面向分布式风电光伏的储能容量优化配置方法研究

面向分布式风电光伏的储能容量优化配置方法研究

张仁举

新疆华电苇湖梁新能源有限公司

摘要：为了发扬绿色、环保低碳理念，推动能源绿色低碳转型，国家采取了多项政策措施，包括实施光伏、风机建设工程、规范推进先进储能应用、推进“新能源+储能”研发模式、支持微电网工程建造与研发。而储能容量优化配置是提升储能系统运行稳定性与经济性的重要手段，结合面向分布式风电光伏的储能容量优化配置需求，应有效减小储能系统负荷峰谷差，提高储能系统的经济收益，实现对传统方法的优化与创新以及对现有理论的补充与完善，为实际配置操提供参考依据，具有良好的现实意义。

关键词：分布式；风电光伏；储能；配置方法

引言

分布式风电光伏储能容量配置通过将广泛分布的终端用户储能设备汇集到分布式风电光伏储能中，实现电网与用户的双向交互，当总容量不变时，可降低高功率储能系统的应用容量，从而降低建设成本，增加辅助服务的收益。

1分布式风电光伏储能损耗分析

微网络储能系统需要整流器和逆变器的支持，以保证储能系统能够准确、有效地调节系统需求。储能装置的控制主要通过变频器来实现，这种变频器是用来调节蓄电池充放电的。蓄能器放电时，变频器处于休息状态；蓄能器在充电时，变频器处于工作状态。分布式风电光伏储能的实际使用寿命主要取决于储能充放电循环次数，储能周期作为一个充放电循环，一旦启动，所储存的能量将全部释放，然后开始新一轮充放电。根据分布式风电光伏充、放电功率损耗，分析电力侧效益，主要是为了在实际应用中降低备用容量投资和建设费用，使不同变电所的负荷在不同时段产生移峰效应，可充分利用峰谷电价差获取利润，分布在夜间的风电发电负荷和价格较低，用储能控制对电能进行充电和储存。日间负荷大，电价高，储能控制系统可在日间释放储能，实现了利用峰谷差获取利润的目的，从而完成了大规模储能系统中移峰填谷的分析。利用这种现象，研究面向分布式风电光伏的储能容量优化配置方法意义重大。

2风光储系统结构及运行特性

由于风电场和光伏电站具有周期性，在风力和光电不稳定的情况下，会出现弃风或弃光现象，对电力系统安全、稳定运行造成严重影响。因此，需要在电力系统中设置储能设备，以减少风电和光伏发电并网对电力系统稳定性的影响，提高电力系统稳定性。储能设备是以蓄电池为主体，通过充放电控制策略及相应的控制算法，有效地将风光发电产生的能量进行存储。在实际应用中，由于风力和光伏发电在昼夜、季节、天气等因素影响下存在一定的波动性，因此需要设置储能装置对其进行充放电控制。当风电和光伏发电功率与负荷需求存在较大偏差时，储能装置对其进行充放电操作，以降低风电和光伏发电功率波动对电网运行带来的不利影响。储能装置除了可调节风电和光伏发电功率波动外，还可以调节负荷需求。当电网出现无风或无光时，需要减小负荷需求以减少弃光电量；当电网出现风或光电时，需要增加负荷需求以满足电力系统运行要求。因此，在储能装置充放电过程中需考虑负荷变化对充放电的影响。当储能系统在满足用户需求的前提下得到最大经济效益时，需要分析储能装置的运行特性及充放电过程中的能量损耗。

3面向分布式风电光伏的储能容量优化配置方法分析

储能系统的主要功能是储存电能，其成本主要受储能容量和放电时间的影响。合理选择储能系统的容量，既可以提高电力系统的可靠性，又可以提高系统的经济效益。因此，储能系统容量的选择至关重要。为满足光伏发电接入电网后对并网风电的影响，储能系统在满足逆变器不停机运行要求的前提下，最大限度地利用储能系统存储电能。

（1）混合储能技术。目前国内风力发电系统大多采用蓄电池作为能量存储设备，但其能量密度较小、寿命较短、维修工作量大且环境污染严重，需加大回收力度。超级电容储能装置具有免维护、耐用、能量密度高且效率高的特点，分为主动和被动两种。混合储能装置是通过平行连接一个电池储能装置和一个超级电容器储能装置组合使用而产生的，使用这两种并联方式优化电池的充电和放电过程，延长电池的使用寿命，提高其技术和经济性能，提高电池的转换效率。

（2）氢燃料储能技术。储氢装置是一种电化学装置，将燃料和氧化剂的化学能持续转化为电能。燃料电池储存装置的容量没有上限，根据电解质的不同，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和碱性燃料电池。燃料储存装置分为电解质、阴极和阳极，它们的工作原理相同。目前，风能系统中最常用的燃料储存单元是固态储存单元和质子交换膜燃料储存单元。质子交换膜燃料电池（PEMFC）能量储存系统的工作原理：首先，通过双极板的气体通道，将氢和燃料气体引入到燃料储存设备的两极，再由膜电极的位置扩散到催化层中；其次，膜阳极催化剂表面的氢气分解为电子、质子和水，电子以电荷方式通过外电路到达阴极，并通过质子交换膜的磺酸基到达阴极，在阴极催化剂的表面，氧分子与进入阴极的三种物质发生反应。氢燃料储存技术可以实现长时间的储存，金属化、液化和压缩是目前最常见的氢储存技术，可利用燃料储存装置、电解槽和氢储箱三大模块组成氢储存装置，并将其用于风电系统。当有更多的风力时，电解池将水电解，产生氢，储存于氢的容器中；在储存氢气的过程中，剩余的电量转移至输出负荷，如果风能出现亏空，则储存在燃料储存器中的氢和氧发生反应，产生电能，为系统负荷供电。

（3）电化学储能技术。这种储能技术在目前新能源发电侧的应用是最为普遍的，其重要性不言而喻。电化学储能技术主要是通过锂离子电池、液流电池以及铅酸电池，基于全新的全钒液流储能系统技术，对全钒液流电池以及锂离子电池进行性能的对比分析，研究两者的各自优势和不足。相对来说，全钒液流电池的使用安全性更高，能够满足电网安全储能和运行的需要，还具备长时间充放电的应用特点，所以，目前在新能源发电侧储能中的应用比较普遍。电化学储能作为支撑能量转换的关键技术将呈现快速发展趋势。随着国内新能源占比的不断提升，储能系统成本作为电力营销推广的一部分逐步解决，储能及备用设备行业将加速增长。

结束语

风力发电是我国未来最具有发展前景的新能源发电方式之一。随着储能技术的快速发展，其在风力发电系统中的应用越来越广泛，发挥的作用也越来越高效，显著提升了风力发电系统的效率，保证了发电质量，还在一定程度上降低了发电成本。随着分布式风电光伏装机规模的不断扩大，能源消纳问题日益凸显。负荷与风电光伏能源的逆向分布，导致分布式风电光伏能源消纳利用水平较低，目前大部分地区存在风电光伏能源消纳不够充分的问题。目前，大部分分布式风电光伏电站储能容量优化配置仍沿用传统形式电站的配置方法，在实际中配置效果并不理想，分布式风电光伏电站负荷峰谷差较大，且经济收益较低，传统方法已无法满足实际需求，为此，本文提出面向分布式风电光伏的储能容量优化配置方法具有非常重要的现实意义。

参考文献

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