安科瑞 陳聰

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源消耗不斷增加，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。為了解決能源危機(jī)問題，國家大力支持發(fā)展新能源行業(yè)。我國在新能源發(fā)電技術(shù)上已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，但是由于受到技術(shù)及政策等因素的影響，新能源發(fā)電仍然存在一定的問題，并且由于風(fēng)能和太陽能具有不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為解決這個(gè)問題，需在風(fēng)電和光伏工程中應(yīng)用儲能技術(shù)，這樣能有效地提高風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性?；诖?，對新能源風(fēng)電和光伏工程中儲能技術(shù)應(yīng)用的意義進(jìn)行分析，同時(shí)探討相關(guān)的儲能技術(shù)，并研究其具體的應(yīng)用，以更好地利用清潔能源。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；光伏發(fā)電；儲能系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)測；故障診斷

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題變得日益突出，世界各國都開始將目光投向新能源的開發(fā)利用。新能源發(fā)電是解決能源危機(jī)的重要途徑之一，我國逐漸認(rèn)識到發(fā)展新能源的重要性，積極地對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)。

在我國風(fēng)電和光伏發(fā)電的應(yīng)用中，通常會面臨以下問題：由于風(fēng)電和光伏發(fā)電的間歇性、波動性等特點(diǎn)，會對電網(wǎng)造成一定影響。為了解決這個(gè)問題，就需在風(fēng)電和光伏工程中應(yīng)用儲能技術(shù)。由于風(fēng)能和太陽能具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，會對電網(wǎng)造成了一定的影響，因此，在風(fēng)電和光伏工程中應(yīng)用儲能技術(shù)具有重要意義。

2儲能技術(shù)應(yīng)用的意義

2.1　增強(qiáng)對電網(wǎng)的調(diào)峰能力

為了保障新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電工程的穩(wěn)定運(yùn)行，需采用相應(yīng)的技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中儲能技術(shù)已經(jīng)成為調(diào)節(jié)新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電工程中*主要的方式之一。通過采用儲能技術(shù)對新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電工程進(jìn)行調(diào)節(jié)，可有效地提高新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電工程對電網(wǎng)的調(diào)峰能力，使其能夠在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)期及時(shí)地對負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移。因?yàn)樵谛履茉达L(fēng)電和光伏發(fā)電工程中，其發(fā)電規(guī)模的變化與電網(wǎng)負(fù)荷的變化有著非常密切的關(guān)系，可通過電網(wǎng)負(fù)荷曲線的變化情況來對儲能技術(shù)進(jìn)行分析，從而對儲能裝置進(jìn)行有效的控制，使其在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)期對新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電工程進(jìn)行調(diào)用[2]。

2.2　提高能源利用率

新能源風(fēng)電和光伏發(fā)電在我國的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)越來越重要的地位，然而這兩種能源的利用效率受到自然條件，尤其是天氣因素的影響。風(fēng)能和太陽能的發(fā)電能力隨著風(fēng)向、光照強(qiáng)度的變化而波動，這導(dǎo)致了能源的利用率在一定程度上受到限制。為了解決這一問題，儲能技術(shù)的引入成為一種有效的解決方案。儲能系統(tǒng)可以儲存多余的電能，在電力需求高峰時(shí)期釋放，從而平衡電網(wǎng)負(fù)荷，這不僅可以充分利用低谷時(shí)期的電能，還可以提高新能源的利用率。與此同時(shí)，在新能源發(fā)電過程中，儲能系統(tǒng)的作用相當(dāng)于一個(gè)“調(diào)節(jié)器”，其能夠在電網(wǎng)負(fù)荷波動時(shí)保持電力供應(yīng)的穩(wěn)定，這不僅可降低對傳統(tǒng)能源的依賴，還可減少能源浪費(fèi)，為我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了有力支持[3]。此外，通過引入和優(yōu)化儲能技術(shù)，可*大限度克服天氣條件對新能源發(fā)電的制約，提高能源利用率，進(jìn)一步降低對傳統(tǒng)能源的依賴；而且儲能技術(shù)還可助力我國實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，推動綠色低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3新能源風(fēng)電和光伏工程中的儲能技術(shù)

3.1　電化學(xué)儲能技術(shù)

電化學(xué)儲能技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在風(fēng)電和光伏工程中，已成為一種重要的儲能手段。這種技術(shù)的原理，簡單來說就是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲存，以便在需要的時(shí)候再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出。這一過程體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化和儲存，從而為新能源的穩(wěn)定供應(yīng)提供了保障。電化學(xué)儲能技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)：首先是儲能密度高，這意味著在相同的體積或重量下，其能儲存更多的能量；其次實(shí)循環(huán)壽命長，這意味著其可以反復(fù)充放電多次，而不會明顯影響其性能；*后是響應(yīng)速度快，這使得其在應(yīng)對電力系統(tǒng)中的瞬時(shí)負(fù)荷變化時(shí)表現(xiàn)出較高的靈活性。在我國，電化學(xué)儲能技術(shù)已經(jīng)在大規(guī)模的風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其中鋰離子電池和鈉硫電池等是典型的代表。鋰離子電池由于其高能量密度、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好性，在我國得到了優(yōu)先推廣；鈉硫電池則因其在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中的優(yōu)勢，如占地面積小、建設(shè)成本低、運(yùn)行維護(hù)簡便等，也在我國得到了廣泛應(yīng)用[4]。

3.2　電容器儲能技術(shù)

*級電容器作為一種電能儲存設(shè)備，以其高功率密度、長壽命和快速充放電特性在眾多儲能技術(shù)中脫穎而出。與電化學(xué)儲能技術(shù)相比，*級電容器在功率密度方面具有明顯優(yōu)勢，使其在需要快速響應(yīng)和瞬時(shí)高峰負(fù)荷的情況下具有較高的靈活性，這使得*級電容器在新能源發(fā)電領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。*級電容器是一種能量儲存設(shè)備，其工作原理是利用電極材料和電解質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能的儲存和釋放。與電池相比，*級電容器具有更快的充放電速度和更高的功率密度，但能量密度相對較低。此外，由于其高功率密度和快速充放電特性，*級電容器在新能源發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。首先，新能源發(fā)電過程中，如風(fēng)能和太陽能，受到自然條件的影響，輸出功率存在較大波動，而*級電容器可實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，使其在瞬時(shí)高峰負(fù)荷和快速響應(yīng)情況下保持穩(wěn)定。其次，*級電容器可以儲存新能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高峰負(fù)荷電力，并在需要時(shí)釋放，從而降低對電網(wǎng)的壓力，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率[5]。

3.3　氫能儲能技術(shù)

氫能儲能技術(shù)是一種將電能轉(zhuǎn)化為氫能進(jìn)行儲存，并在需要時(shí)將氫能轉(zhuǎn)化為電能輸出的技術(shù)。氫能儲能技術(shù)在新能源領(lǐng)域具有巨大的潛力，主要是因?yàn)闅涫且环N清潔的能源，其燃燒產(chǎn)物僅為水，無任何污染。此外，氫能儲能技術(shù)的儲能密度高，能量轉(zhuǎn)換效率高，且具有廣泛的來源。在風(fēng)電和光伏工程中，氫能儲能技術(shù)可以用于平滑電網(wǎng)負(fù)荷波動，提高新能源的利用率。氫能儲能技術(shù)的應(yīng)用主要包括氫燃料電池和氫儲能系統(tǒng)等，氫燃料電池是一種將氫能直接轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，具有*效、清潔、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，氫儲能系統(tǒng)是將氫能儲存于特定的容器中，以便在需要時(shí)轉(zhuǎn)化為電能輸出，其主要包括氫氣儲存罐、氫氣壓縮機(jī)、氫氣輸送管道等設(shè)備。在我國，氫能儲能技術(shù)尚處于研究和發(fā)展階段，但已有一些項(xiàng)目開始投入使用，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，氫能儲能技術(shù)將在我國的新能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3.4　壓縮空氣儲能技術(shù)

壓縮空氣儲能技術(shù)是一種利用壓縮空氣的原理來實(shí)現(xiàn)電能儲存和釋放的技術(shù)，在新能源風(fēng)電和光伏工程中，壓縮空氣儲能技術(shù)具有很大的應(yīng)用價(jià)值。壓縮空氣儲能技術(shù)的原理是：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)期，利用新能源發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的多余電能對空氣進(jìn)行壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能儲存起來；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)期，釋放壓縮空氣，通過膨脹驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，將壓縮空氣能轉(zhuǎn)化為電能輸出，這一過程實(shí)現(xiàn)了新能源電能在低谷時(shí)期的儲存和高峰時(shí)期的釋放，有效平衡了電網(wǎng)負(fù)荷。壓縮空氣儲能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：①儲能密度較高，可以在較小的空間內(nèi)儲存大量的能量；②儲能設(shè)備相對簡單，主要包括壓縮機(jī)、儲氣罐和渦輪發(fā)電機(jī)等，降低了投資成本；③壓縮空氣儲能技術(shù)具有良好的環(huán)保性能，因?yàn)槠洳皇褂萌魏位瘜W(xué)介質(zhì)，能量轉(zhuǎn)換過程中沒有污染物排放。然而，壓縮空氣儲能技術(shù)也存在一定的局限性，例如對地理環(huán)境和氣候條件的依賴較大，壓縮空氣的儲存和釋放過程中能量損失較大，以及設(shè)備占地面積較高等。為了克服這些局限性，研究人員應(yīng)該不斷優(yōu)化壓縮空氣儲能技術(shù)，如提高壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的效率、降低能量損失、研究新型材料和結(jié)構(gòu)、減小設(shè)備占地面積，以及探索適應(yīng)不同地理環(huán)境和氣候條件的儲能方案。

3.5　抽水儲能技術(shù)

抽水儲能技術(shù)是一種利用高低水位差來實(shí)現(xiàn)電能儲存和釋放的技術(shù)，其在新能源風(fēng)電和光伏工程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。抽水儲能技術(shù)的原理是：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)期，利用新能源發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的多余電能驅(qū)動水泵，將低水位的水抽到高水位的水庫中儲存；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)期，釋放水庫中的水，通過水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，將水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能輸出。抽水儲能技術(shù)可以在較大的地理空間內(nèi)儲存大量的能量，而且相關(guān)設(shè)備相對簡單，主要包括水泵、水輪發(fā)電機(jī)和水庫等，降低了投資成本。此外，抽水儲能技術(shù)還可以利用抽水蓄能電站對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷低谷時(shí)，利用抽水蓄能電站的蓄電能力將多余的電力儲存起來；在電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷高峰時(shí)，將多余的電力釋放到電網(wǎng)中，減少了對電網(wǎng)的沖擊。

4新能源風(fēng)電和光伏工程中儲能技術(shù)應(yīng)用

4.1　儲能技術(shù)在風(fēng)電工程中的應(yīng)用

在風(fēng)電工程領(lǐng)域，儲能技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其應(yīng)用主要可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行闡述：

1. 儲能技術(shù)在風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)中起到了平衡功率波動的作用。風(fēng)能的間歇性和不確定性，使得風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率存在較大的波動，而儲能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地緩解這些波動，從而提高風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。儲能設(shè)備可在風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)輸出功率較低的時(shí)候，將電能儲存起來，以便在輸出功率波動時(shí)釋放，保持系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行[6]。

（2）儲能技術(shù)有助于提高風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。通過儲能設(shè)備，風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)可以在輸出功率較低的時(shí)候儲存電能，以便在需要的時(shí)候釋放，從而平衡電力需求和供應(yīng)之間的矛盾，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。此外，儲能技術(shù)還可以優(yōu)化風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)度和運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)能的*效利用。

（3）儲能技術(shù)可以降低風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的依賴。在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常會遇到電網(wǎng)頻率波動、電壓不穩(wěn)定等問題。儲能技術(shù)的應(yīng)用可有效地解決這些問題，提高風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的自主運(yùn)行能力，降低對電網(wǎng)的依賴程度。

4.2　儲能技術(shù)在光伏工程中的應(yīng)用

在光伏工程領(lǐng)域，儲能技術(shù)同樣具有重要應(yīng)用價(jià)值，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 儲能技術(shù)能夠平滑光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出波動。由于光伏發(fā)電受天氣和季節(jié)影響，發(fā)電量存在一定波動，儲能技術(shù)的應(yīng)用可以有效地平衡這些波動，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 儲能技術(shù)有助于提高光伏發(fā)電的能源利用率。光伏發(fā)電系統(tǒng)在夜間或陰雨天無法發(fā)電，導(dǎo)致能源浪費(fèi)，而通過儲能技術(shù)，可以將多余的電能儲存起來，以便在發(fā)電不足的時(shí)候供給電網(wǎng)，從而提高光伏發(fā)電的能源利用率。

3. 儲能技術(shù)有助于促進(jìn)光伏發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。儲能設(shè)備可以提高光伏發(fā)電的系統(tǒng)容量，使得光伏發(fā)電在同等占地面積下產(chǎn)生更多的電力。此外，儲能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的峰谷電價(jià)政策，進(jìn)一步降低發(fā)電成本，提高光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）儲能技術(shù)可以提高光伏發(fā)電在電網(wǎng)中的競爭力。儲能設(shè)備的應(yīng)用可使得光伏發(fā)電更加靈活，適應(yīng)電力市場的需求。在電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)急供電等方面，儲能技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，有助于提高光伏發(fā)電在電網(wǎng)中的競爭力。

5安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

5.1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(shí)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(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)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(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。5.2應(yīng)用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負(fù)荷，同時(shí)也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機(jī)、儲能電池、儲能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

（3）功率預(yù)測

對分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jìn)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(jìn)行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測。

（5）可視化運(yùn)行

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

（6）優(yōu)化控制

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

（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(shí)可以切換年報(bào)查看每個(gè)月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風(fēng)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)。

（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(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

6硬件及其配套產(chǎn)品

7結(jié)束語

總而言之，隨著我國新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，儲能技術(shù)也在不斷完善和改進(jìn)。在新能源風(fēng)電和光伏工程中，儲能技術(shù)能夠發(fā)揮出重要作用。因?yàn)閮δ芗夹g(shù)能夠?qū)L(fēng)電和光伏發(fā)電過程中產(chǎn)生的能量存儲起來，然后再進(jìn)行合理的分配和利用，從而提高新能源的利用率，同時(shí)儲能技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對電壓波動和頻率波動的有效控制，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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