閆中元

中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 天津 300131

社會的持續(xù)性發(fā)展，使得能源需求不斷增加，基于能源需求與環(huán)境惡化的矛盾日益凸顯，需要大力發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行彌補(bǔ)。當(dāng)前，我國能源結(jié)構(gòu)不斷的優(yōu)化，傳統(tǒng)能源與光伏發(fā)電系統(tǒng)共存，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)更加復(fù)雜。基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的強(qiáng)力支持下，需要大力推動光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域的光伏發(fā)電系統(tǒng)，保障社會的用電壓力需求。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中合理應(yīng)用儲能裝置，可以有效降低光伏發(fā)電機(jī)組實(shí)際工作過程中因波動引起的功率變化，降低功率變化對電網(wǎng)和敏感負(fù)荷的影響，并保證光伏系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從離網(wǎng)狀態(tài)到并網(wǎng)狀態(tài)的平穩(wěn)過渡，實(shí)現(xiàn)整體供電質(zhì)量的提高。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

從當(dāng)前的角度對能源技術(shù)進(jìn)行分析，太陽能是最常見的新能源。利用光伏發(fā)電為電網(wǎng)提供電力，保障源源不斷的電力，依托的是太陽本身較強(qiáng)的可再生性。與其他能源相比較，太陽擁有的能源是取之不竭的，并且具有穩(wěn)定性?？梢栽谠O(shè)備轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)上，將其轉(zhuǎn)化為電能。例如，太陽能池板利用設(shè)備收集太陽能，對太陽能進(jìn)行處理后，產(chǎn)生集熱效應(yīng)。但是與其他的新能源相比較，光伏發(fā)電系統(tǒng)能提供的電能較低，難以為功率較大的電力設(shè)備提供電力。因此，只能應(yīng)用于功率較小的設(shè)備或者系統(tǒng)中，保障光伏發(fā)電的有效應(yīng)用。同時，研究人員需要基于太陽能的應(yīng)用基礎(chǔ)上，著手研發(fā)新技術(shù)，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)能得到更廣泛的應(yīng)用，提升太陽能的利用率。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響

當(dāng)前關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)領(lǐng)域，對于能源的轉(zhuǎn)化主要集中于太陽能源上，利用設(shè)備轉(zhuǎn)化能源，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效運(yùn)行。與傳統(tǒng)的能源相比較來說，風(fēng)能等能源進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)電力供應(yīng)，更受制于自然環(huán)境的影響，會因?yàn)榄h(huán)境因素，存在一定的間歇性問題。若將光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行中，難以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會對社會用電造成影響。光伏發(fā)電過程中，當(dāng)其裝機(jī)占據(jù)整體系統(tǒng)一定比例，過小還可以保障電網(wǎng)運(yùn)行；當(dāng)占據(jù)比例過大，無法保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性，需要借助儲能系統(tǒng)降低其不確定因素帶來的影響，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力。因此，加強(qiáng)儲能技術(shù)的研究，也是推動可再生能源進(jìn)一步發(fā)展的重要條件，也是未來光伏發(fā)電系統(tǒng)供電發(fā)展的必然趨勢。

2.1 運(yùn)行調(diào)度

光伏電源自身具有一定的可調(diào)度性，但是這種可調(diào)度性會在一定程度上受到外界天氣因素的影響，尤其是在一些天氣變化相對較快的城市或是海拔相對較高的地區(qū)，天空中的云層對于光伏電源可調(diào)度性的影響更加明顯。在電網(wǎng)運(yùn)行商的調(diào)度系統(tǒng)中，如果光伏電源的整體占比相對較高，且高于臨界比例，在進(jìn)行電力調(diào)度的過程中就需要采取一系列的保障措施，確保電網(wǎng)運(yùn)行過程中的可靠性以及安全性能夠切實(shí)得到保障。除此之外，常規(guī)電價與光伏電價之間還普遍存在一定的差異，因此，在對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度的過程中也需要充分考慮經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)問題，但是上述的所有操作都需要最大限度地避免給電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全帶來不利影響。

2.2 系統(tǒng)保護(hù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，如果遇到光照相對強(qiáng)烈的情況，那么電站在實(shí)際進(jìn)行輸出的過程中功率也會相應(yīng)增加，進(jìn)而引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，最直接的表現(xiàn)就是短路電流的增加，進(jìn)而增加過流保護(hù)在配合過程中的難度，加大失誤問題的發(fā)生概率。除此之外，電站輸出功率的變化也會在一定程度上影響熔斷器的常規(guī)工作，進(jìn)而給電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)帶來十分不利的影響。若光伏發(fā)電系統(tǒng)在工作的過程中沒有正常接入配電網(wǎng)，支路潮流在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中則多數(shù)情況下是屬于單向性輸出，且這種單向性輸出缺乏必要的保護(hù)措施。而在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，當(dāng)配電網(wǎng)接入之后，配電網(wǎng)絡(luò)自身的性質(zhì)也會相應(yīng)地發(fā)生變化，轉(zhuǎn)成多元配電網(wǎng)絡(luò)，但是在這一過程中，網(wǎng)絡(luò)潮流的流向則會體現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性特點(diǎn)，控制難度進(jìn)一步增加，為了保證系統(tǒng)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)安全，則需要在系統(tǒng)中常規(guī)進(jìn)行方向性保護(hù)裝置的安裝。

2.3 電能質(zhì)量

光伏發(fā)電系統(tǒng)在日常開展發(fā)電工作的過程中，經(jīng)常會受到外界環(huán)境因素的影響，尤其是在陰雨天，空中巨大的云層，在一定程度上會遮擋住陽光，就會導(dǎo)致光伏電源的功率在短時間內(nèi)大幅度上升或是下降，尤其是對大型的光伏系統(tǒng)影響更為普遍，系統(tǒng)內(nèi)的電壓在短時間內(nèi)就有可能出現(xiàn)閃變，進(jìn)而出現(xiàn)較大的頻率波動，除此之外，也有部分類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)是進(jìn)行直流電發(fā)電的，在進(jìn)行電網(wǎng)接入的過程中，如果采用的是逆變裝置法，那么，諧波的出現(xiàn)概率也會大幅度增加，進(jìn)而使電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)受到影響。

3 儲能技術(shù)需求

光伏發(fā)電系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出明顯的開發(fā)性、互動性、智能性，以先進(jìn)的技術(shù)為基礎(chǔ)，形成完整的體系，為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，其能源網(wǎng)絡(luò)對儲能技術(shù)的需求主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.1 發(fā)電領(lǐng)域的需求

光伏發(fā)電系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)具有很強(qiáng)的特點(diǎn)，需要根據(jù)建立太陽能、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電基地。但在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在一些技術(shù)問題，制約了其整體發(fā)展，需要進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新才能滿足實(shí)際需要。比如現(xiàn)有的太陽能、風(fēng)電等發(fā)電能源呈現(xiàn)出明顯的波動性和間歇性，對光伏發(fā)電系統(tǒng)有一定的影響，因此功能有待進(jìn)一步完善。光能和風(fēng)能的預(yù)測偏差也是影響資源利用效率的關(guān)鍵問題。要突破資源約束，提高資源利用水平。

3.2 配電領(lǐng)域的需求

現(xiàn)階段，在電網(wǎng)發(fā)展過程中，要根據(jù)實(shí)際情況解決大容量技術(shù)中存在的調(diào)峰調(diào)頻問題，保證電能質(zhì)量的提高。比如要解決電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)不足的問題，減少頻繁切換造成的頻率調(diào)節(jié)功率損耗，從而保證整體穩(wěn)定，提高能效。為了提高調(diào)度指令的可靠性，可以根據(jù)指令的變化對輸出電平進(jìn)行優(yōu)化，從而保證配電網(wǎng)的可靠性，為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。同時，要解決傳統(tǒng)的電壓凹陷、諧波等問題，提高電能的整體質(zhì)量。

3.3 用戶側(cè)需求

加強(qiáng)能源用戶需求管理，根據(jù)現(xiàn)階段實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，確保儲能技術(shù)水平的提高，滿足用戶重要負(fù)荷的供電可靠性需求。同時，還要優(yōu)化用戶對熱能的需求，優(yōu)化現(xiàn)有的電蓄熱技術(shù)，采用不同形式的儲能，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換，盡可能減少化石能源的消耗。例如，下表為現(xiàn)階段儲能技術(shù)應(yīng)用需求，如表1 所示。

表1 儲能技術(shù)應(yīng)用需求

4 儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 在電力調(diào)峰的應(yīng)用

所謂電力調(diào)峰，主要操作的目的就在于使峰電時段電網(wǎng)負(fù)荷較大的時候，居民以及工廠的用電需求能夠最大限度地得到滿足，但是，要能夠在一定程度上對于用電進(jìn)行調(diào)控，使電網(wǎng)負(fù)荷的壓力能夠得到有效降低。從電網(wǎng)內(nèi)部儲存裝置自身的特點(diǎn)來講，其本質(zhì)上具有一定程度的靈活性，在電網(wǎng)功率負(fù)荷相對較低的階段，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲，存儲的電能主要是在負(fù)荷高峰時段進(jìn)行釋放，這樣的操作方式能夠使電網(wǎng)在實(shí)際進(jìn)行供電過程中的可靠性得到較大幅度的提升，使電網(wǎng)系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行能夠真正保證穩(wěn)定，有效避免因電網(wǎng)負(fù)荷功率較大而導(dǎo)致的電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)故障問題出現(xiàn)，保證供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使區(qū)域的用電需求能夠真正得以有效滿足。我國各個地區(qū)在不同時間段用電總量存在波峰以及波谷一直是一個普遍存在的問題，且這一問題一直以來都受到了社會各界的關(guān)注。尤其是在用電的波峰階段，由于需要加大發(fā)電量來保證電能供給，導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)一步加大，此時一旦電網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)故障，則會在一定程度上導(dǎo)致供電停止的問題，不僅會影響人民的生產(chǎn)以及生活，同時還會在一定程度上影響人民對于供電單位的信任，降低本單位自身的市場競爭力。由此可見，通過將儲能技術(shù)應(yīng)用到電力調(diào)峰的過程之中，不僅能夠有效減輕供電峰值時期電網(wǎng)所需要承擔(dān)的負(fù)荷，同時也能夠使在峰谷時期電網(wǎng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而有效彌補(bǔ)波峰以及波谷不同時段因供電量調(diào)整而給光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來的沖擊，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)故障問題的發(fā)生概率。

4.2 在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制的應(yīng)用

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，要想使電網(wǎng)電能的質(zhì)量能夠得到有效控制，儲能技術(shù)的合理應(yīng)用必不可少，通過在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中合理應(yīng)用儲能技術(shù)，使光伏電源在實(shí)際供電的過程中性能能夠得到最大限度的穩(wěn)定。在這一過程中，工作人員通常情況下會采取一系列的措施對光伏并網(wǎng)進(jìn)行逆變控制，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際工作的過程中，其所產(chǎn)生的電能質(zhì)量也能夠得到有效控制，而在這一過程中，最主要發(fā)揮作用的就是我們所說的儲能控制系統(tǒng)，通過充分發(fā)揮儲能系統(tǒng)自身的作用，不僅能夠?qū)τ性礊V波進(jìn)行調(diào)整，同時還能起到穩(wěn)定電壓的作用，使相角能夠始終處在合理的范圍之內(nèi)，并在相角出現(xiàn)偏差的時候，及時進(jìn)行調(diào)整，保證電網(wǎng)的發(fā)電質(zhì)量。

4.3 在負(fù)荷轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用

在將儲能技術(shù)應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)的過程中，負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)與前文中提到的電力調(diào)峰技術(shù)在運(yùn)轉(zhuǎn)原理方面有一定的相似之處，但是相比較于電力調(diào)峰技術(shù)來說，負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)具有更高的靈活性。在負(fù)荷的低谷階段，光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際進(jìn)行發(fā)電的過程中如果產(chǎn)生了多余的電能，為了有效減少能源的浪費(fèi)，則能夠根據(jù)實(shí)際情況對多余的電能進(jìn)行儲存。而在負(fù)荷的高峰階段，由于用電需求的增加，光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電的過程中所釋放出的電能則很難滿足實(shí)際需要，此時，儲能系統(tǒng)就可以將自身在之前儲存的多余的電能釋放出來，使電網(wǎng)在供電的過程中能夠最大限度地保證穩(wěn)定。通過將儲能系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合使用，兩者在相互配合的過程中，則能夠有效減少光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在高功率負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中根據(jù)波峰以及波谷用電量的不同而調(diào)整發(fā)電量給系統(tǒng)帶來的沖擊，使高峰階段市電的需求能夠得到有效減少，在保證用戶用電的基礎(chǔ)之上，減少用戶的用電支出，不僅保障了供電系統(tǒng)自身的經(jīng)濟(jì)效益，同時也在一定程度上保障了用戶的用電需求。

4.4 復(fù)合型儲能光伏并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需要應(yīng)用的儲能技術(shù)十分簡單，而且其功率運(yùn)行并不十分穩(wěn)定，所以在此基礎(chǔ)上，通過技術(shù)升級并使用復(fù)合技術(shù)，就能保證復(fù)合儲能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用可以真正實(shí)現(xiàn)提高當(dāng)前并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用效率。在我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，這種復(fù)合型技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，其中很多企業(yè)在建設(shè)復(fù)合儲能型光伏電網(wǎng)的應(yīng)用時，可以使用超級電容器加蓄電池的組合方式，這樣通過蓄能就能保證在系統(tǒng)運(yùn)動時，可以有效降低整體網(wǎng)流的諧波含量，這也可以保障電網(wǎng)功率輸出的穩(wěn)定性獲得有效提升。同時，這種系統(tǒng)還可以搭載變轉(zhuǎn)器和光伏陣列等其他電子元件，實(shí)現(xiàn)利用超級容器和蓄電池之間的優(yōu)勢互補(bǔ)來確保在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可以使功率波動問題得到有效緩解，還能真正實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)電流波的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，這樣就能確保通過此方式來提高光伏電站的整體應(yīng)用性能。

5 多元復(fù)合儲能

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中對儲能技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，除要考慮所選儲能系統(tǒng)的技術(shù)性能之外，還應(yīng)當(dāng)將經(jīng)濟(jì)性作為考慮因素。不同的儲能裝置技術(shù)參數(shù)有所差別，具體包括以下幾個方面：循環(huán)壽命、能量、周期效率等等。然而，現(xiàn)階段并沒有任何一種儲能裝置可以完全達(dá)到上述要求，解決這一問題最為有效的途徑是多元復(fù)合儲能。所謂的多元復(fù)合儲能實(shí)質(zhì)上就是將機(jī)械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能等不同類型的儲能技術(shù)或裝置，通過合理的方法組合到一起，形成一個全新的儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備多種儲能技術(shù)的性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)方面的優(yōu)勢互補(bǔ)。通過SMES 與蓄電池復(fù)合的儲能系統(tǒng)對風(fēng)電場的功率波動進(jìn)行平抑，確保風(fēng)電處理的平穩(wěn)性與可控性。超導(dǎo)磁的輸出與蓄電池的輸出相同，全部都是直流，為確保輸出能夠順利接入到電力系統(tǒng)當(dāng)中，需要對直流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)榻涣?，這個過程可以通過變流器來實(shí)現(xiàn)。變流器會按照控制器實(shí)時傳輸?shù)闹噶?，對兩個儲能單元的充電與放電過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，通過變流器與復(fù)合儲能系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電流的動態(tài)調(diào)節(jié)。儲能單元的能量變換由斬波器與變流器配合實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，可通過直流電流的形式，對能量進(jìn)行存儲。之所以采用上述結(jié)構(gòu)，與其所具備的優(yōu)勢密切相關(guān)，具體如下：復(fù)合儲能系統(tǒng)中的儲能單元能夠擁有屬于自己的獨(dú)立變流器，這樣便可按照上層傳輸過來的指令實(shí)現(xiàn)精確控制。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段光伏發(fā)電系統(tǒng)中所使用的儲能技術(shù)相較于以往已經(jīng)有了較大幅度的進(jìn)步，但是，研究人員還需要進(jìn)一步開發(fā)新的儲能裝置，使我國光伏并網(wǎng)發(fā)電能夠真正得到發(fā)展，使其應(yīng)用范圍能夠真正得到擴(kuò)大，讓太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)能夠真正使我國的更多人民受益，使發(fā)電能夠真正做到綠色環(huán)保，進(jìn)而有效減少以往火力發(fā)電給環(huán)境帶來的不利影響。