新能源发电系统中储能系统的应用
时间：2023-01-21 22:40:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张怡雪
（国网（青海）综合能源服务有限公司，青海 西宁 810000）
新能源发电系统在具体运行时，要想确保各个环节持续性优化与改进，满足当前居民用电需求，使用电压力得到有效缓解，就要重视储能技术的合理使用。通过借助储能系统对新能源发电系统资源进行科学合理且有效的利用，在不断调节过程中促进系统本身运行效率的提升，运行更加稳定、更加安全，一方面，可以将电力系统传输功率有效控制，调节用电峰值，电能质量得到保证；
另一方面，安装储能系统装置，可结合实际情况吸收、释放功率，电网消耗降低，电能利用率提升。基于此，本文重点对新能源发电系统中储能系统的应用进行了分析，旨在将各储能系统及技术优势充分发挥，了解其工作原理，确保新能源发电系统资源的合理利用，经济效益大幅度提高。
1.1 储能技术作用分析
储能技术在具体运用环节能量储存主要通过外部介质，当前常用到的储存技术有太阳能、地热能、风能、光伏等储能技术。虽然也会使用电池储能的方法，但是只能对短期应急用电需求满足，而且高成本、大体积缺点较为突出。以上提及的储能技术可以有效缓解此问题，属于新型储能系统。通过将以上储能技术运用到新能源发电系统中，作用及优势非常明显，具体从以下3方面进行详细阐述。
（1）有利于电性能质量的提高，新能源并网运行可以使电能质量要求得到满足，传统孤岛形式运行的新能源系统电能质量极易受到外部环境影响，例如恶劣的天气等，电能波动较为强烈。通过储能装置安装可以使潮流更加稳定，母线电压平稳性得到维持，同时还具备了调频功能。
（2）可以削峰填谷，当前能源生产以及消耗及时性特点突出，电网负荷波动性较强，特别是在用电高峰，发电机组处于长时间运行状态下，而到了用电低峰，降低了发电机组运行效率，所以导致发电机组整体利用率低，资源浪费严重。例如火电机组调峰，主要借助降出力方法，但是降出力以后，降低了燃料利用率，这样会导致发电时长不但不会被降低，反而导致设备超负荷运行，增加了燃料费用。储能系统的应用可解决此问题，将用电低峰期多余电能储存，待高峰期将电能释放，调峰效果更加理想。
（3）满足短期电力供应需求，若运行时突出断网，发电系统会出现孤岛运行，储能系统可将电压、频率偏差进行修正，并网模式与孤岛运行间灵活转换。当出现大规模停电时，对于生产、生活造成较大影响，再加之受外界天气影响，发电系统极易出现不稳定运行，此时储能系统可给予其支持，确保用电负荷的同时，维持系统正常运行。
1.2 储能系统分类与工作原理
（1）机械储能。当前在新能源发电系统中常用到的机械储能系统有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，具体应用环节，抽水蓄能应用较为广泛，通过低处水向高处引入，电能转变为水动力，进而达到充电目的，放电和水电站发电方法一样，在选址时更靠近水源位置。压缩空气储能系统借助压缩机对空气进行压缩，并且高压保持在10MPa以上，将电能存储于储气装置中，充电过程完成，放电时在高压气体经过膨胀机时将发电机组带动起来完成发电。压缩空气储能充电与放电主要是借助电能、空气、储热介质内能间互相转换。飞轮储能充电与放电借助的是飞轮和电能间动能转换实现的。前两种机械储能系统规模较大，多应用于调峰、平滑出力、黑启动等环节，而飞轮储能常应用于连续性供电及调频环节。
（2）电化学储能。此储能系统借助电极、电解液产生强烈的化学反应，进而达到充电与放电的全过程，工作原理和常规充电电池是一样的。最初电化学储能多使用的电池是铅酸，当前磷酸铁锂电池和到了广泛应用，除此之外还有锂、钒液流、钠硫等电池，以上提及的电池均归纳为电化学储能的类型中。
（3）其他储能。当前在新能源发电系统中使用的储能系统涉及到的种类较多，例如超导以及超级电容等均属于电磁储能的一种类型，除此之外还有化学储能，例如储氢、合成燃料等，同时也有储热形式储能系统，例如，熔盐及固体储热等。
2.1 太阳能发电技术
太阳能是新能源发电系统中常见的，电力能源来源于太阳能，满足电力使用需求。和其他能源对比，太阳自身有着较强可再生功能，能源稳定性强且不会枯竭。通过设备能够将太阳能转化成电能，比如，太阳能池板可借助设备将太阳能收集、存储，经过处理以后，便会有集热效应产生。但和其他新能源对比时会发现，太阳能电能相对会低一些，功率无法满足电力设备运行需求。所以，太阳能适用于一些小型设备或系统中，确保新能源高效使用。这就需要在太阳能发电技术应用时不断加大研发力度，促进利用率的提高。
2.2 地热能发电技术
此技术能源获取主要依赖的是地热能，地球内会产生大量热量，此热量可用作能源。虽然现代技术运用中地热能很难实现直接使用，但应用散发出来的热量。热能转化为电能，在电力以及供暖中使用。此能源多用在了发电系统中，储能操作也极其简单，实用性较强。
2.3 风能电力系统
新能源发电系统中，风能也是最为普通的一类。通过运用储能技术，可优化风能电力系统功率，确保风能有效转化为电能，为电力系统正常运行提供保障。具体应用环节，风能储能技术运用的是超导能，通过此技术的使用，可有效处理电压问题，确保风能使用时短路、风速降低问题得到有效缓解。如果站在资源储备量视角下分析，风能资源储备量较高，是水资源的10倍。风力转化为机械力，再通过发电机转化成电能，进而实现发电目的。
如果站在技术视角下分析，风能发电技术在具体应用时涉及到的重点有3方面：一是风机类型，根据装机容量指标，风机划分为大、中、小等多个类型，一般情况下风机容量较大时，结构桨叶越长。运行时，结合风机容量又划分成不同设备，例如恒速与变速等。二是设备组成及功能性，风轮结构中叶片形状同风能吸收处于正比例关系。运行时，风机风速要比切出风速高，制动时主要运用叶尖；
但叶片如果正在运行，极易出现覆冰、腐蚀现象，要做好叶片定期保护，确保正常运行。三是风机控制技术运用，采用的发电机是并网的，控制发电机变速，新并网技术运用时，为确保电机风速在合理范围内，可通过模糊技术对叶片控制，预测风轮气动特点。风电场并网时，吸收无功功率，提高运行效率。通过增设SVC、补偿装置，可优化以及调节电网运行情况。
2.4 光伏发电技术
站在地球能量释放视角下分析光伏发电技术，其能源来源于太阳，进而生成大量能量。（1）光电效应，物质在电磁波照射以后，内部电子通过照射被激活，进而产生电子，太阳能光伏发电系统通过蓄电池和控制器构成了发电设备；
（2）电池组，通过太阳能制作成不同类型电池，例如晶硅电池便是常用的，划分为单晶、多晶，硅基薄膜光伏电池功能性不足，化合物薄膜污染严重，聚光光伏电池要有其他散热器装置支持，成本太高；
（3）光伏阵列，光伏组件主要依赖于单轴给予支持，而固定的组件可促进工作率提各；
双轴跟踪组件的应用可提升30%效率，同时还要严控安装环节；
（4）逆变器，组串逆变器有较多MPPT路数，成本高，维护点多，在山地地区比较适用，这就需要根据实际情况，选择最佳的逆变器；
（5）光伏电站SVG调压技术，因为极易受电压影响，所以在调节时可使用SVC，通过恒功率、恒电压实现有效调控。一般情况下，电压调节时，恒功率能够控制日常运行情况。结合动态化的变化，完成无功调整。若系统电压比定额电压高时，恒功率无法对电压调整需求满足，此时要使用恒电压模式进行控制。
3.1 超导储能系统
当前新能源发电系统中安全稳定运行方面问题较多，主要是由于系统内部快速存取电能器件缺乏，对于机组惯性储能、继电保护、其他自动控制装置过于依赖，处于被动致稳状态下。而超导储能系统的应用可主动参与系统动态行为中，属于灵活性较强的调控有功功率源，不仅可对系统阻尼力矩调节，而且还能够对同步力矩调节，在系统滑行、振荡失步方面作用较为明显。此系统能够解决风电、光伏发电系统并网问题，为发电系统提供备用容量，尤其针对特殊重要负荷，系统可将应急备用电力进行有效储存，确保电网安全稳定运行。超导储能系统装置简单，不会出现旋转机械部件、动密封问题，使用寿命长；
储能密度较高，为108J/m3，功率也较大；
响应的速度较快，极易快速调节电压、频率；
无污染无噪音，维护也较为简单。
此系统会采用电磁能形式将电能存储于超导体内，当前很多国家在此系统应用方面都有较多的实例，例如日本与美国当前已经涉及到了100MW机组，并且组装完成，国内多应用的是仿真或者是小容量样机。当前100MW超导储能系统的应用已经趋于成熟，逐渐向着商业化方向发展。日本针对超导储能系统进行了更深层次的研究，通过对比抽水蓄能、低温超导储能，如果从功率成本来看，超蓄要远远高出抽蓄50%左右，具备较好的商业化价值。
3.2 超级电容器系统
超级电容器系统主要运用的是电极与电解质间构建的界面双电层来实现能量储存的目的。工作原理中主要借助传统静电电容器，正负电荷通过两电级板快速累积，进而形成两极板电势差，产生了强烈的电场，此时电能便可以在电场中有效的存储，如果两极板和外电路出现回路情况，正负电荷会转移，并且将电能释放。静电电容器电容量与电极距离、表面积关系密切，而超级电容量工作原理和静电电容器原理非常相似，区别是超级电容器电极表面积较大，所以电容量也会更大一些。
随着超级电容储能系统在新能源发电系统中应用越来越广泛，并且朝着商业化发展，当前商业化超极电容涉及到的是双电层电容，属于静电储能的一种类型。一般情况下采用的是化学气相沉积法，双电层形成于电容电极周围，此储能材料不管是在功率密度，还是转换效率或者污染方面，性能良好。由于其具备了较大容量、充电无限循环特征，所以可通过超级容量、功率器件构成电路，并且与发电阵列和负载间进行有效连接，借助补偿电压将光伏电池输出改变，达到功率点跟踪的目的。
3.3 飞轮储能系统
飞轮储能系统也被称之为飞轮电池，主要由飞轮转子、轴承、电动机、发电机、电力电子装置、真空室等组合而成，飞轮转子是其中的重要部件，采用高强度小密度材料制成，主要划分为圆轮、圆盘、圆柱刚体等；
轴承属于轴系支承部件，特别是磁悬浮支承轴承、组合式轴承的应用，可将摩擦损耗降低，系统效率提高；
电机属于集成部件，可在电动、发电间互相切换，机械能、电能实现了有效转换；
电力电子装置负责电能输入输出；
真空室可通过真空环境的提供使飞轮调整运转时风阻损耗降低，确保设备及人员安全。在充电环节，电动机将飞轮驱动，电能与机械能转换；
能量储存时，飞轮处于真空环境下高速运转；
放电过程中急速转动的飞轮将发电机驱动，机械能转换为电能，发电、供电。此系统经济实惠且环保，多应用于光伏发电系统中，在并网点电能质量调节方面作用明显。
随着社会的快速发展，我国经济不断增长，新能源在发电系统中的应用范围越来越广，通过设备、系统能够将能源实现快速转化，确保电力系统电能得到合理利用的同时，使传统电力系统问题得到有效改善，降低了资源不必要的浪费。而新能源发电系统中，要想使各项能源资源利用率进一步提升，就要将科学合理的储能系统及技术引进，在不断优化与改进中，推进电力行业向着绿色环保方向发展，更好的满足社会用电需求。
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