宋喆

【摘? 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要。新能源發(fā)電技術(shù)一直以來(lái)被認(rèn)為是我國(guó)解決能源危機(jī)問(wèn)題的出路。然而，利用新能源技術(shù)所發(fā)的電能總是存在著與電網(wǎng)參數(shù)不匹配的問(wèn)題，造成無(wú)法并網(wǎng)或并網(wǎng)能力低下。儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題起到了積極的作用。進(jìn)一步推動(dòng)了新能源發(fā)電應(yīng)用方案的普及和推廣，并有效地解決了分布式能源集中調(diào)配的問(wèn)題，使得新能源發(fā)電并網(wǎng)能力發(fā)生了質(zhì)的飛躍。本文就儲(chǔ)能在新能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)的應(yīng)用展開探討。

【關(guān)鍵詞】新能源發(fā)電系統(tǒng);儲(chǔ)能系統(tǒng);應(yīng)用分析

引言

儲(chǔ)能不僅可以解決新能源發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性等問(wèn)題，還可以提高電網(wǎng)柔性和本地消納新能源的能力，隨著新能源的不斷發(fā)展，在電源結(jié)構(gòu)中的占比將不斷提高，因此儲(chǔ)能的需求將更加迫切，應(yīng)用前景十分廣闊。

1我國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展情況

近幾年，儲(chǔ)能技術(shù)快速推廣，我國(guó)出臺(tái)了系列政策鼓勵(lì)促進(jìn)儲(chǔ)能的發(fā)展。截至2018年6月底，我國(guó)已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)532.7MW。在應(yīng)用分布上，用戶側(cè)領(lǐng)域的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，為264MW，所占比重達(dá)到50%;集中式可再生能源并網(wǎng)和電網(wǎng)側(cè)領(lǐng)域分列二、三位，所占比重分別為25%和14%。按技術(shù)類型分析，鋰離子電池累計(jì)裝機(jī)規(guī)模366.38MW，所占比重近70%，應(yīng)用覆蓋集中式可再生能源、輔助服務(wù)、電網(wǎng)側(cè)及用戶側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用全領(lǐng)域;鉛蓄電池累計(jì)裝機(jī)規(guī)模143.78MW，占據(jù)27%，用戶側(cè)是其主要應(yīng)用場(chǎng)景。累計(jì)裝機(jī)規(guī)模前五名的省份和自治區(qū)依次為：江蘇、青海、廣東、西藏、山西，裝機(jī)規(guī)模分別為118.97MW、71.16MW、40.72MW、38.54MW和36MW。

2新能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能典型結(jié)構(gòu)

新能源發(fā)電系統(tǒng)受外界環(huán)境等因素的影響輸出功率隨機(jī)波動(dòng)，系統(tǒng)中負(fù)荷的投切也具有不確定性，儲(chǔ)能裝置最主要的作用就是補(bǔ)充系統(tǒng)的功率缺額，使系統(tǒng)運(yùn)行在動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程中，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)。要維持系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定，儲(chǔ)能單元必須要通過(guò)削峰填谷的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載消耗功率的平衡。同樣的，系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定是系統(tǒng)輸入輸出功率平衡的外在表現(xiàn)。因此，將系統(tǒng)的功率平衡與電壓穩(wěn)定相結(jié)合，通過(guò)儲(chǔ)能單元的充放電追蹤直流側(cè)電壓的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制。

3儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)的作用

對(duì)于傳統(tǒng)火電機(jī)組，儲(chǔ)能應(yīng)用于發(fā)電側(cè)，可以提高機(jī)組效率、輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行、取代或延緩新建機(jī)組。一方面，根據(jù)日前發(fā)電曲線和調(diào)度中心的實(shí)時(shí)指令來(lái)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充放電，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的總輸出，使發(fā)電機(jī)組可以在接近額定功率的條件下運(yùn)行，增強(qiáng)了發(fā)電廠整體的調(diào)峰能力;另一方面，發(fā)電機(jī)組在用電低谷時(shí)段對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電，可以在用電高峰時(shí)段滿足高效、快速地向負(fù)荷放電的同時(shí)還可保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源，儲(chǔ)能作為一種新興技術(shù)，不僅可以解決新能源發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性等問(wèn)題，還可以提高電網(wǎng)柔性和本地消納新能源的能力。儲(chǔ)能在風(fēng)電場(chǎng)中的作用主要是增加風(fēng)電調(diào)節(jié)能力、跟蹤計(jì)劃出力、平滑風(fēng)電輸出等。儲(chǔ)能在集中式并網(wǎng)光伏電站中的作用主要是電力調(diào)峰、控制電能質(zhì)量、保證系統(tǒng)穩(wěn)定等。

4新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能的運(yùn)行控制

4.1儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)

如果一個(gè)地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量較多，那么如何提高風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量，解決低電壓穿越就成了風(fēng)電場(chǎng)最主要的問(wèn)題之一。首先要安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)，放置在變流器附近，這樣能夠有效提高輸出功率的穩(wěn)定性。除此之外，安裝雙向的變流裝置也是非常有必要的，每一個(gè)風(fēng)電機(jī)組都必不可少。還要借助一定的方法，控制發(fā)電機(jī)組，降低功率，使功率平滑緩慢，這樣才能在一定程度上對(duì)功率起到緩沖作用。即使在極端條件下，電網(wǎng)的功率也能滿足所有的要求，并把多余的電能吸收儲(chǔ)存，這樣不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生傷害，也提高了電壓的穿越能力，這種儲(chǔ)能技術(shù)能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)在第一時(shí)間做出響應(yīng)，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.2儲(chǔ)能裝置穩(wěn)定交流電壓的控制

通過(guò)儲(chǔ)能單元的充放電追蹤交流側(cè)電壓的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制。為了防止極端天氣狀況對(duì)系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)中假設(shè)了運(yùn)行保護(hù)控制。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池兩端的電壓U>U時(shí)，蓄電池處于過(guò)充狀態(tài);當(dāng)U<U，蓄電池處于過(guò)放狀態(tài)，此兩種情況下蓄電池停止充放電控制。當(dāng)以蓄電池作為光伏發(fā)電單元的儲(chǔ)能元件時(shí)，盡量要選擇大容量的蓄電池，因?yàn)榇笕萘康男铍姵啬軌虮ＷC系統(tǒng)的不間斷供電。

4.3優(yōu)化能源利用能力

儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅僅通過(guò)將新能源發(fā)電系統(tǒng)的后期電能進(jìn)行處理，以達(dá)到正常接入電網(wǎng)的效果，還可以直接影響前級(jí)發(fā)電系統(tǒng)，使得其可以更加穩(wěn)定的工作，在前期就在一定程度上保證所發(fā)電能的初步質(zhì)量。其原理是將發(fā)電系統(tǒng)多余的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，當(dāng)后級(jí)電能需求增大時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出電能輔助前級(jí)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證輸出更多電能?；蛘弋?dāng)自然條件不能夠驅(qū)使發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)輸出電能輔助其穩(wěn)定在一定轉(zhuǎn)速上，有效保證所發(fā)電能可以接近電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的電能質(zhì)量。

5大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)途徑

5.1跟蹤計(jì)劃出力，提高新能源并網(wǎng)能力

跟蹤計(jì)劃出力，是指根據(jù)計(jì)劃出力曲線，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程，使得實(shí)際輸出功率盡量接近計(jì)劃出力，從而增加新能源發(fā)電輸出功率的準(zhǔn)確性，提高電力系統(tǒng)的利用率以及新能源的并網(wǎng)能力。儲(chǔ)能應(yīng)用于跟蹤計(jì)劃出力的能量調(diào)度策略為：一是盡可能充分利用新能源發(fā)電，即首先讓新能源發(fā)電滿足負(fù)荷需求，若有富余的能量則對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電。二是當(dāng)盡可能利用新能源發(fā)電仍不能滿足負(fù)荷的需求時(shí)，若儲(chǔ)能系統(tǒng)能量充足，則考慮由儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電，提供能量滿足負(fù)荷所需。三是若計(jì)劃出力曲線超出了儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)的調(diào)控范圍，則盡可能地調(diào)控儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)輸出功率接近計(jì)劃出力曲線。

5.2跟蹤計(jì)劃出力，提高新能源并網(wǎng)能力

跟蹤計(jì)劃出力，是指根據(jù)計(jì)劃出力曲線，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程，使得實(shí)際輸出功率盡量接近計(jì)劃出力，從而增加新能源發(fā)電輸出功率的準(zhǔn)確性，提高電力系統(tǒng)的利用率以及新能源的并網(wǎng)能力。儲(chǔ)能應(yīng)用于跟蹤計(jì)劃出力的能量調(diào)度策略為：一是盡可能充分利用新能源發(fā)電，即首先讓新能源發(fā)電滿足負(fù)荷需求，若有富余的能量則對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電。二是當(dāng)盡可能利用新能源發(fā)電仍不能滿足負(fù)荷的需求時(shí)，若儲(chǔ)能系統(tǒng)能量充足，則考慮由儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電，提供能量滿足負(fù)荷所需。三是若計(jì)劃出力曲線超出了儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)的調(diào)控范圍，則盡可能地調(diào)控儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)輸出功率接近計(jì)劃出力曲線。

5.3多種措施促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展

一是政策支持。國(guó)家應(yīng)該合理的制定電價(jià)，提出相關(guān)的政策。嚴(yán)格區(qū)分廢氣電、高低品位電的價(jià)值以及價(jià)格。相信政策在實(shí)施的過(guò)程中，儲(chǔ)能產(chǎn)品就能獲得更多的資金，這個(gè)行業(yè)也能迅速發(fā)展。二是資金支持。為儲(chǔ)能技術(shù)提供專項(xiàng)的資金支持，例如壓縮空氣、電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)等等。為他們提供更多的研究資金，最大程度擴(kuò)展研究平臺(tái)。三是產(chǎn)業(yè)技術(shù)自主提升，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到促進(jìn)作用。四是新能源場(chǎng)站采用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)要積極主動(dòng)，對(duì)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象的發(fā)生都會(huì)減少。

結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展也得到了政府科技部門和能源部門的關(guān)注和支持。國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃的正在逐步建立，應(yīng)用示范的財(cái)政補(bǔ)貼也在逐步推進(jìn)，可再生能源分布式發(fā)電的激勵(lì)電價(jià)正在完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉霞.含多種分布式電源和儲(chǔ)能的微電網(wǎng)控制技術(shù)[D].碩士學(xué)位論文，浙江大學(xué)，2019：3-33.

（作者單位：中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司內(nèi)蒙古分公司蒙西事業(yè)部）