新能源发电系统中储能系统的应用

新能源发电系统中储能系统的应用

丁卫仪

广州市电力工程设计院有限公司 广东广州 510000

摘要：近几年经济发展迅速，越来越多的行业都开始应用储能技术，尤其是在新能源发电这一方面。在逐渐发展的过程中形成了智能电网，供电质量得到了提高。所以说，我们要根据不同的电力生产结构、不同的电力规划应用不同的储能技术，这样才能最大程度地发挥优势，实现智能电网的经济效益。

关键词：新能源；发电系统；储能系统；应用

1、储能技术包含内容及其特点分析
  储能技术本身涉及技术内容众多，同时包括电容器以及超导部分等多个模块，当其展开运作的过程中，不仅是对于新能源转化而来的电能进行疏导，同时也要在一定空间内进行存储，以保证之后的运输还有功率转化等步骤能够顺利进行，这也是对于储能技术要求最为严格的一个环节，首先要应对从新能源而来的电能的转化及输送，最终还需要将其转化为符合日常使用需求的电能类型。在其中超导部分的作用主要是通过超导线圈将电能产生的磁场能量进行有效存储，并且在运行过程中根据主控端口需求将其转换到电网当中进行供电使用。这一技术的应用能够在短时间内快速进行转换，而且响应速度也能够满足正常的使用需求。
  除此之外，超级电容器以及飞轮等形式也是在储能技术中比较常见的形式，对于新能源发电的能量转换都具有不错的效果，尤其是对于超级电容器基本等同于一个大型电能存储设备，最大量能够达到30MJ的程度。其基础运作功率大，并且能够在用电高峰期间提供稳定的电能来源，但是对于突发情况下的电压突变等问题应对效果不能够满足实际需求，因此只在相对稳定环境下进行使用，避免出现电力泄漏损耗或者其他危险情况。　

2、储能的应用场景

按储能时长的不同应用场景可分为容量型、能量型、功率型和备用型四类。（1）容量型储能场景。一般要求连续储能时长不低于4h，如削峰填谷和离网储能场景。容量型储能技术种类包括抽水蓄能、压缩空气、储热蓄冷、储氢储碳、钠硫电池、液流电池、铅炭电池等。（2）功率型储能场景。一般要求连续储能时长在15-30min，如调频和平滑功率波动场景，储能系统可实现瞬间吸收或释放能量支撑功率的快速变化的要求。功率型储能技术包括超导储能、飞轮储能、超级电容器、钛酸锂电池、倍率≥2C型磷酸铁锂电池或三元锂电池。（3）能量型储能场景。该场景介于容量型和功率型之间，一般要求连续储能时长在1～2h之间，可实现调峰调频和紧急备用等复合应用场景，如独立储能电站、电网侧储能，0.5C或1C型磷酸铁锂电池。（4）备用型储能场景。一般要求储能时长不低于15min，在电网断电或电压不稳定时作为不间断电源提供紧急电力，如数据中心和通讯基站备用电源等。

3、新能源发电系统中储能系统的应用分析

3.1储能技术应用于风力发电机组、风电场
  如果一个地区的风电场数量较多，那么如何提高风电场的稳定性以及电能质量，解决低电压穿越就成了风电场最主要的问题之一。首先要安装储能系统，放置在变流器附近，这样能够有效提高输出功率的稳定性。除此之外，安装双向的变流装置也是非常有必要的，每一个风电机组都必不可少。还要借助一定的方法，控制发电机组，降低功率，使功率平滑缓慢，这样才能在一定程度上对功率起到缓冲作用。即使在极端条件下，电网的功率也能满足所有的要求，并把多余的电能吸收储存，这样不会对风电机组产生伤害，也提高了电压的穿越能力，这种储能技术能够进行动态调节在第一时间做出响应，确保电力系统安全稳定的运行。

3.2光伏电站的储能应用

（1）光伏离网系统。早期光伏离网系统应用较多，系统主要配置光伏组件、控制器、蓄电池。充电时，光伏组件将所发直流电通过控制器储存在蓄电池中，放电时，蓄电池通过逆变器和放电控制器，将直流电转换成交流电接入负载。早期离网系统的蓄电池大都采用铅酸胶体蓄电池，家庭离网系统、光伏路灯是最常见的工程案例。

（2）光伏微网系统。以户用光伏和小型工商业分布式应用较多，光伏微网系统是在离网系统的基础上兼具了并网功能，在大电网停电后，光伏发电系统由并网状态转为孤岛运行可以实现平滑切换。

（3）大型光伏电站配置储能系统。在大型光伏电站中，通过在电站交流侧配置储能系统，实现电网调峰的作用，目前多个省市明确了大型地面光伏电站配置储能系统比例，光伏电站与储能系统功率按照10：1进行配置，同时要求储能系统充电时间不低于2小时。

3.3物理储能技术
  物理储能是常见的新能源电力储能的方式之一，具体包括三种技术：抽水储能技术、压缩空气储能技术与飞轮储能技术。其中，抽水储能技术是利用低谷电价来实现电力能源的存储，是当前技术应用最为成熟的大规模储能方法，具有运行成本低、水资源消耗大、储能消耗功率高等特点。这种技术的应用需要在河流的上下游各配建一个水库，波谷负荷时的蓄能技术，会使电动机处于工作状态，将下游水库中的水泵出，到上游水库中进行保存；在波峰负荷时的储能技术，会使发电机处于工作状态，利用上游水库中的水力进行发电。

这种储能技术的应用，能够实现70%左右的能量转换。而压缩空气储能技术，也能够实现大规模工业用电的能量储存，在电力网络负荷波谷时，用电力能源来压缩空气，并将空气通过高压密封的方式，储存在废旧矿洞、储气罐、废弃油井或储气井当中，在电力网络负荷的高峰时期，释放经过高压压缩的空气，来转动汽轮机进行发电，具有相应速度快、使用效率高等特点，能够实现75%左右的能量转换，是一种发展空间较大的储能技术。

3.4相变储能技术

对于相变储能技术来说，在新能源电力系统当中通常会应用到相变材料当中。这些相变材料在进行吸热时，能够对能量进行储存，而放热时不仅释放了能量，并且其所释放出来的能量具有很高的密度。在新能源电力系统当中，有关相变储能方面的技术通常表现为电储热、冰蓄冷以及熔融盐储热等诸多形式。其中冰蓄冷储能是凭借一些蓄冷的介质来对能量进行调节，减少高峰供电时段所承受的运行压力。熔融盐储热是对无机盐进行加热，使其转变为熔融的形态，然后利用热循环的相关方法来实现传热与储热，这种方法具有高传热以及低腐蚀的特点。电储热技术则是通过金属或者水来进行储热，提供了介质，这样方便了热量的释放和存储，从而使得能源传输效率得到了很大的提升。

3.5分布式混合能源系统
  分布式混合能源系统实现了分布式能源和储能技术的有效结合，通过发挥各种新型微型能源的优势特点，将能源与储能装置进行混合配置，从而解决单一能源供电不稳定的问题，有助于提升电力系统运行的效率和质量。同时，通过对负荷均衡化的有效控制，利用电力电子装置提高电网在独立运行和并网运行状态下的稳定性和可靠性，保证供电的质量。

首先，在选择新能源并网发电系统的结构与关键部件的过程中，需要通过对并网变换器拓扑建模与量化的对比分析，选择最佳的并网变换器结构，就近选择微电网使用直流总线，有利于提高电能的利用率。在确定系统内储能环节的结构和容量的过程中需要依据对各类储能装置技术的对比分析结果来进行。在研究新能源并网发电关键部件问题的过程中，首先需要对系统主电路的设计参数和各部件模型进行分析，工作人员要明确新能源并网发电系统试验样机的直流母线电压以及各部件的功能定位，之后对微电源和储能装置的特点进行分析，通过建立热模型、电路模型、机电方程等对微电源及并网变换器控制模型进行分析，之后再通过验证工作开展并网发电系统主电路的设计工作。

此外，还需要对多个微电源之间的协调控制问题进行研究与分析。新能源并网发电系统中包含着许多微电源，这些微电源具有较强的灵活性，并且电压—电流、频率—功率的特性以及时间常数都有各自的差异。在并网系统中，通常利用先进的电子设备将各微电源与微网中的直流或交流总线进行连接，因此，通过对微电源的协调与控制有利于提高电网运行的稳定性，发挥新能源的优势保证电能的质量。

参考文献：

[1]赵书强.孙科.储能技术在新能源电力系统中的应用[J].电子制作.2021.(10):89-91.

[2]高毅.新能源发电系统中储能系统的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2018,000(012).