新能源發電係統中儲能係統的應用分析

hth下载地址 陳聰

摘 要：儲(chu) 能係統對於(yu) 新能源發電係統的穩定性和可靠性具有重要作用，能夠實現能源的平穩輸出和調峰填穀。同時， 儲(chu) 能係統還可以提高電網的功率質量和有效利用可再生能源。因此，文中將從(cong) 儲(chu) 能係統理論基礎出發，通過對光伏、地熱能、 風能等多種新能源發電方式中儲(chu) 能係統的應用進行分析，為(wei) 新能源發電係統的儲(chu) 能係統應用提供理論支持和實際指導。 關(guan) 鍵詞：新能源發電；儲(chu) 能係統；電網

0

引言

隨著全球能源需求的不斷增長和環境保護意識的增強，新能源發電技術得到了迅速發展。然而，由於(yu) 新能源發電具有間歇性和不穩定性的特點，儲(chu) 能係統的應用顯得尤為(wei) 重要。儲(chu) 能係統不僅(jin) 能夠平滑輸出功率波動，提升電網的穩定性，還能在電力需求高峰時段提供電力支持，提高經濟效益。

1 儲(chu) 能係統理論基礎

1.1 儲(chu) 能係統的概念

儲(chu) 能係統是一種在電力係統和能源管理中的關(guan) 鍵技術，它能夠將多餘(yu) 的電能在生產(chan) 過剩時儲(chu) 存起來，並在電力需求高峰或電源不足時釋放出來。這種係統不僅(jin) 能夠提高能源利用效率，還能平衡供需差異，確保電力係統的穩定運行。儲(chu) 能係統的應用場景非常廣泛，包括但不限於(yu) 電網調峰、備用電源、新能源並網、微電網和電動汽車等領域 。在電網調峰方麵，儲(chu) 能係統可以在電力需求低穀時儲(chu) 存過剩的電能，並在高峰時段釋放，以平衡電網負荷，減少電網的壓力。在備用電源應用中，儲(chu) 能係統可以在突發情況下提供緊急電力供應，保障電力的連續性和可靠性。從(cong) 技術角度來看，儲(chu) 能技術可以分為(wei) 多種類型，主要包括電化學儲(chu) 能、物理儲(chu) 能、熱儲(chu) 能和化學儲(chu) 能等。如圖1所示。

圖1 儲(chu) 能技術分類

電化學儲(chu) 能是目前應用廣泛的一種儲(chu) 能方式，主要包括鋰離子電池、鉛酸電池和鈉硫電池等。物理儲(chu) 能則包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chu) 能和飛輪儲(chu) 能等。熱儲(chu) 能主要通過儲(chu) 熱材料將熱能儲(chu) 存起來，而化學儲(chu) 能則利用化學反應過程儲(chu) 存和釋放能量。隨著可再生能源的快速發展和智能電網技術的進步，儲(chu) 能技術將在能源係統中扮演越來越重要的角色。它不僅(jin) 有助於(yu) 提高可再生能源的利用率，減少對化石能源的依賴，還能夠推動能源結構優(you) 化和能源係統轉型，為(wei) 實現可持續發展目標提供強有力的技術支撐。

1.2 儲(chu) 能係統的特點

1.2.1 高效能量轉換和存儲(chu)

儲(chu) 能係統能夠將電能高效地轉換為(wei) 其他形式的能量（如化學能、機械能、熱能等）並儲(chu) 存起來，在需要時再將其轉換回電能。以電化學儲(chu) 能為(wei) 例，鋰離子電池具有高能量密度和高效率的特點，能夠快速響應電力需求變化。

1.2.2 靈活性和可擴展性

儲(chu) 能係統可以根據需求進行靈活配置，從(cong) 小規模的家庭儲(chu) 能係統到大規模的電網級儲(chu) 能係統都可以實現。此外，儲(chu) 能係統的模塊化設計使其可以方便地進行擴展，以滿足不斷增長的能源需求。

1.2.3 快速響應能力

儲(chu) 能係統能夠在毫秒級時間內(nei) 響應電力需求的變化，這是傳(chuan) 統發電方式難以實現的。這種快速響應能力對於(yu) 平衡電網頻率、提供備用電源和支持電力市場的穩定運行至關(guan) 重要。

1.2.4 環境友好性

許多儲(chu) 能係統具有較低的環境影響。例如，電化學儲(chu) 能係統在儲(chu) 存和釋放能量的過程中不會(hui) 產(chan) 生有害排放物，熱儲(chu) 能技術可以利用太陽能等可再生能源進行儲(chu) 熱，減少對化石燃料的依賴。

1.2.5 多功能性

儲(chu) 能係統不僅(jin) 可以儲(chu) 存電能，還可以提供多種附加服務，如電壓調節、頻率調節、無功功率補償(chang) 等。這些服務有助於(yu) 提高電力係統的穩定性和可靠性。

1.2.6 經濟性

盡管初始投資較高，但儲(chu) 能係統在其生命周期內(nei) 可以通過提高能源利用效率、減少電網建設成本和降低備用電源成本等方麵實現經濟效益。此外，隨著技術進步和規模效應，儲(chu) 能係統的成本正在逐步下降。

2 新能源發電係統中儲(chu) 能係統的應用

2.1 光伏發電中的應用

光伏儲(chu) 能發電係統主要包括光伏陣列、逆變器、雙向DC-DC變換器、儲(chu) 能電池等如圖2所示。儲(chu) 能係統在光伏發電中的應用不僅(jin) 可以平滑輸出功率，還可以提高電能的利用率。具體(ti) 而言，當光照充足、光伏陣列產(chan) 生的電能超過負載需求時，多餘(yu) 的電能可以通過雙向DC-DC變換器儲(chu) 存在 儲(chu) 能電池中；而在光照不足或夜間，儲(chu) 能電池則可以釋放電 能，補充光伏陣列發電的不足，從(cong) 而保障供電的連續性和穩 定性。

為(wei) 了提升光伏發電係統的整體(ti) 性能，需要對儲(chu) 能電池 進行選擇，可以采用液流電池、鋰離子電池、鈦酸鋰電池等 多種儲(chu) 能技術。不同類型的儲(chu) 能電池在能量密度、充放電效 率、使用壽命、成本等方麵各有優(you) 劣，應根據具體(ti) 的應用場 景和需求進行合理選擇 。同時，需要對智能能量管理係統 （EMS）進行優(you) 化和配置，以有效協調光伏發電、儲(chu) 能係 統和負載之間的能量流動。EMS通過實時監測光伏陣列的 發電情況、儲(chu) 能電池的充放電狀態以及負載需求，動態調整 係統的運行策略，以實現能量利用率。例如，EMS 可以在電價(jia) 較高時優(you) 先使用儲(chu) 能電池供電，降低用電成本； 在電網出現故障時，EMS可以迅速切換到儲(chu) 能模式，保障 供電的連續性

圖2 光伏儲(chu) 能發電係統

2.2 地熱能發電中的應用

地熱能發電儲(chu) 能係統主要包括地蒸汽機組、蓄熱裝置、 儀(yi) 器儀(yi) 表監控係統、蒸汽機組、電能儲(chu) 存裝置等。其中，地 熱水泵站負責將地下的高溫地熱流體(ti) 抽取到地麵。這些流體(ti) 可以是高溫水或蒸汽，取決(jue) 於(yu) 地熱資源的類型。然後將這些 流體(ti) 輸送到蓄熱裝置中進行儲(chu) 存和調節。蓄熱裝置可以根據 需要將高溫流體(ti) 的熱能轉化為(wei) 電能，或者在需求低穀期保存 熱能，在需求高峰期釋放熱能，以此來平衡供需。儀(yi) 器儀(yi) 表 監控係統是通過對蓄熱裝置與(yu) 蒸汽機組溫度、壓力、流量等 參數的實時監測和分析，可以及時發現和解決(jue) 潛在問題，確 保發電係統的安全和高效運行 。現代化的監控係統還可以 與(yu) 儲(chu) 能裝置聯動，根據實時數據自動調整儲(chu) 能策略，實現能 源的至優(you) 配置。

蒸汽機組是利用地熱流體(ti) 中的熱能來驅動渦輪機發電的 關(guan) 鍵設備。高溫蒸汽通過管道輸送到蒸汽機組，推動渦輪葉 片旋轉，從(cong) 而帶動發電機產(chan) 生電力。蒸汽機組的效率和性能 直接影響地熱能發電係統的整體(ti) 效益。為(wei) 了提高發電效率， 現代蒸汽機組通常采用高效的熱交換技術的材料，以 減少熱能損失和設備磨損。電池儲(chu) 能裝置在地熱能發電中的 應用主要是為(wei) 了平滑電力輸出，提升電網穩定性。地熱能發 電具有一定的間歇性和波動性，電池儲(chu) 能係統可以在電力輸出不足時迅速補充電力，同時在電力過剩時存儲(chu) 電能，以備 後用 。常見的電池儲(chu) 能技術包括鋰離子電池、鈉硫電池和 全釩液流電池等。這些電池係統不僅(jin) 具有快速響應能力，還 能在一定程度上延長地熱能發電設備的使用壽命。地熱能發 電儲(chu) 能流程如圖3所示。

圖3 地熱能發電儲(chu) 能流程

2.3 風能發電中的應用

在風能發電係統中，儲(chu) 能係統的應用主要包括平滑輸出功率波動、頻率調節與(yu) 電壓支撐、削峰填穀、備用電源等方麵。在平滑輸出功率波動方麵，由於(yu) 風力的不穩定性，風能發電係統的輸出功率會(hui) 隨之波動，甚至在短時間內(nei) 出現較大的起伏。此類波動不僅(jin) 影響電網的穩定性，還可能對用電設備造成損害。儲(chu) 能係統可以通過及時儲(chu) 存和釋放電能，平滑風能發電係統的輸出功率波動。例如，在風速較高時，儲(chu) 能係統可以儲(chu) 存多餘(yu) 的電能，而在風速降低時，儲(chu) 能係統可以釋放電能，保證輸出功率的穩定性。在頻率調節與(yu) 電壓支撐方麵，風能發電係統的輸出功率

波動會(hui) 導致電網頻率和電壓的變化，進而影響電力質量。

儲(chu) 能係統可以通過快速響應，參與(yu) 頻率調節和電壓支撐。當電網頻率因負荷增加而下降時，儲(chu) 能係統可以快速釋放電能，提高頻率；反之，當頻率因負荷減少而上升時，儲(chu) 能係統可以吸收多餘(yu) 電能，降低頻率，實現電壓支撐功能，維持電網電壓的穩定性。削峰填穀方麵，儲(chu) 能係統可以在電網負荷低穀時充電，在負荷高峰時放電，從(cong) 而實現削峰填穀，優(you) 化電網的負荷分布，提高電網的運行效率 。在備用電源方麵，儲(chu) 能係統還可以作為(wei) 備用電源，提供應急電力供應。當風能發電係統故障或風力驟減時，儲(chu) 能係統能夠迅速響應，提供必要的電力支持，保證重要負荷的持續供電。

2.4 燃氣輪機發電中的應用

燃氣輪機發電儲(chu) 能是通過燃料供給係統將天然氣輸送到燃燒室。天然氣在燃燒室內(nei) 與(yu) 空氣混合燃燒，產(chan) 生高溫高壓的燃氣。這些高溫高壓的燃氣迅速膨脹，並流經透平葉片，推動透平旋轉。透平葉片通過軸連接到發電機，透平的旋轉帶動發電機的轉子旋轉，從(cong) 而在定子中產(chan) 生電流，完成電能的轉換。將電能儲(chu) 存到儲(chu) 能係統中，以便在電力需求高峰期或電網出現故障時進行釋放和使用。如圖4所示。在燃氣輪機發電儲(chu) 能過程中，儲(chu) 能係統可以幫助平衡燃氣輪機發電的輸出波動。燃氣輪機的啟動和停止時間較長，且燃料燃燒效率和發電效率容易受環境溫度和負荷變化的影響。

通過儲(chu) 能係統的調節，可以在短時間內(nei) 補償(chang) 輸出功率的波動，確 保電網的穩定運行。在負荷較低時，燃氣輪機的效率較低， 部分燃料會(hui) 被浪費。儲(chu) 能係統可以在這種情況下存儲(chu) 多餘(yu) 的 電能，並在電力需求高峰期釋放，減少燃氣輪機的啟動和停 止次數，從(cong) 而提高整體(ti) 的能源利用效率。 此外，通過安裝儀(yi) 器儀(yi) 表對燃氣輪機發電係統進行實時 監測和數據采集，結合智能控製係統，可以實現對儲(chu) 能係統 的精準管理。通過對燃氣輪機發電過程中的各種參數，如燃 料消耗率、發電功率、排放物質等的實時監測，可以為(wei) 儲(chu) 能 係統提供準確的數據支持，從(cong) 而優(you) 化儲(chu) 能係統的運行策略。 在電力需求波動較大的情況下，智能控製係統可以根據實時 數據調整儲(chu) 能係統的充放電策略，確保電網的穩定性，並有 效降低燃氣輪機的運行成本。

圖4 燃氣輪機發電儲(chu) 能工作流程

3、平台介紹

3.1平台簡介

hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能,涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、備用電源等控製功能。既可以用於(yu) 儲(chu) 能一體(ti) 櫃,也可以用於(yu) 儲(chu) 能集裝箱,是專(zhuan) 門用於(yu) 設備管理的一套軟件係統平台。

3.2產(chan) 品規格

3.3係統功能

3.4應用範圍

3.5配套產(chan) 品

4 結束語

綜上所述，儲(chu) 能係統的應用在提高新能源發電係統的穩 定性和可靠性方麵起著至關(guan) 重要的作用。同時，通過合理的 儲(chu) 能係統配置和運行策略，可以有效平衡不同時間段的能源 供需矛盾，提高電網經濟運行水平。例如在光伏發電中可以 通過儲(chu) 能係統的調峰填穀功能，有效降低光伏發電係統對傳(chuan) 統電網的依賴度，實現對負荷的可控性提升，進而提高電網 的安全性和穩定性。因此，對儲(chu) 能係統的應用進行深入分析 和研究，對於(yu) 推動新能源發電係統的發展具有重要意義(yi) 。

參考文獻

［1］汪 陽（貴州金元集團威寧能源公司運檢中心，貴州 畢節553204）

［2］杜芳.儲(chu) 能技術在新能源電力係統中的應用分析[J].中國高新科技,2020,(20):17-18.

［3］馬繼磊.淺談新能源發電係統中儲(chu) 能係統的應用分析[J].中國設備工程,2021,(12):96-97.

［4］hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版。