储能技术在光伏发电系统中的应用

闫中元

中煤天津设计工程有限责任公司 天津 300131

社会的持续性发展，使得能源需求不断增加，基于能源需求与环境恶化的矛盾日益凸显，需要大力发展光伏发电系统进行弥补。当前，我国能源结构不断的优化，传统能源与光伏发电系统共存，导致电网系统更加复杂。基于光伏发电系统的强力支持下，需要大力推动光伏发电系统领域的光伏发电系统，保障社会的用电压力需求。在光伏发电系统中合理应用储能装置，可以有效降低光伏发电机组实际工作过程中因波动引起的功率变化，降低功率变化对电网和敏感负荷的影响，并保证光伏系统能够实现从离网状态到并网状态的平稳过渡，实现整体供电质量的提高。

1 光伏发电系统概述

从当前的角度对能源技术进行分析，太阳能是最常见的新能源。利用光伏发电为电网提供电力，保障源源不断的电力，依托的是太阳本身较强的可再生性。与其他能源相比较，太阳拥有的能源是取之不竭的，并且具有稳定性。可以在设备转化基础上，将其转化为电能。例如，太阳能池板利用设备收集太阳能，对太阳能进行处理后，产生集热效应。但是与其他的新能源相比较，光伏发电系统能提供的电能较低，难以为功率较大的电力设备提供电力。因此，只能应用于功率较小的设备或者系统中，保障光伏发电的有效应用。同时，研究人员需要基于太阳能的应用基础上，着手研发新技术，保障光伏发电系统能得到更广泛的应用，提升太阳能的利用率。

2 光伏发电系统对电网运行带来的影响

当前关于光伏发电系统的开发领域，对于能源的转化主要集中于太阳能源上，利用设备转化能源，保障光伏发电系统的有效运行。与传统的能源相比较来说，风能等能源进行光伏发电系统电力供应，更受制于自然环境的影响，会因为环境因素，存在一定的间歇性问题。若将光伏发电系统应用于电网运行中，难以保障电网的稳定性，严重时会对社会用电造成影响。光伏发电过程中，当其装机占据整体系统一定比例，过小还可以保障电网运行；当占据比例过大，无法保障电网的稳定性，需要借助储能系统降低其不确定因素带来的影响，为电网提供稳定的电力。因此，加强储能技术的研究，也是推动可再生能源进一步发展的重要条件，也是未来光伏发电系统供电发展的必然趋势。

2.1 运行调度

光伏电源自身具有一定的可调度性，但是这种可调度性会在一定程度上受到外界天气因素的影响，尤其是在一些天气变化相对较快的城市或是海拔相对较高的地区，天空中的云层对于光伏电源可调度性的影响更加明显。在电网运行商的调度系统中，如果光伏电源的整体占比相对较高，且高于临界比例，在进行电力调度的过程中就需要采取一系列的保障措施，确保电网运行过程中的可靠性以及安全性能够切实得到保障。除此之外，常规电价与光伏电价之间还普遍存在一定的差异，因此，在对电网进行调度的过程中也需要充分考虑经济性的相关问题，但是上述的所有操作都需要最大限度地避免给电网系统运行过程中的安全带来不利影响。

2.2 系统保护

光伏发电系统在实际运转的过程中，如果遇到光照相对强烈的情况，那么电站在实际进行输出的过程中功率也会相应增加，进而引发一系列的连锁反应，最直接的表现就是短路电流的增加，进而增加过流保护在配合过程中的难度，加大失误问题的发生概率。除此之外，电站输出功率的变化也会在一定程度上影响熔断器的常规工作，进而给电网系统的整体运转带来十分不利的影响。若光伏发电系统在工作的过程中没有正常接入配电网，支路潮流在实际运转的过程中则多数情况下是属于单向性输出，且这种单向性输出缺乏必要的保护措施。而在光伏发电系统运转的过程中，当配电网接入之后，配电网络自身的性质也会相应地发生变化，转成多元配电网络，但是在这一过程中，网络潮流的流向则会体现出较强的随机性特点，控制难度进一步增加，为了保证系统整体的运转安全，则需要在系统中常规进行方向性保护装置的安装。

2.3 电能质量

光伏发电系统在日常开展发电工作的过程中，经常会受到外界环境因素的影响，尤其是在阴雨天，空中巨大的云层，在一定程度上会遮挡住阳光，就会导致光伏电源的功率在短时间内大幅度上升或是下降，尤其是对大型的光伏系统影响更为普遍，系统内的电压在短时间内就有可能出现闪变，进而出现较大的频率波动，除此之外，也有部分类型的光伏发电系统是进行直流电发电的，在进行电网接入的过程中，如果采用的是逆变装置法，那么，谐波的出现概率也会大幅度增加，进而使电网系统的正常运转受到影响。

3 储能技术需求

光伏发电系统互联网呈现出明显的开发性、互动性、智能性，以先进的技术为基础，形成完整的体系，为人们提供优质的服务，其能源网络对储能技术的需求主要表现在以下几方面：

3.1 发电领域的需求

光伏发电系统的互联网架构具有很强的特点，需要根据建立太阳能、风电等可再生能源发电基地。但在实际应用过程中仍存在一些技术问题，制约了其整体发展，需要进一步的技术创新才能满足实际需要。比如现有的太阳能、风电等发电能源呈现出明显的波动性和间歇性，对光伏发电系统有一定的影响，因此功能有待进一步完善。光能和风能的预测偏差也是影响资源利用效率的关键问题。要突破资源约束，提高资源利用水平。

3.2 配电领域的需求

现阶段，在电网发展过程中，要根据实际情况解决大容量技术中存在的调峰调频问题，保证电能质量的提高。比如要解决电网频率调节不足的问题，减少频繁切换造成的频率调节功率损耗，从而保证整体稳定，提高能效。为了提高调度指令的可靠性，可以根据指令的变化对输出电平进行优化，从而保证配电网的可靠性，为用户提供高质量的服务。同时，要解决传统的电压凹陷、谐波等问题，提高电能的整体质量。

3.3 用户侧需求

加强能源用户需求管理，根据现阶段实际情况进行优化，确保储能技术水平的提高，满足用户重要负荷的供电可靠性需求。同时，还要优化用户对热能的需求，优化现有的电蓄热技术，采用不同形式的储能，实现能源转换，尽可能减少化石能源的消耗。例如，下表为现阶段储能技术应用需求，如表1 所示。

表1 储能技术应用需求

4 储能技术在光伏发电系统中的应用

4.1 在电力调峰的应用

所谓电力调峰，主要操作的目的就在于使峰电时段电网负荷较大的时候，居民以及工厂的用电需求能够最大限度地得到满足，但是，要能够在一定程度上对于用电进行调控，使电网负荷的压力能够得到有效降低。从电网内部储存装置自身的特点来讲，其本质上具有一定程度的灵活性，在电网功率负荷相对较低的阶段，能够将光伏发电系统在实际工作过程中产生的电能进行存储，存储的电能主要是在负荷高峰时段进行释放，这样的操作方式能够使电网在实际进行供电过程中的可靠性得到较大幅度的提升，使电网系统的常规运行能够真正保证稳定，有效避免因电网负荷功率较大而导致的电网运转故障问题出现，保证供电稳定的基础上，使区域的用电需求能够真正得以有效满足。我国各个地区在不同时间段用电总量存在波峰以及波谷一直是一个普遍存在的问题，且这一问题一直以来都受到了社会各界的关注。尤其是在用电的波峰阶段，由于需要加大发电量来保证电能供给，导致电网的负荷进一步加大，此时一旦电网在运转的过程中出现故障，则会在一定程度上导致供电停止的问题，不仅会影响人民的生产以及生活，同时还会在一定程度上影响人民对于供电单位的信任，降低本单位自身的市场竞争力。由此可见，通过将储能技术应用到电力调峰的过程之中，不仅能够有效减轻供电峰值时期电网所需要承担的负荷，同时也能够使在峰谷时期电网能够正常运转，进而有效弥补波峰以及波谷不同时段因供电量调整而给光伏发电系统带来的冲击，确保光伏发电系统能够维持稳定运转，降低光伏发电系统故障问题的发生概率。

4.2 在电网电能质量控制的应用

在光伏并网发电系统的实际运转过程中，要想使电网电能的质量能够得到有效控制，储能技术的合理应用必不可少，通过在光伏并网发电系统中合理应用储能技术，使光伏电源在实际供电的过程中性能能够得到最大限度的稳定。在这一过程中，工作人员通常情况下会采取一系列的措施对光伏并网进行逆变控制，光伏并网发电系统在实际工作的过程中，其所产生的电能质量也能够得到有效控制，而在这一过程中，最主要发挥作用的就是我们所说的储能控制系统，通过充分发挥储能系统自身的作用，不仅能够对有源滤波进行调整，同时还能起到稳定电压的作用，使相角能够始终处在合理的范围之内，并在相角出现偏差的时候，及时进行调整，保证电网的发电质量。

4.3 在负荷转移中的应用

在将储能技术应用在光伏发电系统的过程中，负荷转移技术与前文中提到的电力调峰技术在运转原理方面有一定的相似之处，但是相比较于电力调峰技术来说，负荷转移技术具有更高的灵活性。在负荷的低谷阶段，光伏发电系统在实际进行发电的过程中如果产生了多余的电能，为了有效减少能源的浪费，则能够根据实际情况对多余的电能进行储存。而在负荷的高峰阶段，由于用电需求的增加，光伏发电系统在发电的过程中所释放出的电能则很难满足实际需要，此时，储能系统就可以将自身在之前储存的多余的电能释放出来，使电网在供电的过程中能够最大限度地保证稳定。通过将储能系统与光伏并网发电系统联合使用，两者在相互配合的过程中，则能够有效减少光伏并网发电系统在高功率负荷运转的过程中根据波峰以及波谷用电量的不同而调整发电量给系统带来的冲击，使高峰阶段市电的需求能够得到有效减少，在保证用户用电的基础之上，减少用户的用电支出，不仅保障了供电系统自身的经济效益，同时也在一定程度上保障了用户的用电需求。

4.4 复合型储能光伏并网技术的应用

传统的光伏并网发电系统所需要应用的储能技术十分简单，而且其功率运行并不十分稳定，所以在此基础上，通过技术升级并使用复合技术，就能保证复合储能型光伏并网系统的应用可以真正实现提高当前并网系统的应用效率。在我国的光伏发电系统当中，这种复合型技术的应用十分广泛，其中很多企业在建设复合储能型光伏电网的应用时，可以使用超级电容器加蓄电池的组合方式，这样通过蓄能就能保证在系统运动时，可以有效降低整体网流的谐波含量，这也可以保障电网功率输出的稳定性获得有效提升。同时，这种系统还可以搭载变转器和光伏阵列等其他电子元件，实现利用超级容器和蓄电池之间的优势互补来确保在进行运转的过程中可以使功率波动问题得到有效缓解，还能真正实现对并网电流波的质量进行调整，这样就能确保通过此方式来提高光伏电站的整体应用性能。

5 多元复合储能

在光伏发电系统中对储能技术进行应用的过程中，除要考虑所选储能系统的技术性能之外，还应当将经济性作为考虑因素。不同的储能装置技术参数有所差别，具体包括以下几个方面：循环寿命、能量、周期效率等等。然而，现阶段并没有任何一种储能装置可以完全达到上述要求，解决这一问题最为有效的途径是多元复合储能。所谓的多元复合储能实质上就是将机械储能、电磁储能、电化学储能等不同类型的储能技术或装置，通过合理的方法组合到一起，形成一个全新的储能系统，该系统具备多种储能技术的性能，并且能够实现技术方面的优势互补。通过SMES 与蓄电池复合的储能系统对风电场的功率波动进行平抑，确保风电处理的平稳性与可控性。超导磁的输出与蓄电池的输出相同，全部都是直流，为确保输出能够顺利接入到电力系统当中，需要对直流进行转换，使其变为交流，这个过程可以通过变流器来实现。变流器会按照控制器实时传输的指令，对两个储能单元的充电与放电过程进行精准控制，通过变流器与复合储能系统的协同运作，可实现电力系统电流的动态调节。储能单元的能量变换由斩波器与变流器配合实现，在此基础上，可通过直流电流的形式，对能量进行存储。之所以采用上述结构，与其所具备的优势密切相关，具体如下：复合储能系统中的储能单元能够拥有属于自己的独立变流器，这样便可按照上层传输过来的指令实现精确控制。

6 结语

现阶段光伏发电系统中所使用的储能技术相较于以往已经有了较大幅度的进步，但是，研究人员还需要进一步开发新的储能装置，使我国光伏并网发电能够真正得到发展，使其应用范围能够真正得到扩大，让太阳能光伏并网发电技术能够真正使我国的更多人民受益，使发电能够真正做到绿色环保，进而有效减少以往火力发电给环境带来的不利影响。