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4 光伏发电中的储能? |德姆达

2023/07/27

随着经济的快速发展,能源短缺问题日益严峻。面对能源需求和环境保护的双重压力,世界各国纷纷采取提高能源利用效率、优化能源结构、发展可再生能源等战略。太阳能光伏发电作为新能源发电的代表,已在实际生产中得到广泛应用。然而,与传统电源不同的是,光伏系统的输出功率会随着阳光强度、温度等环境因素的变化而大幅波动。它还有一个特点就是不可控。因此,光伏发电若要取代传统能源,实现大规模并网发电,对电网的影响不容忽视。此外,随着光伏系统在电网中的比例不断增加,有效管理对电网的影响对于确保安全可靠的供电至关重要。储能系统在光伏系统中的应用可以解决功率不平衡问题,满足正常运行的要求。储能系统对于保障光伏电站的稳定运行起着至关重要的作用。它们不仅保证了系统的稳定性和可靠性,还为电压尖峰、浪涌、电压下降、瞬时断电等动态电能质量问题提供了有效的解决方案。 


以下是光伏系统中四种常见的储能技术:


1.电池储能:电池储能是最有前途的存储方式之一。其具有高可靠性、模块化等特点,适用于对电能质量要求较高的地区的配电网。电池储能利用电池电极的氧化还原反应来储存和释放能量。它可以满足系统高峰负载期间的能量需求,并辅助无功补偿,有助于抑制电压波动和闪变。常见的电池类型包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等。一项研究[9]分析了电池在光伏系统中的作用,强调了其储能能力以及提供大瞬时电流来调节太阳能电池工作电压的能力。另一项研究[10]则针对几种常见的化学储能技术,选取关键技术指标,收集截至2011年的最新应用数据,通过数据包络分析(DEA)方法,探究各种化学储能的优势和应用效果。为化学储能技术未来的研究方向提供建议和参考。


2、超级电容储能: 超级电容器是由特殊材料制成的储能器件,与传统电容器相比,具有更高的介电常数、更大的能量密度和更快的能量释放。超级电容器根据储能原理不同可分为双层电容器和电化学电容器。超级电容器作为一种新兴的储能元件,与其他储能方式相比具有诸多优势。它们具有功率密度高、充放电循环寿命长、充放电效率高、充放电倍率快、高低温性能好、储能寿命长等优点。但超级电容器也存在能量密度低、端电压波动范围大、串联电容器均压问题等缺点。考虑到电池和超级电容器的特点,两种技术在技术性能上具有很强的互补性。通过将它们结合起来,可以大大提高储能装置的性能。研究[14]发现,通过将超级电容器与电池并联,可以增强混合储能系统的功率输出能力,减少内部损耗,并增加放电时间。它还可以减少电池的充放电循环次数,延长电池的使用寿命,以及缩小储能装置的尺寸,提高供电系统的可靠性和经济性。


3、飞轮储能:飞轮储能是一种机械储能方式,具有效率高、建设周期短、寿命长、储能容量高、快速充电、快速放电、无限充放电循环、环境友好等优点。但与其他存储方式相比,飞轮储能的维护成本相对较高。一项研究[15]提出了一种基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功功率平滑控制。研究通过Matlab/Simulink平台仿真分析了光伏飞轮储能系统的飞轮转速、功率输出和平滑系数,并与其他两种装置(无飞轮储能和简单飞轮储能)进行了比较。另一项研究[16]将飞轮储能系统引入基于最大功率点跟踪和并网逆变器控制的光伏系统中,以实现向电网的稳定功率输出。为保证光伏系统电能输出可调、稳定,控制策略采用充电时电流内环控制和电压外环控制,放电时电流内环控制和电压外环控制。这种方法可以实现有功功率的稳定可控输出,有效抑制阳光和环境温度变化引起的波动。


4.超导储能:超导磁能存储(SMES)系统将电网产生的磁场能量存储在由超导线制成的线圈中,并在需要时将存储的能量释放回电网。 SMES 系统的典型组件包括放置在真空绝缘冷却容器中的超导线圈、低温和真空系统以及用于控制目的的电力电子装置。超导线圈形成的闭环电感器中的电流循环而无任何耗散。与其他储能技术相比,SMES具有显着的优势。由于能够长期无损失地储存能量,SMES 实现了较高的能量回收效率。它还具有快速的能量释放,通常只需要几秒钟。采用SMES可以轻松调节电网电压、频率、有功功率和无功功率。一项研究[17]提出使用 SMES 单元来稳定风力发电机的电压和频率输出。 SMES单元连接到异步发电机的母线上,SMES的主动控制器采用异步发电机的转速偏差作为控制信号。另一项研究[18]建议使用电压偏差作为SMES主动控制器的控制信号来解决风电场频繁的接触线短路故障和风速扰动。各种研究表明SMES装置在提高风电场稳定性方面具有优异的性能。


这些储能技术在光伏系统中发挥着至关重要的作用,保证其稳定运行,提供安全可靠的电力供应。随着技术的不断进步和成熟,储能技术将越来越有助于可再生能源的发展和可持续发展目标的实现。


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