安科瑞 陳聰

摘 要：儲能系統對于新能源發(fā)電系統的穩定性和可靠性具有重要作用，能夠實(shí)現能源的平穩輸出和調峰填谷。同時(shí)， 儲能系統還可以提高電網(wǎng)的功率質(zhì)量和有效利用可再生能源。因此，文中將從儲能系統理論基礎出發(fā)，通過(guò)對光伏、地熱能、 風(fēng)能等多種新能源發(fā)電方式中儲能系統的應用進(jìn)行分析，為新能源發(fā)電系統的儲能系統應用提供理論支持和實(shí)際指導。 關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；儲能系統；電網(wǎng)

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引言

隨著(zhù)全球能源需求的不斷增長(cháng)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定性的特點(diǎn)，儲能系統的應用顯得尤為重要。儲能系統不僅能夠平滑輸出功率波動(dòng)，提升電網(wǎng)的穩定性，還能在電力需求高峰時(shí)段提供電力支持，提高經(jīng)濟效益。

1 儲能系統理論基礎

1.1 儲能系統的概念

儲能系統是一種在電力系統和能源管理中的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠將多余的電能在生產(chǎn)過(guò)剩時(shí)儲存起來(lái)，并在電力需求高峰或電源不足時(shí)釋放出來(lái)。這種系統不僅能夠提高能源利用效率，還能平衡供需差異，確保電力系統的穩定運行。儲能系統的應用場(chǎng)景非常廣泛，包括但不限于電網(wǎng)調峰、備用電源、新能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域 。在電網(wǎng)調峰方面，儲能系統可以在電力需求低谷時(shí)儲存過(guò)剩的電能，并在高峰時(shí)段釋放，以平衡電網(wǎng)負荷，減少電網(wǎng)的壓力。在備用電源應用中，儲能系統可以在突發(fā)情況下提供緊急電力供應，保障電力的連續性和可靠性。從技術(shù)角度來(lái)看，儲能技術(shù)可以分為多種類(lèi)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(lèi)

電化學(xué)儲能是目前應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(guò)儲熱材料將熱能儲存起來(lái)，而化學(xué)儲能則利用化學(xué)反應過(guò)程儲存和釋放能量。隨著(zhù)可再生能源的快速發(fā)展和智能電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，儲能技術(shù)將在能源系統中扮演越來(lái)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(lài)，還能夠推動(dòng)能源結構優(yōu)化和能源系統轉型，為實(shí)現可持續發(fā)展目標提供強有力的技術(shù)支撐。

1.2 儲能系統的特點(diǎn)

1.2.1 高效能量轉換和存儲

儲能系統能夠將電能高效地轉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(lái)，在需要時(shí)再將其轉換回電能。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(diǎn)，能夠快速響應電力需求變化。

1.2.2 靈活性和可擴展性

儲能系統可以根據需求進(jìn)行靈活配置，從小規模的家庭儲能系統到大規模的電網(wǎng)級儲能系統都可以實(shí)現。此外，儲能系統的模塊化設計使其可以方便地進(jìn)行擴展，以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的能源需求。

1.2.3 快速響應能力

儲能系統能夠在毫秒級時(shí)間內響應電力需求的變化，這是傳統發(fā)電方式難以實(shí)現的。這種快速響應能力對于平衡電網(wǎng)頻率、提供備用電源和支持電力市場(chǎng)的穩定運行至關(guān)重要。

1.2.4 環(huán)境友好性

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

1.2.5 多功能性

儲能系統不僅可以?xún)Υ骐娔?，還可以提供多種附加服務(wù)，如電壓調節、頻率調節、無(wú)功功率補償等。這些服務(wù)有助于提高電力系統的穩定性和可靠性。

1.2.6 經(jīng)濟性

盡管初始投資較高，但儲能系統在其生命周期內可以通過(guò)提高能源利用效率、減少電網(wǎng)建設成本和降低備用電源成本等方面實(shí)現經(jīng)濟效益。此外，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和規模效應，儲能系統的成本正在逐步下降。

2 新能源發(fā)電系統中儲能系統的應用

2.1 光伏發(fā)電中的應用

光伏儲能發(fā)電系統主要包括光伏陣列、逆變器、雙向DC-DC變換器、儲能電池等如圖2所示。儲能系統在光伏發(fā)電中的應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(guò)負載需求時(shí)，多余的電能可以通過(guò)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性和穩 定性。

為了提升光伏發(fā)電系統的整體性能，需要對儲能電池 進(jìn)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(lèi)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，應根據具體的應用場(chǎng) 景和需求進(jìn)行合理選擇 。同時(shí)，需要對智能能量管理系統 （EMS）進(jìn)行優(yōu)化和配置，以有效協(xié)調光伏發(fā)電、儲能系 統和負載之間的能量流動(dòng)。EMS通過(guò)實(shí)時(shí)監測光伏陣列的 發(fā)電情況、儲能電池的充放電狀態(tài)以及負載需求，動(dòng)態(tài)調整 系統的運行策略，以實(shí)現能量利用率。例如，EMS 可以在電價(jià)較高時(shí)優(yōu)先使用儲能電池供電，降低用電成本； 在電網(wǎng)出現故障時(shí)，EMS可以迅速切換到儲能模式，保障 供電的連續性

圖2 光伏儲能發(fā)電系統

2.2 地熱能發(fā)電中的應用

地熱能發(fā)電儲能系統主要包括地蒸汽機組、蓄熱裝置、 儀器儀表監控系統、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(lèi)型。然后將這些 流體輸送到蓄熱裝置中進(jìn)行儲存和調節。蓄熱裝置可以根據 需要將高溫流體的熱能轉化為電能，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(lái)平衡供需。儀器儀表 監控系統是通過(guò)對蓄熱裝置與蒸汽機組溫度、壓力、流量等 參數的實(shí)時(shí)監測和分析，可以及時(shí)發(fā)現和解決潛在問(wèn)題，確 保發(fā)電系統的安全和高效運行 ?，F代化的監控系統還可以 與儲能裝置聯(lián)動(dòng)，根據實(shí)時(shí)數據自動(dòng)調整儲能策略，實(shí)現能 源的至優(yōu)配置。

蒸汽機組是利用地熱流體中的熱能來(lái)驅動(dòng)渦輪機發(fā)電的 關(guān)鍵設備。高溫蒸汽通過(guò)管道輸送到蒸汽機組，推動(dòng)渦輪葉 片旋轉，從而帶動(dòng)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)電系統的整體效益。為了提高發(fā)電效率， 現代蒸汽機組通常采用高效的熱交換技術(shù)的材料，以 減少熱能損失和設備磨損。電池儲能裝置在地熱能發(fā)電中的 應用主要是為了平滑電力輸出，提升電網(wǎng)穩定性。地熱能發(fā) 電具有一定的間歇性和波動(dòng)性，電池儲能系統可以在電力輸出不足時(shí)迅速補充電力，同時(shí)在電力過(guò)剩時(shí)存儲電能，以備 后用 。常見(jiàn)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。這些電池系統不僅具有快速響應能力，還 能在一定程度上延長(cháng)地熱能發(fā)電設備的使用壽命。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(fēng)能發(fā)電中的應用

在風(fēng)能發(fā)電系統中，儲能系統的應用主要包括平滑輸出功率波動(dòng)、頻率調節與電壓支撐、削峰填谷、備用電源等方面。在平滑輸出功率波動(dòng)方面，由于風(fēng)力的不穩定性，風(fēng)能發(fā)電系統的輸出功率會(huì )隨之波動(dòng)，甚至在短時(shí)間內出現較大的起伏。此類(lèi)波動(dòng)不僅影響電網(wǎng)的穩定性，還可能對用電設備造成損害。儲能系統可以通過(guò)及時(shí)儲存和釋放電能，平滑風(fēng)能發(fā)電系統的輸出功率波動(dòng)。例如，在風(fēng)速較高時(shí)，儲能系統可以?xún)Υ娑嘤嗟碾娔?，而在風(fēng)速降低時(shí)，儲能系統可以釋放電能，保證輸出功率的穩定性。在頻率調節與電壓支撐方面，風(fēng)能發(fā)電系統的輸出功率

波動(dòng)會(huì )導致電網(wǎng)頻率和電壓的變化，進(jìn)而影響電力質(zhì)量。

儲能系統可以通過(guò)快速響應，參與頻率調節和電壓支撐。當電網(wǎng)頻率因負荷增加而下降時(shí)，儲能系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(shí)，儲能系統可以吸收多余電能，降低頻率，實(shí)現電壓支撐功能，維持電網(wǎng)電壓的穩定性。削峰填谷方面，儲能系統可以在電網(wǎng)負荷低谷時(shí)充電，在負荷高峰時(shí)放電，從而實(shí)現削峰填谷，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，儲能系統還可以作為備用電源，提供應急電力供應。當風(fēng)能發(fā)電系統故障或風(fēng)力驟減時(shí)，儲能系統能夠迅速響應，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(fā)電中的應用

燃氣輪機發(fā)電儲能是通過(guò)燃料供給系統將天然氣輸送到燃燒室。天然氣在燃燒室內與空氣混合燃燒，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(dòng)透平旋轉。透平葉片通過(guò)軸連接到發(fā)電機，透平的旋轉帶動(dòng)發(fā)電機的轉子旋轉，從而在定子中產(chǎn)生電流，完成電能的轉換。將電能儲存到儲能系統中，以便在電力需求高峰期或電網(wǎng)出現故障時(shí)進(jìn)行釋放和使用。如圖4所示。在燃氣輪機發(fā)電儲能過(guò)程中，儲能系統可以幫助平衡燃氣輪機發(fā)電的輸出波動(dòng)。燃氣輪機的啟動(dòng)和停止時(shí)間較長(cháng)，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(guò)儲能系統的調節，可以在短時(shí)間內補償輸出功率的波動(dòng)，確 保電網(wǎng)的穩定運行。在負荷較低時(shí)，燃氣輪機的效率較低， 部分燃料會(huì )被浪費。儲能系統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(dòng)和停 止次數，從而提高整體的能源利用效率。 此外，通過(guò)安裝儀器儀表對燃氣輪機發(fā)電系統進(jìn)行實(shí)時(shí) 監測和數據采集，結合智能控制系統，可以實(shí)現對儲能系統 的精準管理。通過(guò)對燃氣輪機發(fā)電過(guò)程中的各種參數，如燃 料消耗率、發(fā)電功率、排放物質(zhì)等的實(shí)時(shí)監測，可以為儲能 系統提供準確的數據支持，從而優(yōu)化儲能系統的運行策略。 在電力需求波動(dòng)較大的情況下，智能控制系統可以根據實(shí)時(shí) 數據調整儲能系統的充放電策略，確保電網(wǎng)的穩定性，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(jiǎn)介

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實(shí)現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、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(xiàn)、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(zhuān)門(mén)用于設備管理的一套軟件系統平臺。

3.2產(chǎn)品規格

3.3系統功能

3.4應用范圍

3.5配套產(chǎn)品

4 結束語(yǔ)

綜上所述，儲能系統的應用在提高新能源發(fā)電系統的穩 定性和可靠性方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用。同時(shí)，通過(guò)合理的 儲能系統配置和運行策略，可以有效平衡不同時(shí)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(guò)儲能系統的調峰填谷功能，有效降低光伏發(fā)電系統對傳 統電網(wǎng)的依賴(lài)度，實(shí)現對負荷的可控性提升，進(jìn)而提高電網(wǎng) 的安全性和穩定性。因此，對儲能系統的應用進(jìn)行深入分析 和研究，對于推動(dòng)新能源發(fā)電系統的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

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