安科瑞 陳聰

摘 要：儲能系統(tǒng)對于新能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的平穩(wěn)輸出和調(diào)峰填谷。同時， 儲能系統(tǒng)還可以提高電網(wǎng)的功率質(zhì)量和有效利用可再生能源。因此，文中將從儲能系統(tǒng)理論基礎(chǔ)出發(fā)，通過對光伏、地熱能、 風能等多種新能源發(fā)電方式中儲能系統(tǒng)的應(yīng)用進行分析，為新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)應(yīng)用提供理論支持和實際指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；儲能系統(tǒng)；電網(wǎng)

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引言

隨著全球能源需求的不斷增長和環(huán)境保護意識的增強，新能源發(fā)電技術(shù)得到了迅速發(fā)展。然而，由于新能源發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，儲能系統(tǒng)的應(yīng)用顯得尤為重要。儲能系統(tǒng)不僅能夠平滑輸出功率波動，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還能在電力需求高峰時段提供電力支持，提高經(jīng)濟效益。

1 儲能系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

1.1 儲能系統(tǒng)的概念

儲能系統(tǒng)是一種在電力系統(tǒng)和能源管理中的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔茉谏a(chǎn)過剩時儲存起來，并在電力需求高峰或電源不足時釋放出來。這種系統(tǒng)不僅能夠提高能源利用效率，還能平衡供需差異，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場景非常廣泛，包括但不限于電網(wǎng)調(diào)峰、備用電源、新能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)和電動汽車等領(lǐng)域 。在電網(wǎng)調(diào)峰方面，儲能系統(tǒng)可以在電力需求低谷時儲存過剩的電能，并在高峰時段釋放，以平衡電網(wǎng)負荷，減少電網(wǎng)的壓力。在備用電源應(yīng)用中，儲能系統(tǒng)可以在突發(fā)情況下提供緊急電力供應(yīng)，保障電力的連續(xù)性和可靠性。從技術(shù)角度來看，儲能技術(shù)可以分為多種類型，主要包括電化學(xué)儲能、物理儲能、熱儲能和化學(xué)儲能等。如圖1所示。

圖1 儲能技術(shù)分類

電化學(xué)儲能是目前應(yīng)用廣泛的一種儲能方式，主要包括鋰離子電池、鉛酸電池和鈉硫電池等。物理儲能則包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。熱儲能主要通過儲熱材料將熱能儲存起來，而化學(xué)儲能則利用化學(xué)反應(yīng)過程儲存和釋放能量。隨著可再生能源的快速發(fā)展和智能電網(wǎng)技術(shù)的進步，儲能技術(shù)將在能源系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色。它不僅有助于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(jié)構(gòu)優(yōu)化和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標提供強有力的技術(shù)支撐。

1.2 儲能系統(tǒng)的特點

1.2.1 高效能量轉(zhuǎn)換和存儲

儲能系統(tǒng)能夠?qū)㈦娔芨咝У剞D(zhuǎn)換為其他形式的能量（如化學(xué)能、機械能、熱能等）并儲存起來，在需要時再將其轉(zhuǎn)換回電能。以電化學(xué)儲能為例，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(yīng)電力需求變化。

1.2.2 靈活性和可擴展性

儲能系統(tǒng)可以根據(jù)需求進行靈活配置，從小規(guī)模的家庭儲能系統(tǒng)到大規(guī)模的電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)都可以實現(xiàn)。此外，儲能系統(tǒng)的模塊化設(shè)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(yīng)能力

儲能系統(tǒng)能夠在毫秒級時間內(nèi)響應(yīng)電力需求的變化，這是傳統(tǒng)發(fā)電方式難以實現(xiàn)的。這種快速響應(yīng)能力對于平衡電網(wǎng)頻率、提供備用電源和支持電力市場的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

1.2.4 環(huán)境友好性

許多儲能系統(tǒng)具有較低的環(huán)境影響。例如，電化學(xué)儲能系統(tǒng)在儲存和釋放能量的過程中不會產(chǎn)生有害排放物，熱儲能技術(shù)可以利用太陽能等可再生能源進行儲熱，減少對化石燃料的依賴。

1.2.5 多功能性

儲能系統(tǒng)不僅可以儲存電能，還可以提供多種附加服務(wù)，如電壓調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、無功功率補償?shù)?。這些服務(wù)有助于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2.6 經(jīng)濟性

盡管初始投資較高，但儲能系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)可以通過提高能源利用效率、減少電網(wǎng)建設(shè)成本和降低備用電源成本等方面實現(xiàn)經(jīng)濟效益。此外，隨著技術(shù)進步和規(guī)模效應(yīng)，儲能系統(tǒng)的成本正在逐步下降。

2 新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 光伏發(fā)電中的應(yīng)用

光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏陣列、逆變器、雙向DC-DC變換器、儲能電池等如圖2所示。儲能系統(tǒng)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用不僅可以平滑輸出功率，還可以提高電能的利用率。具體而言，當光照充足、光伏陣列產(chǎn)生的電能超過負載需求時，多余的電能可以通過雙向DC-DC變換器儲存在 儲能電池中；而在光照不足或夜間，儲能電池則可以釋放電 能，補充光伏陣列發(fā)電的不足，從而保障供電的連續(xù)性和穩(wěn) 定性。

為了提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，需要對儲能電池 進行選擇，可以采用液流電池、鋰離子電池、鈦酸鋰電池等 多種儲能技術(shù)。不同類型的儲能電池在能量密度、充放電效 率、使用壽命、成本等方面各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場 景和需求進行合理選擇 。同時，需要對智能能量管理系統(tǒng) （EMS）進行優(yōu)化和配置，以有效協(xié)調(diào)光伏發(fā)電、儲能系 統(tǒng)和負載之間的能量流動。EMS通過實時監(jiān)測光伏陣列的 發(fā)電情況、儲能電池的充放電狀態(tài)以及負載需求，動態(tài)調(diào)整 系統(tǒng)的運行策略，以實現(xiàn)能量利用率。例如，EMS 可以在電價較高時優(yōu)先使用儲能電池供電，降低用電成本； 在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，EMS可以迅速切換到儲能模式，保障 供電的連續(xù)性

圖2 光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)

2.2 地熱能發(fā)電中的應(yīng)用

地熱能發(fā)電儲能系統(tǒng)主要包括地蒸汽機組、蓄熱裝置、 儀器儀表監(jiān)控系統(tǒng)、蒸汽機組、電能儲存裝置等。其中，地 熱水泵站負責將地下的高溫地熱流體抽取到地面。這些流體 可以是高溫水或蒸汽，取決于地熱資源的類型。然后將這些 流體輸送到蓄熱裝置中進行儲存和調(diào)節(jié)。蓄熱裝置可以根據(jù) 需要將高溫流體的熱能轉(zhuǎn)化為電能，或者在需求低谷期保存 熱能，在需求高峰期釋放熱能，以此來平衡供需。儀器儀表 監(jiān)控系統(tǒng)是通過對蓄熱裝置與蒸汽機組溫度、壓力、流量等 參數(shù)的實時監(jiān)測和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，確 保發(fā)電系統(tǒng)的安全和高效運行 。現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)還可以 與儲能裝置聯(lián)動，根據(jù)實時數(shù)據(jù)自動調(diào)整儲能策略，實現(xiàn)能 源的至優(yōu)配置。

蒸汽機組是利用地熱流體中的熱能來驅(qū)動渦輪機發(fā)電的 關(guān)鍵設(shè)備。高溫蒸汽通過管道輸送到蒸汽機組，推動渦輪葉 片旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機產(chǎn)生電力。蒸汽機組的效率和性能 直接影響地熱能發(fā)電系統(tǒng)的整體效益。為了提高發(fā)電效率， 現(xiàn)代蒸汽機組通常采用高效的熱交換技術(shù)的材料，以 減少熱能損失和設(shè)備磨損。電池儲能裝置在地熱能發(fā)電中的 應(yīng)用主要是為了平滑電力輸出，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。地熱能發(fā) 電具有一定的間歇性和波動性，電池儲能系統(tǒng)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電能，以備 后用 。常見的電池儲能技術(shù)包括鋰離子電池、鈉硫電池和 全釩液流電池等。這些電池系統(tǒng)不僅具有快速響應(yīng)能力，還 能在一定程度上延長地熱能發(fā)電設(shè)備的使用壽命。地熱能發(fā) 電儲能流程如圖3所示。

圖3 地熱能發(fā)電儲能流程

2.3 風能發(fā)電中的應(yīng)用

在風能發(fā)電系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括平滑輸出功率波動、頻率調(diào)節(jié)與電壓支撐、削峰填谷、備用電源等方面。在平滑輸出功率波動方面，由于風力的不穩(wěn)定性，風能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會隨之波動，甚至在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大的起伏。此類波動不僅影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還可能對用電設(shè)備造成損害。儲能系統(tǒng)可以通過及時儲存和釋放電能，平滑風能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率波動。例如，在風速較高時，儲能系統(tǒng)可以儲存多余的電能，而在風速降低時，儲能系統(tǒng)可以釋放電能，保證輸出功率的穩(wěn)定性。在頻率調(diào)節(jié)與電壓支撐方面，風能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率

波動會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率和電壓的變化，進而影響電力質(zhì)量。

儲能系統(tǒng)可以通過快速響應(yīng)，參與頻率調(diào)節(jié)和電壓支撐。當電網(wǎng)頻率因負荷增加而下降時，儲能系統(tǒng)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，儲能系統(tǒng)可以吸收多余電能，降低頻率，實現(xiàn)電壓支撐功能，維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。削峰填谷方面，儲能系統(tǒng)可以在電網(wǎng)負荷低谷時充電，在負荷高峰時放電，從而實現(xiàn)削峰填谷，優(yōu)化電網(wǎng)的負荷分布，提高電網(wǎng)的運行效率 。在備用電源方面，儲能系統(tǒng)還可以作為備用電源，提供應(yīng)急電力供應(yīng)。當風能發(fā)電系統(tǒng)故障或風力驟減時，儲能系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，提供必要的電力支持，保證重要負荷的持續(xù)供電。

2.4 燃氣輪機發(fā)電中的應(yīng)用

燃氣輪機發(fā)電儲能是通過燃料供給系統(tǒng)將天然氣輸送到燃燒室。天然氣在燃燒室內(nèi)與空氣混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。這些高溫高壓的燃氣迅速膨脹，并流經(jīng)透平葉片，推動透平旋轉(zhuǎn)。透平葉片通過軸連接到發(fā)電機，透平的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而在定子中產(chǎn)生電流，完成電能的轉(zhuǎn)換。將電能儲存到儲能系統(tǒng)中，以便在電力需求高峰期或電網(wǎng)出現(xiàn)故障時進行釋放和使用。如圖4所示。在燃氣輪機發(fā)電儲能過程中，儲能系統(tǒng)可以幫助平衡燃氣輪機發(fā)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(fā)電效率容易受環(huán)境溫度和負荷變化的影響。

通過儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以在短時間內(nèi)補償輸出功率的波動，確 保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。在負荷較低時，燃氣輪機的效率較低， 部分燃料會被浪費。儲能系統(tǒng)可以在這種情況下存儲多余的 電能，并在電力需求高峰期釋放，減少燃氣輪機的啟動和停 止次數(shù)，從而提高整體的能源利用效率。 此外，通過安裝儀器儀表對燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)進行實時 監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，結(jié)合智能控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對儲能系統(tǒng) 的精準管理。通過對燃氣輪機發(fā)電過程中的各種參數(shù)，如燃 料消耗率、發(fā)電功率、排放物質(zhì)等的實時監(jiān)測，可以為儲能 系統(tǒng)提供準確的數(shù)據(jù)支持，從而優(yōu)化儲能系統(tǒng)的運行策略。 在電力需求波動較大的情況下，智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)實時 數(shù)據(jù)調(diào)整儲能系統(tǒng)的充放電策略，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并有 效降低燃氣輪機的運行成本。

圖4 燃氣輪機發(fā)電儲能工作流程

3、平臺介紹

3.1平臺簡介

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。既可以用于儲能一體柜,也可以用于儲能集裝箱,是專門用于設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

3.2產(chǎn)品規(guī)格

3.3系統(tǒng)功能

3.4應(yīng)用范圍

3.5配套產(chǎn)品

4 結(jié)束語

綜上所述，儲能系統(tǒng)的應(yīng)用在提高新能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和可靠性方面起著至關(guān)重要的作用。同時，通過合理的 儲能系統(tǒng)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(wǎng)經(jīng)濟運行水平。例如在光伏發(fā)電中可以 通過儲能系統(tǒng)的調(diào)峰填谷功能，有效降低光伏發(fā)電系統(tǒng)對傳 統(tǒng)電網(wǎng)的依賴度，實現(xiàn)對負荷的可控性提升，進而提高電網(wǎng) 的安全性和穩(wěn)定性。因此，對儲能系統(tǒng)的應(yīng)用進行深入分析 和研究，對于推動新能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

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