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光伏儲能電站模式

时间:2018-06-20     作者:甘肅自然能源研究所:李世民 喬俊強 何偉【原创】

          太陽能光伏發電是實現我國能源和電力可持續發展戰略的重要組成之一。由於光伏輸出功率具有很強的波動性、隨機性,光伏電力的不穩定性嚴重製約了光伏電力的接入和輸送。儲能技術可以實現削峰填穀、負荷跟蹤、調頻調壓、電能質量治理等功能。光伏儲能係統還可以在光伏電站遇到棄光限製發電時將多餘電能存入儲能電池內,光伏發電量低於限幅值或晚上用電高峰時通過儲能逆變器將電池內電能送入電網,儲能係統參與電網削峰填穀,儲能係統還可利用峰穀電價差創造更大的經濟效益,提高係統自身的調節能力;作為解決大規模可再生能源發電接入電網的一種有效支撐技術。


          儲能係統的主要模式有配置在電源直流側的儲能係統、配置在電源交流側的儲能係統和配置在負荷側儲能係統等。

 

         1配置在電源直流側的儲能係統

         配置在電源直流側的儲能係統主要可安裝在諸如光伏發電的直流係統中,這種設計可將蓄電池組合光伏發電陣列在逆變器直流段進行配接調控,如圖1。該係統中的光伏發電係統和蓄電池儲能係統共享一個逆變器,但是由於蓄電池的充放電特性和光伏發電陣列的輸出特性差異較大,原係統中的光伏並網逆變器中的最大功率跟蹤係統(MPPT)是專門為了配合光伏輸出特性設計的,無法同時滿足儲能蓄電池的輸出特性曲線。因此,此類係統需要對原係統逆變器進行改造或重新設計製造,不僅需要使逆變器能滿足光伏陣列的逆變要求,還需要增加對蓄電池組的充放電控製器,和蓄電池能量管理等功能。一般而言,該係統是單向輸出的,也就是說該係統中的蓄電池是完全依靠光伏發電充電的,電網的電力是不能給蓄電池充電的。

  

1、配置在電源直流側的儲能係統

        該係統光伏發電陣列發出的電力在逆變器前端就與蓄電池進行了自動直流平衡,這種模式的主要特點是係統效率高,電站發電出力可由光伏電站內部調度,可以達到無縫連接,輸出電能質量好,輸出波動非常小等,可大大提高光伏發電輸出的平滑、穩定性和可調控性能,缺點是使用的逆變器需要特殊設計,不適用於對現有已經安裝好的大部分光伏電站進行升級改造。另一個缺點是,該儲能係統中的蓄電池組隻能接受本發電單元的電力為其充電,而其他臨近的光伏發電單元或電站的多餘電力無法為其充電。也就是說這種方案缺乏大電站內部電力調配的功能。

 

         2、配置在電源交流側的儲能係統

         配置在電源交流側的儲能係統也可以稱之為配置在交流側的儲能係統,單元型交流側的儲能的模式如圖2所示,它采用單獨的充放電控製器和逆變器來給蓄電池充電或者逆變,這種方案實際上就是給現有光伏發電係統外掛一個儲能裝置,可在目前任何一種光伏電站甚至風力發電站或其他發電站進行升級安裝,形成站內儲能係統,也可以根據電網需要建設成為完全獨立運行的儲能電站,

這種模式克服了直流側儲能係統無法進行多餘電力統一調度的問題,它的係統充電還是放電完全由智能化控製係統控製或受電網調度控製,它不僅可以集中全站內的多餘電力給儲能係統快速有效的充電,甚至可以調度站外電網的廉價低穀多餘電力,使得係統運行更加方便和有效。

 

圖2、配置在交流低壓的側儲能係統

         交流側接入的儲能係統的另一個模式是將儲能係統接入電網端,如圖3。顯然,這兩種儲能係統的不同點隻是接入點不同,前者是將儲能部分接入了交流低壓側,與原光伏電站分享一個變壓器,而後者則是將儲能係統形成獨立的儲能電站模式,直接接入高壓電網。

        交流側接入的方案不僅適用於電網儲能,還被廣泛應用於諸如島嶼等相對孤立的地區,形成相對獨立的微型電網供電係統。交流側接入的儲能係統不僅可以在新建電站上實施,對於已經建成的電站也可以很容易的進行改造和附加建設,且電路結構清晰,發電場和儲能電場可分地建設,相互的直接關聯性少,因此也便於運行控製和維修。缺點是由於發電和儲能相互獨立,相互之間的協調和控製就需要外加一套專門的智能化的控製調度係統,因此造價相對較高。

圖3、配置在交流電源高壓側的儲能係統

 

         3 、配置在負荷側儲能係統

          配置在負荷側儲能係統主要是指應急電源和可移動的電動設備,譬如可充電式的電動汽車,電動工具和移動電話等。


       本文僅僅是討論儲能電站的技術問題,盡管儲能電站有諸多優點,可在一些特殊場合實施和應用但是由於目前蓄電池的高效、環保、長壽命和低價格等關鍵問題沒有較大的突破,在目前大規模推廣儲能電站可能還有上網電價、補貼政策等問題,時機尚不成熟。


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