储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析

张源

【摘要】：我国能源技术不断的发展，对于电力系统中的储能技术的应用也在广泛的使用。发展规模化储能是满足日益增长的电力需求、电网削峰填谷以及增加可再生能源并网消纳的重要途径，储能技术在电网中的应用将大幅提高电网运行的安全性、可靠性、经济性和灵活性。本文首先介绍几种适合规模化发展的储能技术类型，对比分析了这些储能技术的优缺点，指出了影响规模化储能应用的因素。

【关键字】：储能技术；光伏并网发电系统；应用

引言

随着经济的发展，利用太阳能的光伏发电对于我国能源节约性和环境友好型社会的建立具有重要意义。但单纯的光伏并网发电系统存在着供电不稳定等问题，储能技术在光伏并网发电系统中的应用对这些问题具有良好的解决作用。本文将对储能技术在光伏并网发电系统中的应用进行探究。

1、光伏并网发电系统基本结构

在光伏并网发电系统的基本结构中，包括了光伏电池阵列、功率追踪器、蓄电池组、逆变器和交流负载、交流电网等多个部分。其中，逆变器可以实现电网和光伏发电系统的连接作用。依据有没有作为储能容器的蓄电池，可以将其系统具体分为两种，即可调度式并网光伏发电系统和不可调度式并网光伏发电系统。前者在逆配电器中配有负载开关和主开关，能够让系统实现不间断供电，而后者的逆变器可以把光伏电池板产生的直流电能转化成为与电网电压同相且同频的交流电，在主电网发生断电现象时，系统会对电网的供电工作自动停止。目前来看，作为具有重要作用的逆变器具有五大发展趋势。

2、储能的分类

2.1压缩空气储能

压缩空气储能是在系统电量富余时，将过剩电量驱动压缩机压缩空气，将其注入到一定的储气系统中；当系统电量匮乏时，对储气系统中的压缩空气进行再释放做功的技术。压缩空气储能成本较低、易操作、存储容量较大、无污染，综合效率高。传统利用自然岩洞或废弃矿井作为储气空间的压缩空气储能系统单机存储容量大，多在百兆瓦级以上，但其对地址条件要求严格。随着高压容器技术的发展，新型压缩空气储能利用高压容器进行空气存储，尽管容量较低（一般在10MW以下），但其不受地理条件限制，系统更加灵活。

2.2超导磁储能

超导磁储能技术利用变流器将电能存储在超导线圈中，必要时再将超导线圈贮存的电能释放的技术。超导磁储能利用超导线圈在超导状态下电阻几乎为零的特性，电流密度高，热损耗极低，具有响应速度快（1-100ms）、功率密度高、寿命长、无噪声污染等特点。然而目前超导材料及维持低温成本仍然很高，且超导磁体存在失超保护等问题仍需解决。

2.3超级电容储能

超级电容储能是利用电解质极化形成的正负电容性存储层来实现储能的，其充放电响应快、功率密度高、使用温度范围广、寿命长，但其能量密度相对较低；同时超级电容自放电率较高，一般只适用于短时间和较大功率下的用电环境，且电容元件易损耗。

3、储能技术在光伏并网发电系统中的应用

3.1电网频率调节

调频是维护电网安全运行的关键技术，为保证电力系统安全稳定运行，要求调频机组能快速、精确地响应调度指令。大型火电调频机组持续运行导致发电机组负荷率下降和环境污染等问题。储能技术参与调频服务的最大优势是其具有快速和精确的响应能力，单位功率的调节效率较高。储能技术非常适合解决短时电力供应和需求之间的不平衡问题，为电网提供调频服务，其调频响应速度远快于常规火电机组。根据美国电力市场的调频电源比较分析，储能调频效果是水电机组的1.7倍，是燃气机组的2.5倍，是燃煤机组的20倍以上。具有快速调节能力的储能技术能够更有效地提供调频服务。应用于电网调频储能系统的性能指标主要有系统寿命、持续发电时间、响应时间和循环效率等。

3.2电化学储能类

电化学储能传统是以铅酸电池和锂离子电池为主，随着技术的进步，铅酸电池和锂离子电池在生产制造工艺取得一定的进步。大规模存储对电池储能系统要求越来越高，一些新型电池如全釩液流电池以及钠硫电池等被不断研发出来；而随着电动汽车等产业的快速增长，锂空气电池、锂硫电池等也被开发以适应未来汽车发展的需求。以下介绍几种典型电池发展现状。

3.3复合储能型光伏并网系统

现在，简单的光伏系统具有输出功率不稳定的特点，负荷储能型光伏并网系统是储能技术在光伏并网当中的应用具有一定的代表性，现已我国某电力企业采用的复合储能型并网发电系统进行分析，根据它的结构可以发现它采用的是超级电容器（Super-capacitor）和蓄电池（Battery）复合储能的方式，这种结构方式对于系统并网功率的稳定性具有量好的作用，且能够对并网电流的谐波含量起到有效降低的作用。在其结构中，还包括了Boost变换器、光伏阵列等元件。利用超级电容器和蓄电池的互补性能，这种复合储能型的光伏并网发电系统可以具有较好的稳定性，且对于光伏并网功率波动的问题可以得到良好的解决，进而将并网电流波形质量进行改善，让光伏电站的可调度性提高，将自身对于外界因素的抵抗能力增强。

3.4在电网电能质量控制上的应用

在电网电能质量控制上，将储能技术应用在光伏并网发电系统中，可以对光伏电源的供电特性进行改善，进而提高供电的稳定性，利用合理的逆变控制措施，储能技术让光伏并网发电系统可以对调整相角、有源滤波及电压等进行控制。储能技术在光伏并网发电系统中可以为用户提供良好的断电保护功能，当正常的电力供应无法提供给用户的时候，光伏系统可以为用户供给电能，而在电力系统自身发生故障或者是用户用电存在危险隐患的时候，光伏并网系统会选择自动断电，并将断电之后所发出的电能进行自动储存。以光伏并网用户使用分时计费市电作为基础，将储能技术在此系统中进行应用，可以实现负荷转移。其本身和电力调峰上的应用技术较为相似，在低谷期，储能系统可以在满足基本需求的情况下，将多余电能进行储存，然后在高峰期释放。

结语

综上所述，储能技术在光伏并网发电系统中的应用可分为电力调峰、微电网及控制电网电能质量这三个方面，它可以为供电系统提供更加稳定且更加高效的供电效果，而复合储能型光伏并网系统能够进一步地将储能型光伏并网发电系统的作用充分发挥出来。

【参考文献】：

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