0 引 言

儲能技術具有“削峰填谷”作用。在滿負荷生產(chǎn)下, 電力系統(tǒng)可將多余電力儲存起來,等到發(fā)電量處于低谷時,又將相應電力釋放出來,從而減少系統(tǒng)波動,保證電網(wǎng)正常運行。隨著國家經(jīng)濟建設的不斷推進,儲能技術在城市供水、軌道交通等各個行業(yè)都得到廣泛應用。

1 儲能技術的內(nèi)涵和特征

儲能技術包含電容和超導等多個組件,運行時不僅將新能源轉換成電力,還要將其儲存在特定區(qū)域,以確保后續(xù)傳輸和電力轉換等一系列工作順利進行。超導部件的功能就是利用超導線圈來高效儲存電力,然后按控制接口要求將這些能量轉化為電力,這種方法的運用可在短時間內(nèi)實現(xiàn)能量轉換。另外,超級電容和飛輪也是一種很常用的能量儲存方式,其可將新能源能量轉化為更高功率電能,特別是超級電容相當于一種巨大的電力儲存裝置,容量可達30 MJ。其基本運行功率很大,可在峰值時段為用戶提供可靠電源,不過其在應對突發(fā)狀況下的電壓突然變化時,仍無法達到預期要求,所以超級電容只能在比較平穩(wěn)的環(huán)境中使用,以防發(fā)生漏電損失等危險狀況。

2 儲能技術的應用場景

根據(jù)使用場合,可將其劃分為:容量型、能源型、 動力型和備用型。① 容量型儲能場景。電力系統(tǒng)通常需要持續(xù)儲能至少4 h,如削峰填谷、離網(wǎng)蓄能等。其中, 電容性儲能的主要類型有:抽水蓄能、壓縮空氣、冷儲熱、氫儲能碳、鈉硫電池、液流電池、鉛-碳電池等。 ② 功率型儲能場景。通常需要15~30 min的持續(xù)蓄能時間,在電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)及電網(wǎng)平穩(wěn)運行等場合,此類蓄能裝置可滿足電網(wǎng)迅速變化的需求。③ 能量型儲能場景。 通常需持續(xù)1~2 h的儲能,其可滿足獨立儲能電站、電網(wǎng)側儲能、0.5 C/1 C的磷酸鐵鋰電池等多種組合使用場景。 ④ 備用型儲能場景。儲能時間通常不少于15 min,以滿足信息中心、通信基站等應急供電需求。

3 新能源發(fā)電系統(tǒng)中的儲能技術

3.1 風力發(fā)電中的儲能技術應用

當某一區(qū)域有大量風電機組時,為改善風電機組運行的穩(wěn)定性和供電品質(zhì),降低其低壓跨越成為當前風電行業(yè)面臨的首要問題。應用儲能技術,既可保證供電需求,又可將過剩電能吸納并儲存,從而既不損害風力發(fā)電設備,又可增強其電壓跨越性,且可實現(xiàn)對風機的動態(tài)調(diào)整,并及時作出反應,保證電力系統(tǒng)安全、 穩(wěn)定運行。

3.2 光伏電站的儲能技術應用

(1)光伏脫網(wǎng)技術。在太陽能光伏發(fā)電領域,最常見的是分布式光伏發(fā)電技術,該技術由光伏組件、控制器和蓄電池組成。在電池充放電過程中,由太陽能電池模塊將輸出的直流電能儲存到電池內(nèi),而當其釋放時,通過逆變器及放電控制電路將直流電能轉化為交流電源,從而實現(xiàn)對負荷的供電。早期離網(wǎng)系統(tǒng)所使用的電池多為鉛酸鹽型,其中以家用離網(wǎng)系統(tǒng)、光伏路燈為最多。

(2) 太陽能微電網(wǎng)。光伏微網(wǎng)作為一種新型的分布式電源,主要用于家庭、小企業(yè)等,它既具有獨立的供電能力,又具有獨立的接入能力,當大電網(wǎng)斷網(wǎng)后,可將其從并網(wǎng)過渡到孤島,以實現(xiàn)順利切換。

(3) 配備儲能的大規(guī)模光伏發(fā)電裝置。針對大規(guī)模光伏發(fā)電項目,將蓄能裝置設置在電廠交流端,以滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求。我國多個省份已明確規(guī)定,大規(guī)模的地表光伏電站應配備蓄能裝置,其容量與蓄能裝置的容量為10∶1,且蓄能裝置的充電量不少于2 h。

3.3 物理儲能技術

傳統(tǒng)的儲能技術主要有抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪蓄能3種。抽水蓄能利用峰谷電價差來儲存電能, 是目前應用最為廣泛的大型儲能技術。其工作原理是: 在水流的上游和下游分別建設一座蓄水池,在用電低谷時段,驅動電機將下游蓄水池的水泵送到上游蓄水池進行儲存;在用電高峰時段,釋放上游蓄水池的水能,驅動發(fā)電機組發(fā)電,從而滿足高峰時段的用電需求。而壓縮空氣蓄能技術則可在電網(wǎng)負載低谷時,利用電能對空氣進行壓縮,將其以高壓密閉形式儲能于廢棄礦井、儲氣罐、廢棄油井或儲氣井中,在電網(wǎng)負載峰值時,又將被壓縮的氣體放出,進而帶動渦輪發(fā)電。壓縮空氣蓄能技術響應速度快,利用效率高,可實現(xiàn)約75%的電能轉化率,是一種發(fā)展?jié)摿艽蟮膬δ芗夹g。

3.4 相變儲能技術

在新能源電網(wǎng)中,相變儲能是一種重要的儲能方式, 與之相關的相變蓄熱技術主要有電蓄熱、冰蓄冷和熔鹽儲熱等。其中,冰蓄冷是指利用一定的制冷媒體來調(diào)控電能,以降低高峰用電負荷。熔鹽蓄熱是通過將鹽類溶液中的礦物質(zhì)轉化為液態(tài),再通過熱循環(huán)方式進行換熱蓄熱,該方式不僅換熱效果好,且耐腐蝕性強。電儲熱技術是指利用金屬或水作為媒體,便于散熱與儲存,可極大提高能量轉換效率。

3.5 分布式混合能源系統(tǒng)

分布式混合能源系統(tǒng)通過充分利用各類新能源優(yōu)勢, 將其與儲能設備進行融合,可克服單個能量供應不穩(wěn)定問題,進而提高電網(wǎng)整體運行效率與品質(zhì)。在此基礎上, 通過對負載均衡進行高效調(diào)控,充分發(fā)揮功率器件作用, 從而提升分布式混合能源系統(tǒng)在自主與接入兩種條件下的穩(wěn)定與可靠度,保障供電品質(zhì)。

4 新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術的應用

4.1 電網(wǎng)側

儲能裝置的引入能夠有效增強電力網(wǎng)絡的調(diào)峰容量, 減輕用電峰值時的供電壓力,達到削峰填谷、平穩(wěn)配電網(wǎng)絡負載波動、確保電力供應安全性和可靠性的效果。利用靈活性高和響應速度快的無功補償裝置,在有功發(fā)生大幅變化時,利用蓄能裝置進行調(diào)節(jié),可保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性,增加網(wǎng)側新能源消納量。隨著新能源大量進入電網(wǎng),電網(wǎng)側將覆蓋更多微電網(wǎng)和有源配電網(wǎng)絡, 微電網(wǎng)中風、光等新能源的波動對電網(wǎng)運行造成嚴重沖擊,為此在微電網(wǎng)中引入儲能裝置,既能保持微電網(wǎng)能源均衡,又能緩解棄風棄光等問題。有源配電網(wǎng)絡由風光等分布式電源、可控負荷、分布式儲能等組成,其能主動參與系統(tǒng)運行、調(diào)控和管理,進而提升分布式新能源的接入容量。

4.2 光伏并網(wǎng)中儲能技術的合理運用

儲能是解決光伏電站瞬態(tài)電源平衡的一種有效方法。 實踐中采用無源并聯(lián)儲能技術,以實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的充電和放電,達到抑制光伏電源負載變化的目的。超級電容-蓄能復合儲能在新能源電網(wǎng)中極具發(fā)展前景,是儲能領域的重要發(fā)展方向。要想進一步提高我國電力供應的品質(zhì)和穩(wěn)定性,就必須對現(xiàn)有儲能體系進行優(yōu)化和改進,使得電力波動更為平穩(wěn)。此外,出于經(jīng)濟和技術考慮,還需進一步強化現(xiàn)有儲能體系的內(nèi)部容量, 以適應國內(nèi)新能源發(fā)電系統(tǒng)對能量存儲的實際需求。

4.3 風能電力系統(tǒng)中儲能技術的合理運用

電能實時平衡對新能源電網(wǎng)的平穩(wěn)運行至關重要。

采用蓄能技術,能夠在某種范圍內(nèi)對電網(wǎng)的有功與無功進行合理配置,從而實現(xiàn)最優(yōu)的暫態(tài)平衡,維護電網(wǎng)平穩(wěn)運行。為保證風電機組的電壓穩(wěn)定性,采用儲能方法能有效克服風力發(fā)電過程中出現(xiàn)的各種故障,如風力發(fā)電、輸電線路等的故障。當電網(wǎng)發(fā)生事故時,利用蓄能裝置,使風電機組安全可靠地工作;在有風速擾動時, 風力發(fā)電系統(tǒng)亦可獲得較好的穩(wěn)定性。風力發(fā)電功率可控性差是限制風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵問題,采用蓄能可使風力發(fā)電功率平穩(wěn)增長,進而提升風力發(fā)電能力。在抑制風力發(fā)電的同時,采用串聯(lián)并聯(lián)的超級電容器蓄能技術對風力發(fā)電進行平穩(wěn)調(diào)節(jié),能有效改善風力發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。此外,還可將飛輪蓄能單元并聯(lián)入電機驅動的永磁同步電機中,以對風機進行模糊控制,保障風機平穩(wěn)運行。

5 結語

新能源發(fā)電在我國迅速發(fā)展,但其自身缺陷制約著它的持續(xù)發(fā)展。新能源電力系統(tǒng)中的儲能裝置尚無法實現(xiàn)大容量、大功率輸出,所以各國都在開展新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術研究,這一技術目前尚處起步階段, 但它有著巨大的發(fā)展空間。比如,通過將風力和風能等新能源的電能以高壓燃氣形式儲存起來,以達到循環(huán)再利用的目的;采用鋰離子蓄電池進行電能儲存是一種新型儲能方式,在汽車等行業(yè)具有廣闊的應用前景。