0 引 言

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

1 儲能技術(shù)的內涵和特征

儲能技術(shù)包含電容和超導等多個(gè)組件,運行時(shí)不僅將新能源轉換成電力,還要將其儲存在特定區域,以確保后續傳輸和電力轉換等一系列工作順利進(jìn)行。超導部件的功能就是利用超導線(xiàn)圈來(lái)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(shí)間內實(shí)現能量轉換。另外,超級電容和飛輪也是一種很常用的能量?jì)Υ娣绞?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(shí)段為用戶(hù)提供可靠電源,不過(guò)其在應對突發(fā)狀況下的電壓突然變化時(shí),仍無(wú)法達到預期要求,所以超級電容只能在比較平穩的環(huán)境中使用,以防發(fā)生漏電損失等危險狀況。

2 儲能技術(shù)的應用場(chǎng)景

根據使用場(chǎng)合,可將其劃分為:容量型、能源型、 動(dòng)力型和備用型。① 容量型儲能場(chǎng)景。電力系統通常需要持續儲能至少4 h,如削峰填谷、離網(wǎng)蓄能等。其中, 電容性?xún)δ艿闹饕?lèi)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(chǎng)景。通常需要15~30 min的持續蓄能時(shí)間,在電網(wǎng)頻率調節及電網(wǎng)平穩運行等場(chǎng)合,此類(lèi)蓄能裝置可滿(mǎn)足電網(wǎng)迅速變化的需求。③ 能量型儲能場(chǎng)景。 通常需持續1~2 h的儲能,其可滿(mǎn)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(chǎng)景。 ④ 備用型儲能場(chǎng)景。儲能時(shí)間通常不少于15 min,以滿(mǎn)足信息中心、通信基站等應急供電需求。

3 新能源發(fā)電系統中的儲能技術(shù)

3.1 風(fēng)力發(fā)電中的儲能技術(shù)應用

當某一區域有大量風(fēng)電機組時(shí),為改善風(fēng)電機組運行的穩定性和供電品質(zhì),降低其低壓跨越成為當前風(fēng)電行業(yè)面臨的首要問(wèn)題。應用儲能技術(shù),既可保證供電需求,又可將過(guò)剩電能吸納并儲存,從而既不損害風(fēng)力發(fā)電設備,又可增強其電壓跨越性,且可實(shí)現對風(fēng)機的動(dòng)態(tài)調整,并及時(shí)作出反應,保證電力系統安全、 穩定運行。

3.2 光伏電站的儲能技術(shù)應用

(1)光伏脫網(wǎng)技術(shù)。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域,最常見(jiàn)的是分布式光伏發(fā)電技術(shù),該技術(shù)由光伏組件、控制器和蓄電池組成。在電池充放電過(guò)程中,由太陽(yáng)能電池模塊將輸出的直流電能儲存到電池內,而當其釋放時(shí),通過(guò)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(shí)現對負荷的供電。早期離網(wǎng)系統所使用的電池多為鉛酸鹽型,其中以家用離網(wǎng)系統、光伏路燈為最多。

(2) 太陽(yáng)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(guò)渡到孤島,以實(shí)現順利切換。

(3) 配備儲能的大規模光伏發(fā)電裝置。針對大規模光伏發(fā)電項目,將蓄能裝置設置在電廠(chǎng)交流端,以滿(mǎn)足電網(wǎng)調峰需求。我國多個(gè)省份已明確規定,大規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(shù)

傳統的儲能技術(shù)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(jià)差來(lái)儲存電能, 是目前應用最為廣泛的大型儲能技術(shù)。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(shí)段,驅動(dòng)電機將下游蓄水池的水泵送到上游蓄水池進(jìn)行儲存;在用電高峰時(shí)段,釋放上游蓄水池的水能,驅動(dòng)發(fā)電機組發(fā)電,從而滿(mǎn)足高峰時(shí)段的用電需求。而壓縮空氣蓄能技術(shù)則可在電網(wǎng)負載低谷時(shí),利用電能對空氣進(jìn)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(shí),又將被壓縮的氣體放出,進(jìn)而帶動(dòng)渦輪發(fā)電。壓縮空氣蓄能技術(shù)響應速度快,利用效率高,可實(shí)現約75%的電能轉化率,是一種發(fā)展潛力很大的儲能技術(shù)。

3.4 相變儲能技術(shù)

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(guān)的相變蓄熱技術(shù)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(lái)調控電能,以降低高峰用電負荷。熔鹽蓄熱是通過(guò)將鹽類(lèi)溶液中的礦物質(zhì)轉化為液態(tài),再通過(guò)熱循環(huán)方式進(jìn)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(shù)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

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

4 新能源發(fā)電系統中儲能技術(shù)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(luò )的調峰容量, 減輕用電峰值時(shí)的供電壓力,達到削峰填谷、平穩配電網(wǎng)絡(luò )負載波動(dòng)、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(wú)功補償裝置,在有功發(fā)生大幅變化時(shí),利用蓄能裝置進(jìn)行調節,可保持電網(wǎng)頻率的穩定性,增加網(wǎng)側新能源消納量。隨著(zhù)新能源大量進(jìn)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(luò ), 微電網(wǎng)中風(fēng)、光等新能源的波動(dòng)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(fēng)棄光等問(wèn)題。有源配電網(wǎng)絡(luò )由風(fēng)光等分布式電源、可控負荷、分布式儲能等組成,其能主動(dòng)參與系統運行、調控和管理,進(jìn)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(shù)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(shí)踐中采用無(wú)源并聯(lián)儲能技術(shù),以實(shí)現對儲能系統的充電和放電,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(lǐng)域的重要發(fā)展方向。要想進(jìn)一步提高我國電力供應的品質(zhì)和穩定性,就必須對現有儲能體系進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),使得電力波動(dòng)更為平穩。此外,出于經(jīng)濟和技術(shù)考慮,還需進(jìn)一步強化現有儲能體系的內部容量, 以適應國內新能源發(fā)電系統對能量存儲的實(shí)際需求。

4.3 風(fēng)能電力系統中儲能技術(shù)的合理運用

電能實(shí)時(shí)平衡對新能源電網(wǎng)的平穩運行至關(guān)重要。

采用蓄能技術(shù),能夠在某種范圍內對電網(wǎng)的有功與無(wú)功進(jìn)行合理配置,從而實(shí)現最優(yōu)的暫態(tài)平衡,維護電網(wǎng)平穩運行。為保證風(fēng)電機組的電壓穩定性,采用儲能方法能有效克服風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中出現的各種故障,如風(fēng)力發(fā)電、輸電線(xiàn)路等的故障。當電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí),利用蓄能裝置,使風(fēng)電機組安全可靠地工作;在有風(fēng)速擾動(dòng)時(shí), 風(fēng)力發(fā)電系統亦可獲得較好的穩定性。風(fēng)力發(fā)電功率可控性差是限制風(fēng)力發(fā)電系統穩定運行的關(guān)鍵問(wèn)題,采用蓄能可使風(fēng)力發(fā)電功率平穩增長(cháng),進(jìn)而提升風(fēng)力發(fā)電能力。在抑制風(fēng)力發(fā)電的同時(shí),采用串聯(lián)并聯(lián)的超級電容器蓄能技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行平穩調節,能有效改善風(fēng)力發(fā)電系統的運行穩定性。此外,還可將飛輪蓄能單元并聯(lián)入電機驅動(dòng)的永磁同步電機中,以對風(fēng)機進(jìn)行模糊控制,保障風(fēng)機平穩運行。

5 結語(yǔ)

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