储能技术在光伏发电系统中的应用探讨

储能技术在光伏发电系统中的应用探讨

于智新 ,马春雷

华电潍坊发电有限公司，山东省潍坊市  261204

摘要：从光伏发电系统的总体结构来看，储能单元是其中一个非常重要的组成部分，它的主要功能是维持系统的运行可靠性、运行安全性和运行的稳定性。所以，在设计光伏发电系统的储能单元的时候，除了要确保储能单元的性能优异之外，还必须根据储能单元的实际运行状况，构建出一种高效、合理的控制策略，使得微网系统在运行的过程中，其有关的需求可以得到迅速的响应，这也是目前针对相关问题的研究中必须要注意的。

关键词：储能技术，光伏发电，应用模式

0 前言

在国家政策的指导下，在碳达峰、碳中和的背景下，以光伏发电技术为代表的新能源发电系统日益走向市场，并与电网相结合。太阳能电池板的间歇性和波动性等因素会导致部分太阳能电池板的“弃光”，这一问题在我国西北地区尤为突出。因此，将蓄能技术和大规模电站有机地融合到一起，以增强太阳能的吸收和利用，减少能源的浪费，是非常有必要的。

1 储能技术的状况

1.1 储能类型

电能释放的储能方式有许多种，主要有电磁储能和电化学储能、热储能和化学储能、机械储能等。不同的发电模式会在某种程度上对电力等可再生能源的发电效率产生影响。所以，有关人员应该使用自己独特的发电处理技术，将各种储能技术的固有属性（比如功率密度和能力密度）有机地结合起来。

1.2 不同技术类型储能的主要特点

近几年，各种类型的蓄电池在国内逐步得到普及和使用，当前，世界上储能技术的发展以电化学储能为主。从长远来看，机械储能仍然是目前技术最成熟和最大规模的储能技术，但是其成本降低的空间很小，而电化学储能的成本可降低50%~60%，是最具发展前景的一种储能技术。与之前提到的主要能量存储技术相比，压缩空气储能中的高负荷压缩机技术，飞轮储能中的高速电机、高速轴承和高强复合材料等关键技术，化学电池储能中的关键材料的制备与批量化、规模技术，尤其是电解液、离子交换膜、电极、模块封装和密封等关键技术，超级电容中的高性能材料和大功率模块化技术，还有超导储能中的高温超导材料和超导限流技术等，都是未来储能技术发展和突破的主要方向。

2 光伏发电系统对电网运行带来的影响

2.1 运行调度

光伏电源本身具备一定的可调度性，但其可调度性会在某种程度上受外部天气因素的影响，特别是在一些天气变化比较快速的城市，或者是海拔比较高的地方，天上的云层对光伏电源可调度性的影响更为显著。在电网运行商的调度体系中，若光伏电源总体所占的比重比较大，并且超过了一个关键的比重，那么在进行电力调度时，就必须要有一系列的保证措施，保证电网运行的可靠性和安全性。此外，由于传统电价和光伏电价一般都有一定的差别，所以，在对电网进行调度时，也要充分考虑到经济性的有关问题，但以上的一切操作都要尽量减少对电网系统的安全造成的不良影响。

2.2 系统保护

光伏发电系统在实际运行的过程中，若遇到光照较强的条件，则电站在实际进行输出的过程中，功率也会随之增大，从而引起一系列的连锁反应，最直接的体现就是短路电流的增大，从而增加过流保护在配合过程中的难度，增大失误问题的发生几率。另外，发电量的波动还会对保险丝的正常工作产生一定的影响，从而对整个电网的运行产生非常不好的影响。如果在不与配电网络连接的前提下，在实际运行中，支路潮流往往是单向的，而单向的，缺少对单向的防护。而在光伏发电系统运行的过程中，随着配电网的接入，配电网自身的性质也会随之改变，由单一配电网络转变为多元配电网络，这就意味着系统内各部分之间的相互联系和相互作用更加紧密。然而，在这一过程中，由于网络潮流的流向会表现出较强的随机性，从而使控制的难度进一步增大，因此为了确保系统整体的运行安全，就必须在系统中按常规进行方向性保护装置的安装。

2.3 电能质量

在光伏发电系统的运转过程中，外部环境因素的作用十分显著，尤其是在多云天气，天空中有大量的云层，会在某种程度上将太阳的光线给遮蔽，这就会造成光伏电源的功率在短期之内会有很大的起伏，这种情况对于规模庞大的光伏系统来说更加常见，因为在短期之内，系统中的电压就有可能发生闪变，从而产生较大的频率波动。另外，也有一些类型的光伏发电系统是进行直流电发电的，在进行电网接入时，若使用的是逆变装置法，则谐波的发生几率会大大提高，从而影响到电网系统的正常运行。因此，为了确保光伏发电系统运行安全、稳定、高效，需要在日常运行中对其进行及时检测和维护。

3 储能技术在光伏发电系统中的应用

3.1 平滑出力波动

光伏发电是以太阳为能源，在夜间不能产生电能。通过引入能量存储设备，并结合相应的控制策略，实现对光伏系统出力的实时跟踪，在高出力状态下进行能量存储，在低出力状态下进行能量存储，在低出力状态下进行能量释放，实现稳定的输出，同时实现对光伏出力的精确预测。从已有的研究结果来看，蓄电池组在抑制输出功率波动方面起着非常重要的作用。

3.2 增加太阳能的消纳能力

西北地区拥有丰富的太阳能资源，属于第一类能源区域。但是，西北地区是一个地广人稀的高原地区，人口密度和数量都很小。与此同时，与全国其它地区相比，我国的产业发展相对滞后。因而，与华北、华中和华南相比，西北部的负载压力要小得多。因而，在具有高渗透率的西北部，经常出现因发电与负载不匹配而导致的“弃光”，带来了巨大的损失和负面效应。在这种情况下，将储能系统应用到电力系统中的调峰调频等辅助服务中，通过对能源管理系统的统一调度，并与光伏电站的自动控制系统进行组合，进而对储能系统的充放电时间及次数等进行控制，能够在发电侧减少弃光现象，提高太阳能的消纳能力，提高能源利用率，从而产生良好的经济效益。

3.3 提升供电可靠性储能系统

可以起到削峰填谷的效果。在用电高峰时期，电力存储系统能够将其所存储的能量转换成电力，并将其输入到电力网络。当负荷处于低谷时，储能系统能够将电力系统中的过剩电能转换成相应的能量存储，从而实现电力系统的“削峰填谷”，从而达到电力系统的均衡。同时，该蓄能系统还具有后备能源的作用。在某些微电力网络中，在微电力网络处于孤岛状态时，通过蓄能装置来为微电力网络提供孤岛所需要的电力。

3.4 改善电能质量

由于受气候、温度、组件倾角等因素的影响，光伏发电系统的出力将发生显著的波动，使得其出力具有很大的不确定性，使得其出力的预报变得更加困难，同时也会对电网中的谐波带来很大的影响。大规模的光伏并网会导致电压波动加剧，导致调压设备的频繁运行，降低电网的电能质量。将储能器与太阳能电池并网后，通过与之对应的能源转化系统，通过对储能器的充电和放电进行调控，实现对电网的调峰，从而实现对太阳能电池的高效利用。

结束语：由于光伏发电自身具有的间歇性和波动性，在接入到电力系统后，会对电力系统的稳定产生影响。而能量存储设备的引进和使用，极大地缓解了这个难题。储能技术能够从某种意义上解决电力供应中的“随机应变”问题，从而提升电力供应的可靠性，改善电力质量，提升电力系统的稳定性。

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