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安科瑞 劉邁
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?zé)崮堋?風(fēng)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)
0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(biāo)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)取_@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(dāng)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?zé)崮馨l(fā)電中的應(yīng)用
地?zé)崮馨l(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(zé)將地下的高溫地?zé)崃黧w抽取到地面,。這些流體 可以是高溫水或蒸汽,取決于地?zé)豳Y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 ?,F(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?zé)崃黧w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?zé)崮馨l(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?zé)崮馨l(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?zé)崮馨l(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?zé)崮馨l(fā)電設(shè)備的使用壽命,。地?zé)崮馨l(fā) 電儲能流程如圖3所示。
圖3 地?zé)崮馨l(fā)電儲能流程
2.3 風(fēng)能發(fā)電中的應(yīng)用
在風(fēng)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(fēng)力的不穩(wěn)定性,,風(fēng)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(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率波動,。例如,,在風(fēng)速較高時,儲能系統(tǒng)可以儲存多余的電能,,而在風(fēng)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(fēng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)故障或風(fēng)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(zhǔn)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(zhǔn)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,。
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