光伏儲(chǔ)能電站的三種模式
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發(fā)布日期：2018-06-26
核心提示：
太陽能光伏發(fā)電是實(shí)現(xiàn)我國能源和電力可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成之一。由于光伏輸出功率具有很強(qiáng)的波動(dòng)性、隨機(jī)性，光伏電力的不穩(wěn)定性嚴(yán)重制約了光伏電力的接入和輸送。
太陽能光伏發(fā)電是實(shí)現(xiàn)我國能源和電力可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成之一。由于光伏輸出功率具有很強(qiáng)的波動(dòng)性、隨機(jī)性，光伏電力的不穩(wěn)定性嚴(yán)重制約了光伏電力的接入和輸送。儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷跟蹤、調(diào)頻調(diào)壓、電能質(zhì)量治理等功能。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以在光伏電站遇到棄光限制發(fā)電時(shí)將多余電能存入儲(chǔ)能電池內(nèi)，光伏發(fā)電量低于限幅值或晚上用電高峰時(shí)通過儲(chǔ)能逆變器將電池內(nèi)電能送入電網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可利用峰谷電價(jià)差創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，提高系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)能力;作為解決大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)的一種有效支撐技術(shù)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要模式有配置在電源直流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)、配置在電源交流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和配置在負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)等。
1、配置在電源直流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)
配置在電源直流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要可安裝在諸如光伏發(fā)電的直流系統(tǒng)中，這種設(shè)計(jì)可將蓄電池組合光伏發(fā)電陣列在逆變器直流段進(jìn)行配接調(diào)控，如圖1。該系統(tǒng)中的光伏發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)共享一個(gè)逆變器，但是由于蓄電池的充放電特性和光伏發(fā)電陣列的輸出特性差異較大，原系統(tǒng)中的光伏并網(wǎng)逆變器中的最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)是專門為了配合光伏輸出特性設(shè)計(jì)的，無法同時(shí)滿足儲(chǔ)能蓄電池的輸出特性曲線。因此，此類系統(tǒng)需要對原系統(tǒng)逆變器進(jìn)行改造或重新設(shè)計(jì)制造，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制器，和蓄電池能量管理等功能。一般而言，該系統(tǒng)是單向輸出的，也就是說該系統(tǒng)中的蓄電池是完全依靠光伏發(fā)電充電的，電網(wǎng)的電力是不能給蓄電池充電的。
圖1、配置在電源直流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)
該系統(tǒng)光伏發(fā)電陣列發(fā)出的電力在逆變器前端就與蓄電池進(jìn)行了自動(dòng)直流平衡，這種模式的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)效率高，電站發(fā)電出力可由光伏電站內(nèi)部調(diào)度，可以達(dá)到無縫連接，輸出電能質(zhì)量好，輸出波動(dòng)非常小等，可大大提高光伏發(fā)電輸出的平滑、穩(wěn)定性和可調(diào)控性能，缺點(diǎn)是使用的逆變器需要特殊設(shè)計(jì)，不適用于對現(xiàn)有已經(jīng)安裝好的大部分光伏電站進(jìn)行升級改造。另一個(gè)缺點(diǎn)是，該儲(chǔ)能系統(tǒng)中的蓄電池組只能接受本發(fā)電單元的電力為其充電，而其他臨近的光伏發(fā)電單元或電站的多余電力無法為其充電。也就是說這種方案缺乏大電站內(nèi)部電力調(diào)配的功能。
2、配置在電源交流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)
配置在電源交流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)也可以稱之為配置在交流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，單元型交流側(cè)的儲(chǔ)能的模式如圖2所示，它采用單獨(dú)的充放電控制器和逆變器來給蓄電池充電或者逆變，這種方案實(shí)際上就是給現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)外掛一個(gè)儲(chǔ)能裝置，可在目前任何一種光伏電站甚至風(fēng)力發(fā)電站或其他發(fā)電站進(jìn)行升級安裝，形成站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)，也可以根據(jù)電網(wǎng)需要建設(shè)成為完全獨(dú)立運(yùn)行的儲(chǔ)能電站，
這種模式克服了直流側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)無法進(jìn)行多余電力統(tǒng)一調(diào)度的問題，它的系統(tǒng)充電還是放電完全由智能化控制系統(tǒng)控制或受電網(wǎng)調(diào)度控制，它不僅可以集中全站內(nèi)的多余電力給儲(chǔ)能系統(tǒng)快速有效的充電，甚至可以調(diào)度站外電網(wǎng)的廉價(jià)低谷多余電力，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加方便和有效。
圖2、配置在交流低壓的側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)
交流側(cè)接入的儲(chǔ)能系統(tǒng)的另一個(gè)模式是將儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)端，如圖3。顯然，這兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)的不同點(diǎn)只是接入點(diǎn)不同，前者是將儲(chǔ)能部分接入了交流低壓側(cè)，與原光伏電站分享一個(gè)變壓器，而后者則是將儲(chǔ)能系統(tǒng)形成獨(dú)立的儲(chǔ)能電站模式，直接接入高壓電網(wǎng)。
交流側(cè)接入的方案不僅適用于電網(wǎng)儲(chǔ)能，還被廣泛應(yīng)用于諸如島嶼等相對孤立的地區(qū)，形成相對獨(dú)立的微型電網(wǎng)供電系統(tǒng)。交流側(cè)接入的儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以在新建電站上實(shí)施，對于已經(jīng)建成的電站也可以很容易的進(jìn)行改造和附加建設(shè)，且電路結(jié)構(gòu)清晰，發(fā)電場和儲(chǔ)能電場可分地建設(shè)，相互的直接關(guān)聯(lián)性少，因此也便于運(yùn)行控制和維修。缺點(diǎn)是由于發(fā)電和儲(chǔ)能相互獨(dú)立，相互之間的協(xié)調(diào)和控制就需要外加一套專門的智能化的控制調(diào)度系統(tǒng)，因此造價(jià)相對較高。
圖3、配置在交流電源高壓側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)
3、配置在負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)
配置在負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是指應(yīng)急電源和可移動(dòng)的電動(dòng)設(shè)備，譬如可充電式的電動(dòng)汽車，電動(dòng)工具和移動(dòng)電話等。
本文僅僅是討論儲(chǔ)能電站的技術(shù)問題，盡管儲(chǔ)能電站有諸多優(yōu)點(diǎn)，可在一些特殊場合實(shí)施和應(yīng)用但是由于目前蓄電池的高效、環(huán)保、長壽命和低價(jià)格等關(guān)鍵問題沒有較大的突破，在目前大規(guī)模推廣儲(chǔ)能電站可能還有上網(wǎng)電價(jià)、補(bǔ)貼政策等問題。