儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙書強(qiáng)，孫科

（華北電力大學(xué)，河北保定，071003）

0 引言

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)展新能源進(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)能源與新能源共存，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)更加復(fù)雜。基于新能源的強(qiáng)力支持下，需要大力推動新能源領(lǐng)域的電力系統(tǒng)，保障社會的用電壓力需求。新能源電力系統(tǒng)中，有效應(yīng)用儲能技術(shù)，對新能源進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，保障新能源的利用率最大化，推動當(dāng)前電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)長足發(fā)展。

1 儲能技術(shù)對于新能源電力系統(tǒng)

當(dāng)前關(guān)于新能源的開發(fā)領(lǐng)域，對于能源的轉(zhuǎn)化主要集中于風(fēng)能與太陽能等能源上，利用設(shè)備轉(zhuǎn)化能源，保障電力系統(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)行電力系統(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。若將新能源發(fā)電應(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(shí)會對社會用電造成影響。風(fēng)力發(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，也是未來新能源供電發(fā)展的必然趨勢。

2 如何實(shí)現(xiàn)儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的發(fā)展

■2.1 整合多種力量推動新能源發(fā)展

基于新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用層面來說，當(dāng)前的新能源發(fā)電技術(shù)還面臨著新挑戰(zhàn)。想要保證新能源技術(shù)有效發(fā)展，需要政府加強(qiáng)幫助，結(jié)合當(dāng)前新能源發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用情況，制定完善的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，為其發(fā)展提供動力。同時(shí)，明確好各部門的職責(zé)，不斷探究電力新能源的價(jià)值。

■2.2 科學(xué)規(guī)劃

推動新能源的長足發(fā)展，當(dāng)前最重要的就是對其發(fā)展做出合理規(guī)劃。在落實(shí)方面，需要秉承綠色發(fā)展的基本原則，分析當(dāng)前市場需求后，制定符合發(fā)展的新能源發(fā)展目標(biāo)。基于新能源提出更有價(jià)值的利用目標(biāo)，加強(qiáng)對新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。基于當(dāng)前存在的問題，提出有效措施，推動發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步提升。

■2.3 增強(qiáng)應(yīng)用可靠性

新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用期間，保障并網(wǎng)運(yùn)行成為突出問題，隨著新能源不斷發(fā)展。電力系統(tǒng)供電得到了顯著提升，但是借鑒于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，導(dǎo)致運(yùn)行系統(tǒng)環(huán)境過于復(fù)雜，需要合理對電路進(jìn)行控制，合理規(guī)劃電路結(jié)構(gòu)，保障新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的有效性[4]。

■2.4 著力解決供需矛盾

從新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用來說，最早分布于發(fā)達(dá)區(qū)域。應(yīng)用技術(shù)需要與實(shí)際相結(jié)合，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，需要著手解決電力分布不均衡的現(xiàn)象，對其它地區(qū)進(jìn)行持續(xù)性的電力開展工作，滿足新時(shí)期新能源的電力部署需求。

3 儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

■3.1 太陽能發(fā)電技術(shù)

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。利用太陽能為電網(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。可以在設(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，太陽能能提供的電能較低，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，保障新能源的有效應(yīng)用。同時(shí)，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)，保障太陽能的能源能得到更廣泛的應(yīng)用，提升太陽能的利用率。

■3.2 地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)

地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)依靠地?zé)崮塬@得能源，而地?zé)崮軄碓从诘厍騼?nèi)部。地球自傳期間，地心會產(chǎn)生熱量，這種熱量可以作為能源使用。盡管當(dāng)前的科技難以直接應(yīng)用地?zé)崮埽强梢酝ㄟ^其散發(fā)的熱量加以應(yīng)用[1]。借助熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，處理獲得電能，將其應(yīng)用于電力和供暖系統(tǒng)中。并且，該能源應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)中，操作流程簡單，是當(dāng)前較為實(shí)用的新型技術(shù)。為了保障地?zé)崮馨l(fā)電的有效應(yīng)用，提升電力系統(tǒng)的環(huán)保性，技術(shù)人員需要保障自身的技術(shù)水平滿足新能源發(fā)電應(yīng)用的需求，更專注的研究發(fā)電技術(shù)。結(jié)合工作中存在的問題總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，針對性的學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，提升自己的創(chuàng)新意識。

■3.3 風(fēng)能電力系統(tǒng)

對于新能源電力系統(tǒng)角度來看，風(fēng)能源是典型的代表能源，也是最普通的類型。風(fēng)能在電力系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，有助于提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。儲能技術(shù)的介入，有效的將風(fēng)能電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的功率加以優(yōu)化，保障風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能可以始終為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的運(yùn)行保障。風(fēng)能在實(shí)際應(yīng)用中，采用了超導(dǎo)能的儲能技術(shù)，通過使用該技術(shù)，可以有效的對電壓存在的一些問題做出有效的處理，可以保障風(fēng)能應(yīng)用期間產(chǎn)生的短路、風(fēng)速降低等現(xiàn)象得到有效的改善。

從資源的儲備量來看，風(fēng)能具有較高的資源儲備量。與水資源比較，可以達(dá)到水資源的十倍以上。采用風(fēng)力為電力系統(tǒng)發(fā)電，將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械力，借助發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)換成電能，供應(yīng)給電力系統(tǒng)。從技術(shù)應(yīng)用角度來看，風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)為以下幾方面。

①風(fēng)機(jī)類型

依靠裝機(jī)容量指標(biāo)，對風(fēng)機(jī)的類型進(jìn)行劃分，分為大中小等不同的類型，通常來說，風(fēng)機(jī)容量越大，其結(jié)構(gòu)的槳葉長度也更大。發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，根據(jù)風(fēng)機(jī)容量分為恒速、變速等多種形態(tài)的設(shè)備。

②設(shè)備的組成與功能

使用的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)包含葉片，葉片形狀與風(fēng)能吸收成正比。當(dāng)運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)風(fēng)速高于切出風(fēng)速，可以利用葉尖實(shí)現(xiàn)制動；但是葉片若是處于運(yùn)行狀態(tài)下，會遭遇表面覆冰或者表面腐蝕等情況，需要定期對葉片進(jìn)行保護(hù)，保障其運(yùn)行的有效性[2]。

③風(fēng)機(jī)控制技術(shù)

使用并網(wǎng)發(fā)電機(jī)，有效對發(fā)電機(jī)的變速情況做出控制。在新的并網(wǎng)技術(shù)中，為了有效控制電機(jī)風(fēng)速，采用模糊控制技術(shù)控制葉片，對風(fēng)輪氣動特性做出預(yù)測。當(dāng)風(fēng)電場處于并網(wǎng)狀態(tài)，將無功功率吸收，為了保障電網(wǎng)的運(yùn)行效率。額外為風(fēng)電場配置SVC或者其他的補(bǔ)償裝置，對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)節(jié)。

圖1 風(fēng)能與太陽能發(fā)電的工作原理

■3.4 光伏發(fā)電技術(shù)

從地球釋放的能量來看，太陽輻射是主要構(gòu)成，通過照射地球，釋放輻射的同時(shí)，為地球提供能量。太陽能每秒可以產(chǎn)生大量的能源，將其有效利用是相當(dāng)可觀的能量。太陽能輻射的能源，相當(dāng)于500萬t的標(biāo)準(zhǔn)煤，有效利用，對于社會來說可以有效提升環(huán)保效益。

①光電效應(yīng)

當(dāng)物質(zhì)經(jīng)過特定的電磁波照射后，內(nèi)部的電子會在照射下被激發(fā)，形成電子。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，借助蓄電池與控制器等組成發(fā)電裝置。

②電池組

當(dāng)前來說，多種類型的電池都是應(yīng)用太陽能制作，其中應(yīng)用的比較廣泛的是晶硅電池，該電池又分成單晶與多晶，從功能方面來看，硅基薄膜光伏電池在功能上有一定的不足；化合物薄膜會對生態(tài)環(huán)境造成污染，應(yīng)用的次數(shù)也比較少；聚光光伏電池，需要額外配置散熱器等裝置，會造成成本過高的情況。

③光伏陣列

使用單軸式為光伏組件提供支撐，有效提升系統(tǒng)工作效率；固定組件可以進(jìn)一步提升工作效率；雙軸跟蹤組件可以將效率提升至30%，為了保障光伏發(fā)電的效率，對于安裝環(huán)節(jié)要做好嚴(yán)格的把控。

④逆變器

不同類型的逆變器，在功能上的差異非常明顯。其中，在組串式的逆變器中，擁有的MPPT路數(shù)較多。配置組件成本較高，需要較多的維護(hù)點(diǎn)位，更適用于山地區(qū)域。

⑤光伏電站SVG的調(diào)壓技術(shù)

運(yùn)行中的光伏電站，會受到電壓因素對運(yùn)行造成影響。借助SVC可以對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用恒功率與恒電壓等模式有效對其進(jìn)行調(diào)控。通常處于電壓調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，恒功率對日常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。并根據(jù)動態(tài)變化，做出無功的調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)中的電壓高于定額電壓時(shí)，此時(shí)的恒功率控制難以滿足對電壓的調(diào)整需求，需要采取恒電壓模式加以控制。

⑥PID 效應(yīng)

電位長期處于某種狀態(tài)，光伏組件將會逐漸產(chǎn)生衰弱的現(xiàn)象。長期在高壓下運(yùn)行，受到電力因素的影響，會對組件的性能造成影響，降低至少50%的有效率。當(dāng)面臨溫度、濕度都較高的時(shí)候，產(chǎn)生的PID效應(yīng)會進(jìn)一步提升。對此，要采取有效的措施對其進(jìn)行處理。首先，應(yīng)做好系統(tǒng)的處理，采用當(dāng)前的新工藝，例如逆變器，將PID的效應(yīng)削弱，減少該效應(yīng)對光伏發(fā)電造成的影響；其次，對組件進(jìn)行優(yōu)化升級。對PID效應(yīng)進(jìn)行分析，可以知道產(chǎn)生該效應(yīng)的原因，是高濕導(dǎo)致的。想要避免PID效應(yīng)，可以增強(qiáng)組件的密封性。對原生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)EVA的抵抗能力，降低PID效應(yīng)造成的影響；最后，對電池做好控制，面對PID效應(yīng)，切實(shí)發(fā)揮電池的作用，例如改變SiN減反層。

圖2 光伏發(fā)電技術(shù)

■3.5 相變儲能技術(shù)

新能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，通常會應(yīng)用變相材料。變相儲能技術(shù)，是對材料吸熱的同時(shí)，存儲能量。在釋放的時(shí)候，能量具有較高的密度。新能源中的變相儲能分為熱、冰等多種形式。冰蓄冷借助蓄冷介質(zhì)，對能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，緩解高峰期電力供應(yīng)的壓力；熔融鹽儲熱是對無機(jī)鹽進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變其形態(tài)結(jié)合熱循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，該方法具有高傳熱的特點(diǎn)；電儲熱技術(shù)借助金屬和水，便于熱量的釋放與存儲，提升能源傳輸效率[3]。

4 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)前新能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，依托設(shè)備與系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化這一過程，為電力系統(tǒng)提供所需的電能，有效替代了傳統(tǒng)電力，避免了不可再生資源的消耗。基于當(dāng)前的新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用，保障我國各項(xiàng)能源資源進(jìn)一步發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，還需要不斷應(yīng)用該技術(shù)在電力系統(tǒng)中，推動綠色環(huán)保改革的浪潮。結(jié)合當(dāng)前的儲能技術(shù)，對新能源發(fā)電進(jìn)行持續(xù)性的研究，解決更多的社會用電需求。