储能技术在光伏并网发电系统中的应用和改进_李帅.pdf

超越照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明118储能技术在光伏并网发电系统中的应用和改进李 帅国能宁夏鸳鸯湖第一发电有限公司，宁夏 银川 750000摘要：新能源光伏并网发电系统主要由太阳能组件、储能单元、并网逆变器、负载和电网等部分组成，其中，储能单元是系统的重要组成部分，其主要用于维护系统整体的运行可靠性、安全性、稳定性。在应用光伏并网发电系统的储能单元时，不仅要保证储能单元具有优越的性能，还需要针对储能单元的实际运行情况，建立合理的控制策略，通过应用储能技术，调节电能的收集与释放过程，维持电网系统的运行稳定性。文章主要分析光伏并网发电系统的结构和特点，重点研究了储能技术在光伏并网发电系统中的应用，并提出了储能技术未来的改进措施，从而提高光伏并网发电系统的效率与连续性。关键词：储能技术；光伏发电；并网发电系统分类号：TK02；TM6150引言随着可持续发展战略的实施，越来越多的企业和个人开始注重节能环保、绿色清洁能源的应用，以风电、光伏为代表的新能源电力得到了广泛关注，相关部门也在不断加大对新能源发电技术的开发与应用力度1。我国新能源光伏并网发电系统起步较晚，在实际运行中也存在很多问题，如容易受到光照影响，发生运行间歇随机的现象。研发部门要对储能技术加强研究，提升再生能源的稳定性，让新能源光伏并网发电系统能够在人为调控下更稳定地运行，从而确保新能源光伏并网发电系统的高效、安全运行2。1光伏并网发电系统的结构和特点1.1 光伏并网发电系统的结构光伏并网发电系统是电能输送的关键结构，其主要使用太阳能光伏电池实现发电功能，电池之间以串联或并联的方式连接到电力网络。构建光伏并网发电系统时，在连接好最基本的电池结构之后，需要按一定顺序完成组件的配置。在实际使用过程中，必须按照整个系统的实际运行状况决定如何配置支架，以保证系统运行的稳定性。在光伏并网发电系统中，MPPT装置占据核心地位，其可以保障光伏并网发电系统的基本性能，并降低发电系统运行过程中光照和温度等因素所带来的不良影响3。在光伏并网发电系统中，储能装置发挥着调节和控制的作用，在光照充足的情况下，可以存储多余的光能资源，在光照不足时，可以利用储存的光能资源进行补充，确保发电系统的运行稳定性和不间断性。以储能电池为例，不同类型的储能电池消耗的能量和电池效率等参数各有不同，储能电池的参数比较如表 1 所示。以往的储能装置常采用常规的铅酸电池，其必须在低输出电压和较长时间的充满状态下工作，以防止水在铅片表面形成结晶，如果空载电压过大，很容易削弱电池的储电功能，减少电池的使用寿命。表 1储能电池的参数比较储能电池类型能量/（MWh）功率/MW效率循环寿命/次钠硫电池7.2180%90%3 000铅酸电池3.2 481 1260%75%1 000锂离子电池 4 241 10 90%190%4 000钒液流电池 4 401 1075%85%5 0001.2 光伏并网发电系统的特点（1）光伏并网发电系统的总体造价较高，需运用MTTP 技术，实现对太阳能资源的最高效利用，并使得电网系统能够最大化利用光伏电能；（2）光伏并网发电系统在运行过程中，容易受到外界温度和光照等因素的影响，其输出功率易发生变化，在特殊天气或多变天气下，光伏并网发电系统的发电功率呈现出不可控的趋势；（3）光伏并网发电系统的并网电压与电流需要与电网系统保持一致，确保系统只提供有功功率，以此更加高效地利用太阳能资源4。作者简介：李帅，男，本科，工程师，研究方向为太阳能发电。文章编号：2096-9317（2023）01-0118-03光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 超越照明1192储能技术在光伏并网发电系统中的应用光伏并网发电系统，尤其是规模较大的光伏电站并网，容易影响电网的正常运行，为了减少光伏并网对电网运行的影响，进一步提高光伏并网发电系统的容量，需要建立智能电网或配置储能装置，以此提高电网的灵活性，使光伏电网发电系统可智能灵活地调节输电。在光伏并网发电系统中应用储能技术，可控制系统充放电过程，确保光伏并网发电系统的输出保持稳定，减少其运行过程对电网造成的不良影响。储能技术在光伏并网发电系统中的应用主要包括以下方面5。2.1 电力调峰电网系统功率负荷大时，电力输出存在更为鲜明的时段特征，在用电高峰期，用电需求急速增加，电网运行的稳定性受到一定影响。可以应用储能技术进行电力调峰，减少用电高峰期的大功率负荷的集中性需求，提高电网运行的稳定性。将储能技术应用于光伏并网发电系统，可在用电低峰期收集、存储多余的电能，并在用电高峰期将存储的电能释放到电网中，减轻电网的运行压力，以此调整负荷供电效果，提高电网的供电水平6。2.2 微电网调节在光伏并网发电系统中，微电网占据着核心位置7，合理应用储能技术，可提升微电网运行效果，提高整个电网系统的负荷水平。微电网具有自动调节功能，可以在保证供电系统稳定运行的同时，确保系统供电的安全性。2.3 电能质量控制要想实现稳定高效的光伏发电并网，就必须加强对光伏电能质量的控制。在光伏并网发电系统中应用储能技术，能够改变光伏电能的特性，控制电能质量，使得光伏并网发电系统中的电力可以更安全地和电网结合。在光伏电网的发电系统中应用储能技术，可以通过调节电流逆变的方式，调节光伏并网发电系统的负载、相角、损耗等参数。此外，在光伏并网发电的过程中，应用储能技术可以实现系统断电的功能。在系统运行过程中，一旦由于操作行为不当或故障造成安全事故时，应用储能技术能够自动让光伏系统断电，并储存光伏并网发电系统中的电能。在电网中电能难以满足供电需求时，光伏发电系统能够自动提供电网所需电力。应用储能技术，可以根据光伏并网用户的用电情况，进行负荷调节和转移。在用电需求较低时，光伏并网发电系统可以在释放电能满足用电需求的同时，储存多余的电能；在用电需求较高时，光伏并网发电系统可以释放储存的电能，以实现较高的功率负载，降低负荷响应所引起的不良影响8。2.4 负荷转移在实际应用中，负载转移的实现方式和电力调峰类似。通常，电网设备的负荷峰出现在光伏并网发电系统的峰值后，而不是出现在光伏并网发电系统电力充足的时候。在负荷高峰期，应用储能技术可释放在负荷较小时光伏装置发电所储备的电能，以实现光伏技术与储能技术的合理匹配，降低用户在峰值时段的电能耗费量，让用户获得更大的经济效益。2.5 负荷响应在负荷高峰期，要想保持电网的稳定安全的运行状态，就需要合理控制功率较高的设备。在光伏并网发电系统中应用储能技术，配备储能系统，可降低负荷响应对功率较高的设备的正常运行所带来的不良影响。在控制负荷响应时，需要在电网和光伏并网发电系统之间建立通信线路，以此实现高效的信息传输共享，保证控制效果。2.6 断电保护在光伏并网发电系统中应用储能技术，可以在用户方面提供断电保护功能，当用户难以从电网中获得正常供电时，可以应用储能技术为用户提供所需电能。对于用户而言，这一功能具有极大的意义，可以保证电网在用电高峰期的电力负荷效果，同时能够在市电供电不稳定的情况下为用户提供电能，维持其正常生活。3储能技术在光伏并网发电系统中的改进措施当前，储能技术在光伏并网发电系统中的应用主要体现在蓄电池中，但蓄电池本身的使用期限较短，在实际运行中对放电要求较为严格，并且功率密度较低，使用成本较高，不利于在光伏并网发电系统中大规模使用。因此，为了以后满足光伏并网发电系统的需要，需不断对储能技术加以改进，提高储能技术的应用效果，保证光伏并网的整体性能。具体而言，储能技术在光伏并网发电系统中的改进措施包括以下方面。超越照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明1203.1 优化储能装置光伏并网发电系统的工作环境通常较恶劣，导致储能装置发挥充放电功能时的条件也较差，甚至有时受到环境的影响，储能装置需进行频繁的充放电循环。针对光伏并网发电系统的工作特点和对储能技术的应用需求，以及储能装置的当前发展情况，加强对储能装置的改进和优化至关重要，具体可采取以下优化措施：（1）提高储能装置的充放电速度；（2）延长储能装置的使用期限和循环寿命；（3）加大储能装置的功率密度和能量密度；（4）降低储能装置成本；（5）确保储能装置在大规模应用下安全稳定运行。3.2 完善控制技术要延长储能装置的利用时间，在系统工作环境中实现更高的功率产出和更大的利用效果，就必须针对储能装置的工作性质与光伏并网发电系统的特性，制定与储能装置运行相适应的充放电方案。在储能装置中，光伏电池是重要的充电电源，为了提供更好的充电环境，需加强对储能装置的控制管理和优化，加强控制技术的应用和升级，不断提高储能装置的充放电合理性。此外，当前使用的蓄电池、飞轮等常见储能装置在运行过程中难以直接使用工频交流电，在后续的改进发展中应开发储能装置配套的电能转化装置。3.3 定时清理太阳能电池板定时清理太阳能电池板的主要作用是保持光伏并网发电系统的工作稳定性，为储能技术的应用创造良好的工作环境。在太阳能电池板上很容易不断积累空气中的尘埃、微粒等物质而产生积灰，积灰带有较低的透光性，累积在太阳能电池板表面会在一定程度上降低太阳能电池板所接受到的太阳光辐射量，从而使得光伏并网发电系统的发电效益大幅度下降。通常，太阳能电池板的表面采用的是玻璃材质，附着于其上的尘埃带有酸性或碱性特质，会导致太阳能电池板逐渐被侵蚀，引起太阳能电池板表层的阳光漫反射问题，从而弱化太阳能电池板表面对光强的吸附能力。据有关调查，如果在太阳能电池板表层所累积的尘埃含量达到 1 g/m2，相对应地，其中的单体光伏组件的最大输出功率会开始下降，一般下降 7.5%左右。因此，在后续的储能技术应用中，需加强对太阳能电池板的定期维护和清扫，确保系统的发电效率有所提升，为储能技术的应用提供更有利的条件。3.4 合理应用系统建模和综合分析工具在开发和使用光伏并网发电系统配套储能系统之前，还需要对整个系统的运行情况等进行全方位的检查和分析，包括分析其运行管理效果、运行可靠性和运行经济性。必须严格依据相关规范，合理应用系统建模和综合分析工具，以判断光伏储能装置的寿命和生产成本等，考察储能系统的使用经济效益。当前，在我国光伏并网发电系统中，储能技术的实际运用条件还不够完善，因此必须在光伏技术系统研究设计之前，先做好系统的模拟分析工作，通过仿真技术全面分析光伏并网发电系统的实际运作状态。需要在分析过程中利用软件系统尽量逼真地模拟光伏电站和储能系统的运行情况，保证分析的精确性和实用性，进而为储能系统的优化应用奠定基础。4结束语将储能技术应用于光伏并网发电系统，可从电网运行和用户使用两个角度维持供电的稳定和安全，解决以往电网运行所存在的不良问题，带来更多的经济效益，并满足当前绿色节能的发展战略需求。在未来的应用和发展中，还需要加强对储能技术的改进，以此进一步提高电力系统的运行质量和稳定性，提高电网运行的高效性和安全性。参考文献1 孙安，陈阳.基于灰色预测的自动化太阳能光伏并网发电系统设计J.流体测量与控制，2022，3(6):87-91.2 朱建康.风力发电和光伏并网发电系统并网的问题和对策J.光源与照明，2022(7):201-203.3 李荣洲.光伏并网发电系统与并网技术的优势及应用要点分析J.节能与环保，2022(7):30-31.4 明波，成楸语，黄强，等.梯级互补储能对新能源的长期消纳作用分析J.水利学报，2022，53(11):1280-1290.5 李翠萍，闫佳琪，孙大朋，等.配电网中储能参与多场景的多维经济性评估J.全球能源互联网，2022，5(5):471-479.6 何锦华，吴斌，曹敏健，等.面向辅助服务的新能源场站共享储能容量优化配置J.电力工程技术，2022，41(6):50-57.7 张冲，荣娜.基于改进粒子群算法的新能源侧储能容量配置J.电网与清洁能源，2022，38(10):98-105.8 刘沅昆，张维静，张艳，等.面向新型电力系统的新能源与储能联合规划方法J.智慧电力，2022，50(10):1-8.