储能技术在风光发电中的应用

王新春

（甘肃汇能新能源技术发展有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

引言：随着自然界中不可再生资源的消耗，以及煤、石油对环境的破坏，有必要开始寻找可替代的清洁能源，加紧风光发电研制的工作。近年来人们的目光逐渐被光能、潮汐能、水能等天然能源低污染的特点所吸引。其中风力发电、光能发电常用于经济发展水平较低以及较偏远地区的供电。而风能发电和太阳能发电受自然因素影响大，拥有极大的不可预测性风险，在此基础上合理运用混合式发电装置能够起到很好地对外界不确定因素的抗衡能力。

一、储能技术的种类划分以及应用

所谓的储能技术就是将电能、光能等能量同故宫一个媒介转换成其他更利于保存的能源，以达到随时用随时取的目的。将收集或生产得来的能量通过一种转换装置转换成另一种能量行使保存，在将要使用时转换成所需要的能量形式的一种技术。

储能使电能具备时间空间转移能力，对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。在新能源大规模并网应用中，电化学储能是除抽水蓄能外装机规模最大的储能形式。以锂离子电池、铅酸电池、液流电池为主导的电化学储能不仅在电池本体技术和系统集成技术层面取得了重大突破，并且在发电领域的场景应用范围也实现了重要扩展。目前主流技术路线为磷酸铁锂电池储能系统

二、储能电池的选择

在进行储能电池选择时，要确保储能电池满足应用于多形式切换，每种储能方式都拥有其独特的特点，其中抽水储能由于受到地形和水文的影响不适用于短期和就近风光发电装置的结合，而飞轮储能方式虽然拥有寿命长，对环境污染小的优势，但由于其密度较低的缺点就导致了无法应用于大型储电站的建造。超导储能技术由于技术还未成熟且造价成本过高目前未具有相应的价值。化学储能方法是目前开发程度最高的一种储能技术，被广泛应用与各行各业而铅酸电池是目前最成熟的一种储能电池其拥有造价低廉、放电功率大等多方面优势，但对运行稳定性有较高的要求。高温作业时无法采用钠硫电池，且钠硫电池生产成本高工艺复杂因此不适合应用于大规模的作业当中[1]。超级电池虽然具有较长的使用寿命和大功率充放电的优点，但由于其能量密度过低仅占铅酸电池的十分之一因此也无法正常运用于大规模的建设中，磷酸铁锂电池是近几年新研发的一种电池其拥有能量密度大、使用次数等多方面的优势被广泛应用于储能系统当中，是一种良好的储能装置。磷酸铁锂这一动力电池与铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池等相比额定电压更高、质量比能量更大、循环使用次数更多同时也更环保，但是由于生产技术要求高生产成本也比其他电池高。而与其他锂离子电池如钴酸锂、锰酸锂相比其成本要明显更低。我国储能建设起步低但发展迅速，2021 年四月我国为促进储能的相关发展发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见（征收意见稿）》征收储能发展的宝贵意见，而磷酸铁锂储能装置无疑拥有着良好的发展前景。

抽水蓄能电站一般情况下都会安置着抽水的水泵以及水轮机，在使用电负荷低谷的时候，抽水蓄电站就可以利用电力系统来产生部分剩余电量，这样就可以有效的在电负荷无法工作的情况下，将水库下方的水来抽取到了水库的上方，并且再将这部分的低谷电能转换成为水的是能来进行保存，等到下次电负荷可以正常使用时，就可以将水库上方的水来通过水轮发电机组重新放回水库的上方，谁的事能就转换成为了电能，送回到了电网，这样不断地进行交换，在一方面解决了电力系统的调峰工作问题，还提高了电力系统的安全性能以及经济性能。在普通电容器与蓄电池之间有一种性能是超级电容器，超级电容器是通过极化的电解质来进行储存能量的，超级电容器的材料一般是采用活性炭、金属氧化物、活性炭纤维等等材料来进行制作的，这类电容器具有良好的导电性能，并且还有着一定的化学稳定性。

三、储能电站的设计

（一）储能技术在风光互补发电系统中的应用

将储能技术应用到独立风光发电系统中具有重要现实意义，其能够有效解决风光发电的不稳定性、无法预测性、以及依靠天气变化等问题做出极为有效的措施，将富余的能量保存下来一保证能量负荷时能够有效应对，同时还能够减少储存和能量的浪费，提高能量的利用效率。目前，国内外越来越重视经济可行的储能方式，并将其应用到风光互补发电系统中。

电化学储能因其快速响应、爬坡率大等特点可在大规模新能源并网中发挥有功功率波动平抑、一次调频支撑、被动响应无功支撑和计划出力跟踪等功能，主动支撑电网稳定运行，降低新能源机组波动性，提升其可控、可计划性。另外，大规模的电化学储能还可实现弃风、弃光回收功能，在限电情况下一定程度挽回投资损失电量

（二）储能容量的选择

目前国内外科研院所相继展开了针对新能源发电系统的研发，但都处在初期阶段。其中研发的混合储能系统和飞轮蓄电池储能优化方案两种方式，都能够有效地促进储能系统的经济效益的提高，但是这两种方式比较单一，仅针对独立负荷供电系统。而日本提出的一种根据平花时间常数和放电性能之间关系更有利于计算出最佳电池容量。为了使风光发电机的波动处于一种平稳的状态，可以选择储能时间为两小时风光发电机装置，以达到稳定发电的目的。

（三）储能装置设计

储蓄能源的电站是由许多的电池阵列串并联所组成的，在当前阶段下，我国生产的锂电池的容量正在从几十毫安扩大到几百毫安，最小的容量是35毫安，最大的容量达到了500 毫安[2]。电池组的串联数量是根据着PCS 的直流侧输入电压中的范围去确定的，并且之后由储能模块的容量来确定需要多少个并联的电池串数量，将电池串并联之后就构成了一个完整的储能电池。PCS 功率的处理单元是由DC/AC 的功率模块以及EMC 的滤波器以及各个控制单元所组成的，电池组的单元输出直流电压经过了三相桥式的变换器变化为正弦波的交流电，并且通过了接触器以及交流EMC 的滤波器进入到交流的控制单元中。在进行直流侧配置系统与交流配置相比在出现故障时能够通过蓄电池恢复运行，重新供电。而交流操作则需要进行进线pt 转换取得操作电源来合闸，其安全性都不如直流侧配置系统，此外交流电机铜线使用少，仅定子绕组使用成本就低得多，而直流定子转子、换向器、绕柱都使用铜线且工艺复杂，因此直流要比交流成本高。

结束语：随着清洁能源技术的不断发展，光能发电和风能发电在电网中的比重越来越大，为了降低风光发电不稳定性以及不可预测性对电网造成的冲击，就要加大研究规模储能系统，促进风光发电在电网中的稳定性，同时加大风光发电的研究也有利于未来构建智能电网。独立风光发电互补技术是一项发展前景广阔的技术，其比单独的风力发电和光伏发电拥有更稳定的系统，是一种可再生资源的发电技术，随着人们对储能技术的不断深入了解我们可以预测风光互补技术在储能技术方面具有宽广的道路。

在实际工程项目的应用中针对光伏以能量型应用为主，对风电以功率型应用为主。光伏发电项目有很强的规律性，光伏+储能项目充电电量来源为场外弃光电量和场内高峰期富裕电量两部分，充能更规律更稳定，储能电量更多，充放电更规律，电量释放与社会用电需求吻合度更高，光伏储能具有更好推广应用价值。