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淺聊新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)優(yōu)化分析

瀏覽次數(shù):56更新時間:2024-07-30
摘要: 本論文聚焦于新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù),深入探討了其優(yōu)化的必要性、現(xiàn)有儲能技術(shù)的特點與應(yīng)用、面臨的挑戰(zhàn),以及未來的優(yōu)化策略和發(fā)展趨勢。通過對相關(guān)技術(shù)和實際應(yīng)用的研究,為新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與高效運行提供了有價值的參考。
一、引言
隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹淖非蠛涂稍偕茉吹目焖侔l(fā)展,新能源電力系統(tǒng)在能源領(lǐng)域的地位日益凸顯。然而,可再生能源如太陽能和風能的間歇性和不穩(wěn)定性給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。儲能技術(shù)作為解決這一問題的關(guān)鍵手段,其優(yōu)化和發(fā)展對于提升新能源電力系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。
二、新能源電力系統(tǒng)中儲能技術(shù)優(yōu)化的必要性

(一)平滑可再生能源輸出

可再生能源的發(fā)電功率受自然條件影響波動較大,儲能技術(shù)可以通過儲存多余電能并在發(fā)電不足時釋放,實現(xiàn)輸出功率的平滑,減少對電網(wǎng)的沖擊。
例如,太陽能光伏發(fā)電在白天光照強時發(fā)電量過剩,而夜晚則無發(fā)電,儲能系統(tǒng)能夠在白天儲存電能,夜間釋放,保障電力供應(yīng)的連續(xù)性。

(二)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

在電網(wǎng)出現(xiàn)故障或負荷突變時,儲能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng),提供有功和無功支持,維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定。
例如,在突發(fā)的大功率用電需求時,儲能系統(tǒng)能夠迅速放電,補充電網(wǎng)功率缺額,防止電壓崩潰和頻率下降。

(三)促進電力市場的靈活交易

儲能系統(tǒng)使電力生產(chǎn)者和消費者能夠更加靈活地參與電力市場交易,通過在電價低谷時儲存電能,高峰時釋放,獲取經(jīng)濟收益。
比如,儲能系統(tǒng)可以幫助可再生能源發(fā)電企業(yè)在電價較高時出售電能,提高經(jīng)濟效益,增強市場競爭力。
三、現(xiàn)有主要儲能技術(shù)及其特點與應(yīng)用

(一)電化學儲能

  1. 鋰離子電池

    • 特點:能量密度高、循環(huán)壽命長、響應(yīng)速度快。

    • 應(yīng)用:廣泛應(yīng)用于電動汽車、家用儲能、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域。

  2. 鉛酸電池

    • 特點:技術(shù)成熟、成本較低、安全性較好。

    • 應(yīng)用:在備用電源、小型儲能系統(tǒng)中有一定應(yīng)用。

(二)機械儲能

  1. 抽水蓄能

    • 特點:儲能容量大、技術(shù)成熟、效率高。

    • 應(yīng)用:是目前應(yīng)用的大規(guī)模儲能技術(shù),常用于電網(wǎng)調(diào)峰。

  2. 壓縮空氣儲能

    • 特點:適合大規(guī)模儲能、儲能周期長。

    • 應(yīng)用:適用于大規(guī)模電力儲能,尤其是在地下洞穴資源豐富的地區(qū)。

(三)電磁儲能

  1. 超級電容器

    • 特點:功率密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長。

    • 應(yīng)用:適用于短時間、大功率的電能存儲和釋放,如電動汽車的啟動和加速。

  2. 超導(dǎo)磁儲能

    • 特點:響應(yīng)速度極快、能量轉(zhuǎn)換效率高。

    • 應(yīng)用:在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善電能質(zhì)量方面有潛在應(yīng)用。

四、新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

(一)成本問題

儲能系統(tǒng)的初始投資成本較高,包括電池材料、設(shè)備制造、安裝調(diào)試等方面,這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
以鋰離子電池為例,雖然其性能,但高昂的價格使得在一些大規(guī)模儲能項目中經(jīng)濟可行性受到質(zhì)疑。

(二)壽命和性能衰減

儲能設(shè)備在長期使用過程中,其性能會逐漸衰減,壽命有限。頻繁的充放電循環(huán)、高溫等環(huán)境因素都會影響儲能系統(tǒng)的性能和壽命。
例如,鉛酸電池在深度放電和高溫環(huán)境下,壽命會顯著縮短。

(三)安全風險

電化學儲能中的電池存在熱失控、燃燒甚至爆炸的風險。機械儲能系統(tǒng)中的高壓設(shè)備和復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)也帶來了一定的安全隱患。
近年來,一些鋰離子電池儲能電站發(fā)生火災(zāi)事故,引起了人們對儲能系統(tǒng)安全問題的高度關(guān)注。

(四)能量密度和功率密度的平衡

不同的應(yīng)用場景對儲能系統(tǒng)的能量密度和功率密度有不同的要求。例如,電動汽車需要高功率密度以實現(xiàn)快速加速,而電網(wǎng)儲能則更注重高能量密度以儲存更多電能。如何在同一儲能技術(shù)中實現(xiàn)能量密度和功率密度的良好平衡是一個技術(shù)難題。
五、新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)的優(yōu)化策略

(一)材料創(chuàng)新

研發(fā)高性能的電池材料,如新型電極材料、電解質(zhì)等,以提高儲能系統(tǒng)的性能和壽命。
例如,開發(fā)具有更高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子電池正極材料,如富鋰錳基材料。

(二)系統(tǒng)集成優(yōu)化

通過優(yōu)化儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱管理和控制策略,提高系統(tǒng)的整體效率和可靠性。
比如,采用液冷技術(shù)改善電池組的散熱效果,提高系統(tǒng)的充放電效率和壽命。

(三)智能管理與控制

利用先進的算法和人工智能技術(shù),實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的智能管理和控制,優(yōu)化充放電策略,提高儲能系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟性。
例如,基于大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型,提前制定儲能系統(tǒng)的充放電計劃,以適應(yīng)電網(wǎng)負荷和電價的變化。

(四)多類型儲能協(xié)同應(yīng)用

結(jié)合不同儲能技術(shù)的特點,實現(xiàn)多種儲能技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,提高新能源電力系統(tǒng)的整體性能。
比如,將電化學儲能的快速響應(yīng)能力與抽水蓄能的大容量儲能優(yōu)勢相結(jié)合,滿足電力系統(tǒng)的多種需求。
六、未來發(fā)展趨勢

(一)新技術(shù)的突破

新型儲能技術(shù)如液流電池、固態(tài)電池等有望取得技術(shù)突破,進一步提高性能和降低成本。
液流電池具有可擴展性強、壽命長等優(yōu)點,固態(tài)電池則具有更高的安全性和能量密度。

(二)規(guī)模擴大與成本降低

隨著技術(shù)進步和市場需求的增長,儲能系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模將不斷擴大,成本有望持續(xù)降低,推動其更廣泛的應(yīng)用。
例如,隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的完善和規(guī)?;a(chǎn),其成本在過去幾年已經(jīng)有了顯著下降。

(三)與新能源融合發(fā)展

儲能技術(shù)將與新能源發(fā)電、氫能等深度融合,形成更加高效、清潔的能源系統(tǒng)。
例如,通過儲能系統(tǒng)與太陽能和風能的協(xié)同控制,實現(xiàn)可再生能源的高效利用和穩(wěn)定輸出。

(四)政策支持與市場機制完善

政府將出臺更多支持儲能技術(shù)發(fā)展的政策,完善電力市場機制,為儲能技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造更好的環(huán)境。
比如,建立合理的儲能價格機制和補貼政策,鼓勵投資和研發(fā)創(chuàng)新。

七、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

(一)概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng),可實現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理,支持多種控制策略選擇,包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理,還可以實現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互,既能接受上級調(diào)度指令,又可以滿足遠程監(jiān)控與運維,確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

(二)應(yīng)用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

(三)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

淺聊新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)優(yōu)化分析

(四)系統(tǒng)功能

(1)實時監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管,包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷,同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

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(2)智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設(shè)備等進行實時監(jiān)測,掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況。

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(3)功率預(yù)測

對分布式發(fā)電系統(tǒng)進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測,并展示合格率及誤差分析。

(4)電能質(zhì)量

實現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示,并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

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(5)可視化運行

實現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守,實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設(shè)備進行不間斷監(jiān)控。

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(6)優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預(yù)測,并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài),實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度,以降低尖峰或者高峰時刻的用電量,降低企業(yè)綜合用電成本。

淺聊新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)優(yōu)化分析

(7)收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù),同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

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(8)能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率,用于評估設(shè)備性能與狀態(tài)。

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(9)策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設(shè)置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

淺聊新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)優(yōu)化分析

八、硬件及其配套產(chǎn)品

總結(jié)

通過對新能源電力系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用與性能優(yōu)化的研究,可以有效提高系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。本文綜合分析了儲能技術(shù)的基礎(chǔ)原理、應(yīng)用場景,并提出了智能控制、材料與技術(shù)創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成等方面的性能優(yōu)化方法,為推動新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了有力支持。

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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022年05版

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