淺談在新能源發電技術中儲能技術的應用研究

摘要：隨著新能源發電接入電網的比例的逐漸*大，新能源發電具有不穩定性、間歇性、波動性等問題也逐漸凸顯，新能源發電所存在功率波動和出力難以預測，難以有效調度的問題日益顯著，進而對整個(ge) 電網的安全穩定運行造成嚴(yan) 重的影響。 將儲(chu) 能技術應用於(yu) 新能源電力市場，能夠承擔新能源波動造成的功率差額，降低對負荷及電網的衝(chong) 擊。 文章主要分析儲(chu) 能技術在新能源電站並網中的實際應用，通過儲(chu) 能技術的應用，從(cong) 而調節電能的收集與(yu) 釋放，實現維持電網係統的運行穩定的目的。

關(guan) 鍵詞：新能源；儲(chu) 能技術；發電並網；應用

1.引言

“雙碳”戰略目標的不斷發展，新能源發電憑借其綠其綠色可再生而得到廣泛應用，且受到行業(ye) 重視。 但由於(yu) 新能源並網發電係統的複雜性，在新能源並網發電係統中，較為(wei) 重要的幾類組件包括，電功率追蹤設備、儲(chu) 能裝置及並網逆變設備等，為(wei) 實現既定的發展目標，應用儲(chu) 能技術，規避其對發電係統產(chan) 生的不利影響，在提升新能源發電係統中占據比值的同時，確保電網始終保持穩定。

2.技術背景

2.1.新能源資源分布

我國國土麵積相對來說較為(wei) 遼闊，根據研究調查顯示，我國新資源較為(wei) 豐(feng) 富，且大部分地區每 年的日照時間在2000h以上，對年輻射量進行調查，發現整體(ti) 超過5000MJ/㎡，為(wei) 新能源電站的建設提供了強有力的支持，保證了新能源電站運行的穩定性。 為(wei) 了進一步研究新能源電站建設的可行性，我國對國內(nei) 不同地區進行了較為(wei) 深入的研究和分析，可以將全國區域內(nei) 的不同省市根據新能源能的利用情況，分為(wei) 4類別，*一類年輻射量6700-8370MJ/㎡，*二類年輻射量為(wei) 5400-6700MJ/㎡，*三類年輻射量4200-5400MJ/㎡，*四類年輻射量不超過4200MJ/㎡。從(cong) 綜合性的角度來看，*一類以及*二類的新能源能資源更為(wei) 豐(feng) 富，比如說青藏、甘肅內(nei) 蒙古、河北、遼寧、山東(dong) 以及廣東(dong) 、新疆等省市區域，此類區域更適合進行新能源電站的建設，太陽能資源更為(wei) 充足，尤其是青藏高原、甘肅、內(nei) 蒙古以及寧夏等，新能源資源分類可見表１。

表1.新能源資源分類

2.2.新能源電站並網發展運行現狀分析

近年來，我國已經意識到新能源電站建設發展的重要性以及優(you) 勢和價(jia) 值，為(wei) 新能源電站的發展建設提供了一定的活力和支持，相關(guan) 技術不斷地發展和進步，也為(wei) 新能源電站並網奠定了堅實的基礎。根據研究調查顯示，2022年全國新能源發電新增裝機1.25萬(wan) 千瓦，同比增長21％ ，由此可見新能源電站的建設程度以及發展速度。從(cong) 我國地理條件來看，西部區域的新能源資源相對來說更為(wei) 豐(feng) 富，因此，我國在建設新能源電站的過程中主要以西部區域為(wei) 主，但是也存在一定的問題，從(cong) 經濟結構的角度來看，西部區域的發展較為(wei) 落後，在技術以及管理方麵都存在一定的問題，這也對並網造成了一定的不良影響，導致轉化的電力資源無法有效輸出至電網係統之中，出現棄光的情況，據研究調查顯示，截止在2022年，西北地區棄光率雖有所下降，但還未達到理想狀態。 為(wei) 解決(jue) 這一問題，我國相關(guan) 部門將新能源電站的建設轉移至中東(dong) 區域，這樣可以降低棄光量以及棄光率，但是此種方法治標不治本，未能從(cong) 根本上解決(jue) 問題。 而西北地區的新能源能資源豐(feng) 富，依然是新能源電站建設的重要區域，因此如何從(cong) 根本上解決(jue) 問題是當前研究的*點內(nei) 容，也是提升網係統接收新能源電力的關(guan) 鍵。近年來，儲(chu) 能技術逐漸走近大眾(zhong) 視野，成為(wei) *點研究對象，其具有響應特性好、壽命長以及可靠性高等特點，被應用於(yu) 多個(ge) 行業(ye) 與(yu) 領域之中，新能源電站並網也可以積*應用此項技術。

3.儲(chu) 能技術在新能源電站並網中應用的重要性

3.1.有助於(yu) 提升運行速率

儲(chu) 能技術在實際應用的過程中，整體(ti) 速率較高，可以更好地進行響應，提升了有功功率與(yu) 無功功率的收斂以及交換，節約了一定的時間資源。並且，在此過程中，電壓的變化相對來說比較小，避免出現電壓急速加強的情況，同時也可以避免電壓電流出現畸變的情況，以此保證新能源電站並網的安全性以及穩定性，保證為(wei) 電網係統輸入高質量電力資源。

3.2.有助於(yu) 提升經濟效益以及社會(hui) 效益

儲(chu) 能技術在實際應用的過程中，可以保證新能源電站運行的經濟效益以及社會(hui) 效益，同時也可以提升新能源電站運行的安全性，避免發生安全事故。 現階段，我國西部新能源電站在實際運行的過程中，存在棄光的情況，輸出的電力資源相對來說比較少，對經濟利益造成了嚴(yan) 重的不良影響，而在儲(chu) 能技術的支持下，可以有效解決(jue) 此類問題［２］。 在儲(chu) 能技術的支持下，新能源電站可以將未能有效傳(chuan) 輸的電力資源進行儲(chu) 存，如果後續運行的過程中出現發電量低於(yu) 閾值時，可以利用儲(chu) 存的電力資源，將其進行傳(chuan) 輸，將其傳(chuan) 輸至電網係統之中，進而保證為(wei) 社會(hui) 發展以及居民日常生活提供充足的電力資源。 儲(chu) 能技術的應用，解決(jue) 了棄光的問題，以此提升新能源電站並網的經濟效益以及社會(hui) 效益。

3.3.有助於(yu) 提升電力係統的穩定性

儲(chu) 能技術在不斷地進步和發展，研究人員對其進行深入地研究和分析，發現其對於(yu) 保證電力係統穩定運行方麵發揮著重要的作用和價(jia) 值。 儲(chu) 能技術在實際應用的過程中，保證了輸電的穩定性，進而提升電力係統運行的穩定性，以此保證為(wei) 社會(hui) 發展與(yu) 居民日常生活提供充足的電力資源。 儲(chu) 能技術在實際應用的過程中，主要是提升相關(guan) 設備運行的安全性，進而避免出現波動性或者是間歇性的故障問題，進而保證電網的穩定性以及電力資源質量。

4.儲(chu) 能技術在新能源並網中的應用

我國主要以火力發電為(wei) 主，但是其在實際運行生產(chan) 的過程中，存在一定的缺陷，對環境以及資源造成了一定的影響。 相關(guan) 部門提出，電力係統在生產(chan) 建設的過程中，需要加大新能源電站的建設與(yu) 運行，將其作為(wei) 電力係統建設的核心內(nei) 容之一。 而儲(chu) 能技術是幾年來提出的一種新型技術，其在實際應用的過程中具有較強的應用優(you) 勢和價(jia) 值，為(wei) 整體(ti) 發展建設奠定了堅實的基礎，具體(ti) 技術應用如表2所示。 在新能源電站並網中也可以應用此項基礎，解決(jue) 了新能源電站並網出現的問題。

表2. 各項技術對比

為(wei) 保障儲(chu) 能效果，提升新能源發電係統的質量，除了應用單個(ge) 儲(chu) 能技術外，也可結合多個(ge) 儲(chu) 能技術，比如超導儲(chu) 能和蓄電池儲(chu) 能技術結合、和超導電容器儲(chu) 能技術結合。

4.1.飛輪儲(chu) 能技術

飛輪儲(chu) 能技術是儲(chu) 能技術中的一種，其應用相對來說比較廣泛，而且整體(ti) 運行操作較為(wei) 簡單。飛輪儲(chu) 能係統在實際運行的過程中，主要是依靠電動機，其在運行的過程中帶動飛輪，使其高速轉動，進而將多餘(yu) 的電能轉化為(wei) 動能，進行儲(chu) 存，此方式為(wei) 混合儲(chu) 能主要方式之一，可如圖1所示。其在實際應用的過程中，可以在有需要的情況下使其運行即可，因此從(cong) 整體(ti) 性的角度來看，其可以節約一定的資源。

飛輪儲(chu) 能技術在實際應用的過程中，相關(guan) 工作人員為(wei) 了進一步提升資源的有效利用率，降低發電機的整體(ti) 運行損耗，應用了超導磁懸浮技術，其在實際運行的過程中，在複合材料的支持下，可以提升整體(ti) 儲(chu) 能密度，進而保證電力資源的轉換，同時此項技術的應用也在一定程度上降低了整體(ti) 係統的體(ti) 積，占地麵積相對來說比較小。 飛輪儲(chu) 能係統在實際應用的過程中，在**的技術的支持下，對材料等進行了相應的優(you) 化，實現了儲(chu) 能技術轉化提升的目的，當前飛輪儲(chu) 能係統在應用的過程中，整體(ti) 轉化率高達93％。 飛輪儲(chu) 能係統在實際應用的過程中對於(yu) 環境的依靠程度相對來說比較高，在建設的過程中，需要保證環境的真空度，這樣才能保證整體(ti) 係統發揮*大的作用和價(jia) 值。 飛輪儲(chu) 能係統在運行的過程中，其不會(hui) 產(chan) 生大量的摩擦，因此整體(ti) 設備的損耗相對來說比較小，提升了整體(ti) 使用年限，同時其降低了後續維修與(yu) 養(yang) 護的成本支出。

4.2.蓄電池儲(chu) 能技術

在儲(chu) 能工作開展中，蓄電池儲(chu) 能技術的應用*早，在行業(ye) 中的應用時間也*長，當前已經滲透到我們(men) 日常生活中的方方麵麵。 從(cong) 以往情況來看，經過科學家們(men) 的不斷研發後，蓄電池的容量不斷擴大，使得儲(chu) 存容量得到提高，增強了其儲(chu) 存性能，為(wei) 人們(men) 的日常生活提供了便捷。 發展到現階段下，常規的鉛酸蓄電池容量以20wm為(wei) 主，與(yu) *初的蓄電池容量進行比較，增強近100倍左右，其主要被應用在風力發電的電力係統中，這主要是因為(wei) 鉛酸電池在應用過程中，不僅(jin) 成本較低，而且對使用環境的要求較低，為(wei) 風力發電的應用提供了基礎。 但是實際情況來看，鉛酸電池的應用也存在一定的不足，在達到使用壽命後，無法實現無害化處理，對環境的影響較大，這是導致此類電池無法大麵積使用的一大因素。 而就鎳氫電池來說，其在 2008年北京*運會(hui) 中便已經得到了應用，其中北京地區的電動車大多是將鎳氫蓄電池進行應用，作為(wei) 電動車的移動電源進行使用，效果較好。 但是鎳氫電池的能量密度容易受到外界因素影響，在環境變化的情況下，放電電流會(hui) 減少，其對應的容量密度會(hui) 在 80kwh/kg，但在放電電流較大時，能量密度會(hui) 減低到 40kwh/kg。 同時鋰離子電池也是當前社會(hui) 中常用的儲(chu) 能技術，但是此類電池製作技術相對複雜，容易受到外界環境的影響，因此其通常無法在風力發電中進行應用。 *後，就全釩液流電池來說，其應用通常需要電解液和汞之間進行相互作用，實現電*表麵的氧化還原反應，促進電池放電，目前來看，此類電池是研究的主要方向，未來將具有一定潛力。

4.3.超導儲(chu) 能技術

超導儲(chu) 能技術在實際應用的過程中與(yu) 飛輪儲(chu) 能技術之間存在一定的差異性，超導儲(chu) 能係統在運行的過程中，主要是將電力資源轉化為(wei) 磁場能力，實現儲(chu) 存的目的，當需要的時候再轉化為(wei) 電力資源，為(wei) 電網係統提供支持。 超導儲(chu) 能係統更為(wei) **，可以長期對於(yu) 未應用的電力資源進行儲(chu) 存，而且整體(ti) 運行的損耗較小，但是整體(ti) 利用率比較高，在一定程度上解決(jue) 了棄光的問題。 超導儲(chu) 能係統在將電力資源轉化為(wei) 磁場能量的過程中，無需消耗大量的時間資源，可以在短時間內(nei) 實現能量的轉換，對比於(yu) 飛輪儲(chu) 能係統，其整體(ti) 工作效率提升了98％左右。 超導技術在實際應用的過程中，整體(ti) 性能良好，具有較強的動態性，且整體(ti) 響應時間較短，因此成為(wei) 當前應用廣泛的一項技術內(nei) 容，主要鯨旗應用於(yu) 輸配電網撐等方麵從(cong) 根本上保證運行的穩定性。

4.4.超*電容器儲(chu) 能技術

此技術的應用具有較大的脈衝(chong) 功率，在使用此技術對電容器進行充電時，可促進其對電*表麵的異性離子進行吸引，從(cong) 而促進吸引力的增強，使其在電*表麵進行依附，形成雙層電容。 通常情況下，此技術被應用在電力係統中，作為(wei) 電能質量高峰值功率的使用，其可對電壓情況進行監測，在出現電壓跌落嚴(yan) 重的情況時可立即放電，對電壓進行穩定，促進持續性生產(chan) 。 而且超*電容器儲(chu) 能技術還能夠促進多次重複循環穩定電流的產(chan) 生，避免對電容器造成損害。 但就目前來看，我國對此技術的研究相對較晚，技術使用還存在不足，還需要在未來發展中加強研究，促進其儲(chu) 能技術的不斷增強。

5.技術方案

為(wei) 了解決(jue) 社區或工業(ye) 園區*能源係統的智能化管理和控製問題，擬開發一套**的光伏儲(chu) 能直流智能微電網監測係統。該係統由基於(yu) 嵌入式技術的硬件控製器和主控係統兩(liang) 部分組成，立足於(yu) 為(wei) 商業(ye) 園區、現代化社區或新型城鎮等多種能源利用場景提供定製化服務，提高用能的安全性、可靠性和經濟性。整體(ti) 技術方案及功能如下：

（1）開發基於(yu) 嵌入式技術的邊緣控製器，主要功能為(wei) 通信功能、數據采集、係統保護以及智能化控製和能量管理。

（2）開發一套能量管理主控係統，除具備SCADA係統的監控、保護、數據存儲(chu) 、事件記錄、人機交互等功能外，還具備智能化能量管理功能。

（3）開發不同控製和能量管理功能的軟件模塊，可自由組合調用，實現多目標優(you) 化控製。

（4）該係統硬件設備及軟件程序均具有高度的兼容性，支持各類通信協議的端口及軟件程序，可實現對光伏、風電、天然氣、電采暖、電儲(chu) 能、熱儲(chu) 能等各種能源形式的管理。

5.1係統框架搭建

光伏儲(chu) 能直流智能微電網監測係統采用“雲(yun) -邊-端”協同的能量管理係統架構，通過“本地計算＋雲(yun) 端優(you) 化”的協同方式，實現係統在線優(you) 化升*，也降低了網絡通信的依賴。係統架構如圖1所示。

係統框架分為(wei) 配電網調度層、微電網集中控製層、就地控製層。就地控製層包括發電電源、儲(chu) 能係統、負載及交直流（DC/AC）控製部分。微電網集中控製層包括控製*心，由監測單元和統計分析組成，監測單元按照監測對象不同包含發電、儲(chu) 能、負載3部分。發電監測其*點電壓、電流、功率等參數；儲(chu) 能監測內(nei) 容包括電壓、電流、功率及荷電狀態等；負載監測包括類型、功率、用電量等；而統計分析利用多種展示形式，分析各部分的運行狀態及決(jue) 策處理。保護部分分別對儲(chu) 能、電源、用戶進行保護，計量部分通過電表進行電費結算。配電網調度層有調度係統，根據統計分析結果進行能源調度，實現能源的優(you) 化利用。

5.2軟硬件設計

5.2.1儲(chu) 能係統

儲(chu) 能係統包括儲(chu) 能蓄電池和逆變器兩(liang) 部分。儲(chu) 能蓄電池可以是鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池、飛輪儲(chu) 能係統；逆變器的作用是控製儲(chu) 能部分，並進行交直流逆變。逆變器有功率閉環運行和電壓閉環運行兩(liang) 種工作方式，分別在並網和離網兩(liang) 種狀態下運行。逆變器直流側(ce) 電壓為(wei) 儲(chu) 能係統工作電壓，交流側(ce) 電壓常用380V或400V母線電壓。儲(chu) 能係統還配置了電池管理係統，用於(yu) 實時檢測儲(chu) 能單元的電壓、電流、溫度等參數，通過高精度剩餘(yu) 電量及電池健康度估算，評估蓄電池的放點電流，並上傳(chuan) 監控參數。

5.2.2能量管理係統

能量管理係統研究冷、熱、電、氣物理量的低耗電量無線傳(chuan) 輸技術以及模塊化組網通信技術，開發嵌入式邊緣控製器。主要功能為(wei) 通信、數據采集、係統保護，以及智能化控製和能量管理功能。

5.2.3微電網監控管理係統

微電網監控管理係統基於(yu) 瀏覽器和服務器（B/S）架構模式的能源管理雲(yun) 平台設計技術，除具備數據采集與(yu) 監視控製（SCADA）係統的監控、保護、數據存儲(chu) 、事件記錄、人機交互等功能外，還具備智能化能量管理功能。主控係統具有高度兼容性和可擴展性，可根據不同的應用場景組成定製化係統架構以及實現監控保護功能。

5.3性能參數

係統具有高度兼容性和可擴展性，可根據不同的應用場景組成定製化係統架構，並提供相應的控製管理策略，以及監控保護功能。在此過程中，不僅(jin) 支持各類能源之間的調度和分配，同時考慮電熱轉換、電冷轉換等不同類型能源形式之間的交叉耦合利用。

係統主要參數如表1所示。

表1 技術參數表

6.係統功能

6.1.實時監測

係統人機界麵友好，能夠顯示儲(chu) 能櫃的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guan) 故障、告警、收益等信息。

6.2.設備監控

係統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲(chu) 能變流器的參數與(yu) 限值設置；運行模式設置；實現儲(chu) 能變流器交直流側(ce) 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與(yu) 展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關(guan) 狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理係統的參數與(yu) 限值設置；實現儲(chu) 能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，並實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關(guan) 電參量監測。

6.3.曲線報表

係統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等曆史曲線的查詢與(yu) 展示。

6.4.策略配置

滿足儲(chu) 能係統設備參數的配置、電價(jia) 參數與(yu) 時段的設置、控製策略的選擇。目前支持的控製策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製等。

6.5.實時報警

儲(chu) 能能量管理係統具有實時告警功能，係統能夠對儲(chu) 能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

6.6.事件查詢統計

儲(chu) 能能量管理係統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

6.7.遙控操作

可以通過每個(ge) 設備下麵的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控製器、照明等設備進行相應的控製，但是當設備未通信上時，控製按鈕會(hui) 顯示無效狀態。

6.8.用戶權限管理

儲(chu) 能能量管理係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.9儲(chu) 能電表產(chan) 品選型

7.結語

新能源電站並網在實際運行的過程中，儲(chu) 能 技術在其中發揮著重要的作用和價(jia) 值，為(wei) 電網係統運行的穩定性奠定了堅實的基礎，同時也可以從(cong) 根本上避免出現棄光的情況，提升資源的有效利用率。儲(chu) 能技術越來越成熟，其在實際運行的 過程中，實現了削峰填穀的目的，當社會(hui) 發展過程 中出現突發狀況時，新能源電站可以為(wei) 其提供應電源，保證整體(ti) 輸供電的穩定性以及安全性，並優(you) 化電網特點以及電力質量。

參考文獻

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