儲能系統(tǒng)分析及其在新能源項目中的應(yīng)用前景

張靜

摘? 要：2018年，海外市場部投標兩個儲能項目，由于儲能系統(tǒng)的前瞻性，之前的工作對儲能系統(tǒng)的配置并沒有了解。在整個投標過程中海外市場部積累了一些寶貴信息，現(xiàn)就投標項目隊儲能系統(tǒng)進行技術(shù)介紹，同時分析一下儲能系統(tǒng)的構(gòu)成，不同接線優(yōu)缺點，技術(shù)經(jīng)濟性比較，以及其應(yīng)用前景，希望在將來的新能源儲能系統(tǒng)的項目中起到指導(dǎo)和借鑒的作用。首先，介紹儲能系統(tǒng)的作用、構(gòu)成，介紹關(guān)鍵設(shè)備儲能原件的種類、優(yōu)缺點;其次，分析儲能系統(tǒng)不同的接線方式及其優(yōu)缺點;最后，分析儲能系統(tǒng)的應(yīng)用前景，為后續(xù)新能源儲能項目的設(shè)計和投標工作提供參考。

關(guān)鍵詞：儲能系統(tǒng)? 儲能原件? 交流側(cè)儲能? 直流側(cè)儲能? 儲能前景分析

中圖分類號：TM73 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0105-02

1? 儲能系統(tǒng)介紹

儲能系統(tǒng)，顧名思義，是由能夠按照要求對電能進行儲存并在合適的時間按照要求釋放的系統(tǒng)簡稱。英文描述為BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM，簡稱為BESS。儲能系統(tǒng)在國內(nèi)新能源項目已經(jīng)有較多應(yīng)用實例，多為試驗性項目，儲能系統(tǒng)在目前的應(yīng)用場景中按照應(yīng)用目的分主要有以下幾種：平滑輸出、削峰填谷、減少棄光（風(fēng)）、優(yōu)化調(diào)度以及微電網(wǎng)。

2? 存儲單元的介紹和分析

儲能系統(tǒng)的核心部件是能夠儲存和釋放電能的電能存儲單元，是儲能項目中最關(guān)鍵的系統(tǒng)/設(shè)備，整個儲能項目的技術(shù)優(yōu)劣、使用壽命、投資收益等都取決于存儲單元的性能。應(yīng)用在新能源儲能系統(tǒng)上的儲能原件目前的主流為以下兩種形式：蓄電池和超級電容。

蓄電池是電化學(xué)儲能設(shè)備，包含鋰離子、液流、鉛碳、鉛酸、鈉硫等各種形式，每一種又可以分為很多細類，此處不展開。電化學(xué)能電池的共同點特點為能量密度高，平均輸出電壓高。每一種蓄電池又有其自身的特點，需要根據(jù)項目的需求進行分析后選擇。

3? 儲能系統(tǒng)構(gòu)成及典型接線分析

儲能系統(tǒng)的主要構(gòu)成為：儲能蓄電池（超級電容也有使用）、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）、雙向儲能變流器（PCS）或雙向DC/DC變流器（DC/DC converter）、電能管理系統(tǒng)（EMS）等。蓄電池管理系統(tǒng)BMS保證蓄電池的正常運行，由蓄電池廠家提供并完成蓄電池和BMS的集成，并由其保證整個蓄電池的運行安全和性能。PCS和DC/DC converter是完成將電能儲能到蓄電池和從蓄電池釋放的設(shè)備，電池儲放電時間和功率的控制由PCS或DC/DC converter的功率決定。EMS系統(tǒng)的作用是對整個儲能系統(tǒng)與微電網(wǎng)進行智能分析、能量管理和實時監(jiān)控。

蓄電池系統(tǒng)目前主要由廠家進行集成，整體性能由廠家進行保證，設(shè)備以20ft集裝箱式發(fā)貨到現(xiàn)場，集裝箱內(nèi)接線工作出廠已完成，并配備齊全的暖通，消防系統(tǒng)，安裝工作較為簡單。

目前儲能系統(tǒng)的接線方式主要分為交流側(cè)儲能接線方式和直流側(cè)儲能接線方式。交流側(cè)儲能為從光伏逆變器之后的交流系統(tǒng)進行引接儲能，集中式交流側(cè)儲能典型示意圖如圖1所示。

直流側(cè)儲能為分布式直流儲能，儲能單元直接從逆變器的直流母線側(cè)引出并聯(lián)分支，進行分散儲能，釋放電能的交流回路直接采用原光伏逆變器回路進行直交流轉(zhuǎn)換。

其中在中壓匯流母線段進行的交流側(cè)集中儲能目前應(yīng)用較為成熟，不存在較大的技術(shù)風(fēng)險，也比較適合大規(guī)模儲能項目。交流側(cè)儲能的優(yōu)點在于儲能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)相對獨立，可以進行集中控制和管理，調(diào)度和控制較為簡單，擴展方便，適用于大規(guī)模上網(wǎng)電能的應(yīng)用。缺點就是因為充放電回路中需要單獨經(jīng)過逆變和降壓，會增加這部分設(shè)備的投入，同時增加了設(shè)備和線路損耗，效率較直流側(cè)偏低。同時，交流側(cè)集中儲能，“棄光”電能無法利用。而直流側(cè)儲能，儲能過程不需要降壓變壓器，而是通過DC/DC轉(zhuǎn)換器進行直流儲能，而且一般不需要額外配置光伏組件，可以直接利用perk hour的“棄光”電能進行儲能，因此設(shè)備利用率高，轉(zhuǎn)化效率高。直流側(cè)儲能需要在直流側(cè)集合光伏控制單元和電池充放單元，這種形式直流轉(zhuǎn)換器需要與光伏逆變器進行耦合，會影響到逆變器的MPPT工作精度，降低光伏發(fā)電效率，并且此功能傳統(tǒng)光伏逆變器無法承擔(dān)，需要專用逆變器配合，一般只適用于小型規(guī)模的儲能方案。

目前國內(nèi)華能清潔能源研究院正在研究并提出了DC/DC控制器原理，可以實現(xiàn)雙擾動源的交互和分時獨立控制，不影響光伏組件最大功率輸出，不再需要與逆變器進行配合。其設(shè)備的應(yīng)用案例為華能青海格爾木集中式光伏電站一期儲能示范項目1.5MW/3.5MWh儲能系統(tǒng)。該項目包含鉛炭電池、磷酸鐵鋰電池等多種儲能電池種類，采用光儲管理系統(tǒng)進行直流側(cè)儲能，解決了光伏電站的棄光問題。如果直流側(cè)儲能轉(zhuǎn)化原件可以實現(xiàn)技術(shù)上的突破，讓直流側(cè)儲能變得便于控制管理，則真正意義上實現(xiàn)了“棄光”的再利用。

綜上，交流側(cè)儲能和直流側(cè)儲能的主要優(yōu)缺點如表1所示。

投資方需要根據(jù)儲能目的和預(yù)期投入來綜合比較選擇最合適的儲能方案。

4? 應(yīng)用前景分析

由于電網(wǎng)對光伏和風(fēng)電站的輸出容量隨時進行調(diào)整，一些光伏和風(fēng)項目的“棄光”“棄風(fēng)”比例非常高，導(dǎo)致電站的投資收入差，對電站造成嚴重的經(jīng)濟損失。隨著目前一些項目向多種能源互補發(fā)電的方向發(fā)展，多種能源發(fā)電配合和區(qū)間調(diào)整需要考慮能量存儲和釋放作為調(diào)度協(xié)調(diào)和提高效率，儲能系統(tǒng)將會得到應(yīng)用。隨著技術(shù)革新，如果儲能系統(tǒng)能從產(chǎn)品可靠性、安全性、價格等方面逐步改進，則儲能系統(tǒng)在光伏和風(fēng)電、一些小規(guī)模分散能源、多能互補能源項目上就可以得到大規(guī)模的應(yīng)用，應(yīng)用前景較為可觀。

參考文獻

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