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储能技术在分布式发电中的应用

作者:时间:2012-08-28来源:网络收藏

式中,Ppv为光伏阵列实际输出功率; Ppv为光伏阵列输出功率预测值;T为储能投入时间;η 为逆变器效率;η2为储能装置充放电效率;K为温度修正系数;S为放电深度。

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3.2 独立运行的一般要求

由于单个分布式电源独立运行,很难维持整个系统的频率和电压稳定。所以在大电网难以达到的边远或孤立地区,一般采用分布式电源联合运行来为这些地区提供可靠的电力。它们包括:风/光互补联合发电系统、光/柴联合型发电系统、微型燃气轮机/燃料电池混合系统等。联合运行的共同特点就是利用互补特性,获得比较稳定的总输出,在保证同样供电稳定性和可靠性的情况下,大大减少储能的容量,一般从数百千瓦至数兆瓦[4]。以光伏/柴油联合发电系统为例,虽然柴油发电机与光伏发电相结合能够确保连续24h不间断供电,且资金花费低于蓄电池作后备。然而,当光伏输出发生变化时,柴油发电机不能快速做出响应,而通过储能的过渡作用,可满足负载对快速响应的要求。燃料电池响应负载的速度也较慢(电流斜率约4A/s),配置储能可提高其可靠性和寿命[13]。这样在光伏、燃料电池发电系统中储能装置就得具有响应速度快,功率密度高的特性。独立光伏电站储能容量计算公式:

式中,Q为日用电量;D为支持天数;η 为逆变器效率;η2为储能装置充放电效率;K为温度修正系数;S为放电深度。

3.3 特殊要求

(1)抑制DG输出功率波动。太阳能、风能等受天气等自然因素的影响,输出电能具有随机性,而储能可以平抑功率波动,提高系统电压和频率质量。从实际风力发电的角度出发,考虑到发电功率一般以秒级周期随机波动,要求储能具有秒级响应速度和一定的功率补偿能力。考虑到随机性是分布式电源并网所造成的不利影响的本质原因,研究分布式电源发电功率预测技术,分析发电功率预测误差,以此为依据优化储能容量对储能在分布式电源并网运行具有重要的实际意义,如图1所示。

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图1 基于光伏功率预测误差的储能容量优化

(2)使DG按照预先制定的规划进行发电。鉴于在根本上改变分布式电源间歇性投资巨大且并无必要,可将目标定位在使包含分布式电源的局部网络潮流曲线按照计划推进,储能只是填补分布式电源输出与预期曲线之间的差额部分,而不是对分布式电源的功率波动完全补偿。这对电网的调度控制和安全经济运行具有重要作用,而所需的储能容量也大大降低,如图2所示。

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图2 基于含风电场局部潮流曲线的储能容量优化

4 在分布式系统

中起的作用可概括为4方面:

(1)增强系统并网可靠性。分布式电源发出的电能具有随机性和不确定性,能量存储使得DG即使在波动较快和较大的情况下也能够运行在一个稳定的输出水平[1]。

(2)孤立运行的DG单元切换或退出时起过渡作用。太阳能和风力发电输出具有间歇性,适量的储能可起过渡的作用,其储能的多少主要取决于负荷需求[18]。

(3)抑制DG输出功率波动,改善系统供电质量。太阳能、风能等受天气等自然因素的影响,输出电能具有随机性,而储能可以平抑脉冲功率波动[3]。

(4)使DG按照预先制定的规划进行发电,提高并网运行的可靠性和调度灵活性[19]。

4.1 并网运行

抽水蓄能机组容量已达2000MW,单元效率虽然不高,但运行可靠,寿命长,不足之处就是用于系统,固定成本太高。到目前为止,国内已建成抽水蓄能电站装机容量约为5.7GW,占全国装机容量的1.8%。文献[20]就西藏阿里地区独特的水能、光能和风能分布的自然条件,对风光互补抽水蓄能电站的系统进行了研究。压缩空气储能与燃气轮机结合,容量可达数百MW,效率已接近60%,且寿命长,可冷起动和黑起动,其投资和发电成本均低于抽水蓄能电站,8~12MW微型压缩空气蓄能系统(micro-CAES)已成为并网研究热点,应用前景十分广阔。

飞轮储能系统的能量密度较大,占据空间相对较小,充电快捷,充放电次数无限。5kW·h/100kW等级的飞轮正在进行整机安装调试实验。国外已将飞轮储能引入风力发电系统。试验表明,风力发电系统电能输出性能及经济性能较未采用飞轮储能有很大改善。图3给出了基于飞轮和抽水蓄能的混合储能特性示意。

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图3 基于飞轮和抽水蓄能的混合储能特性

水蓄冷和冰蓄冷储能虽然结构复杂,但在解决电力峰谷差的成熟技术中经济效益和转换效率较高,已有效蓄冷容积2100m3,蓄冷量5600rth的水蓄冷空调。SMES具有大容量能量/功率补偿特性,然而容量高于100MW·h的线圈在技术和经济上存在困难。在风力/蓄电池并网运行方式中,铅酸电池体积庞大,充电/放电频繁,故障率显著提高,增加了系统运行的成本,但其技术成熟,价格便宜,已获得实际应用。

SMES的ms级响应、大容量功率/能量传递特性决定了它在系统发生故障或受到扰动时能够快速地吸收/发出功率,减小和消除扰动对电网的冲击,在提高网络动态稳定性方面具有无可替代的作用[21]。目前,D-SMES(Distributed SMES,D-SMES)的容量水平达18Mvar/3MW,最大有功功率输出可以持续0.5s,最大无功功率输出可持续时间1s,足够处理电压崩溃事件[8]。我国已先后研制成功25kJ~1MJBi系SMES系统,但Bi系高温超导SMES通常采用制冷机冷却,稳定裕度低。中国电力科学研究院正在开展以液氮温区运行的YBCO—钇钡铜氧涂层高温超导储能单元的研究,并将与柔性技术相结合,进一步降低投资和运行成本。

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