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儲能如何在電力需求上找到切合點?
日期:2019-08-17   [復制鏈接]
責任編輯:sy_zhangxiaoxiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:在2010年美國SNL實驗室將儲能技術(shù)進行了分類,2013年SNL實驗室又對儲能系統(tǒng)進行了分類,這也是儲能應用的一個演變過程。從針對特定場景分類轉(zhuǎn)移到針對電力系統(tǒng)的需求,儲能未來在電力發(fā)展上需要在市場中找到與需求的切入點。
 
導語:今天會議的主題是發(fā)電側(cè)儲能,我匯報題目做了一個扣題“儲能技術(shù)與發(fā)電技術(shù)結(jié)合”。既然我們討論發(fā)電側(cè)儲能,那么我們需要知道:什么是發(fā)電技術(shù),發(fā)電技術(shù)具有哪些特點;儲能技術(shù)具有什么特點?他們在什么地方具有結(jié)合點,下面我從三個方面做匯報。
 
8月9—10日,在“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應用高層研討會”期間,來自中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司新能源工程事業(yè)部主任工程師張純崗發(fā)表了“儲能技術(shù)與發(fā)電技術(shù)結(jié)合的探討”主題演講,以下是主要發(fā)言內(nèi)容。
 
各位領(lǐng)導,專家,大家上午好!首先非常感謝組委會給我這個機會,就儲能和發(fā)電側(cè)的結(jié)合做匯報。
 
今天會議的主題是發(fā)電側(cè)儲能,我匯報題目做了一個扣題“儲能技術(shù)與發(fā)電技術(shù)結(jié)合”。既然我們討論發(fā)電側(cè)儲能,那么我們需要知道:什么是發(fā)電技術(shù),發(fā)電技術(shù)具有哪些特點;儲能技術(shù)具有什么特點?他們在什么地方具有結(jié)合點,下面我從三個方面做匯報。
 
在匯報之前,我想跟大家一起來回顧一下儲能技術(shù)的分類。美國SNL實驗室,在2010年匯集了儲能各個方面的專家,根據(jù)一些試驗項目,對于儲能技術(shù)在商業(yè)上的應用做了分類,共分為五大部分,17個子項目。這個分類更多集中在儲能示范應用,包括了一些特定場景的應用,比如在新能源上。
 
2013年SNL實驗室又和美國農(nóng)村委員會NRECA對儲能系統(tǒng)又進行了分類。在2010年分類基礎(chǔ)上,把儲能技術(shù)變成了五類,但是有18項。與2010年分類方式有一個顯著不同是,不再強調(diào)特定的應用場景。
 
對比這兩種分類方式,我們發(fā)現(xiàn),對于儲能應用有一個演變過程。從針對特定場景分類轉(zhuǎn)移到針對電力系統(tǒng)的需求。2013年的分類更多地向更高層次、更綜合的方式發(fā)展,向電力系統(tǒng)的需求類別方向發(fā)展。如,能量需求,輔助服務,以及發(fā)、輸、配、送各個環(huán)節(jié)。
 
這就給我一個啟示,當談論儲能系統(tǒng)的時候,我們是不是應該向更多、更廣、更集成的思路看待儲能應用。也就是,從如何滿足電力系統(tǒng)的需求角度看待儲能。我們知道,任何技術(shù)都不是突然出現(xiàn)的,是通過繼承了以前的技術(shù)不斷進化過來的。進化的動力就是市場的需求。我們想推廣儲能,雖然政策的支持是很重要的方面,但單純依靠政策的支持是不可能長遠的。儲能的發(fā)展同樣需要自身的進步,需要在市場中找到與需求的切入點。我今天的匯報將圍繞如何在需求上找到切合點,或者說從電力系統(tǒng)本質(zhì)因素,通過分解的思路,闡述我的想法和觀點。我的觀點不見得正確,僅是我的思考。
 
說到發(fā)電技術(shù),既然討論發(fā)電側(cè)儲能應用,什么是發(fā)電?發(fā)電技術(shù)有哪一些?我這里面做了一張表,把大部分發(fā)電應用做了一些統(tǒng)計。共分為利用化石燃料的發(fā)電技術(shù)和利用可再生能源的發(fā)電技術(shù)。隨著人類對于環(huán)境的關(guān)注和化石能源枯竭的緊迫性,世界各國,包括我們國家都在控制碳排放?;痣姀S建設(shè)規(guī)模在不斷的壓縮,排放要求越來越嚴格。天然氣更是這樣。原來對天然氣充滿了希望,實際上天然氣也的供應也出現(xiàn)了問題。這些因素造成了常規(guī)能源形式在走下坡路。相反,以太陽能和風能為代表的可再生能源在蓬勃發(fā)展。
 
我這張表并未將所有的發(fā)電型式列全,只是希望通過分析各種發(fā)電形式的組成和原理,從技術(shù)的本質(zhì)出發(fā)重新認識各種發(fā)電技術(shù)。希望分析內(nèi)部和外部需求找到儲能系統(tǒng)和發(fā)電技術(shù)結(jié)合點。這里面是基于一個觀點:任何一個新技術(shù)都是在老技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來。隨著技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)不斷的涌現(xiàn),在新的時代,回顧這些老技術(shù)的時候可能會發(fā)現(xiàn)一些新的東西。因為新技術(shù)的出現(xiàn)會使老技術(shù)更加完善。比如,電力電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展是綜合能源技術(shù)得以實施的重要因素。這里就不展開說了。
 
不管是新能源技術(shù)、再生能源技術(shù),都有它各自的特點。由于時間關(guān)系,不可能一一加以解剖?,F(xiàn)在以風力發(fā)電為例,從需求角度分析,或者來解剖一下這種技術(shù)。大家知道風力發(fā)電通過葉輪來捕捉風能,然后驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動,風能轉(zhuǎn)化為機械能,機械能通過齒輪箱的變速帶動發(fā)電機,利用電磁感應原理進行發(fā)電的技術(shù)。這里面有幾個環(huán)節(jié):第一個風能,第二機械能,第三是電能。由于風力發(fā)電是從風能向機械能、電能的單向轉(zhuǎn)換方式,這里面涉及到機械能。只要是涉及到機械能的東西都有一個特點:一開始需要大的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)動部件,隨著轉(zhuǎn)速提高,它這個轉(zhuǎn)距會降低,這是很重要的核心。從風能捕捉角度來說,我們知道發(fā)電機出力跟風速成非線性關(guān)系,風速比較大的時候發(fā)電機出力會快速的上升。當捕風面積增加的時候,發(fā)電機出力會成線性增加。由于風是不斷變化的,這樣就造成了風能轉(zhuǎn)化成機械能的變化,從而風機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速在不斷的變化,通過電磁感應原理產(chǎn)生的電能也不斷變化,主要體現(xiàn)在電壓、電流、頻率和相角。
 
當風力發(fā)電機和電力系統(tǒng)連接的時候,這兩個電力系統(tǒng)之間的主要參數(shù),比如頻率、電壓一定要一致。風力發(fā)電機由于風電變化,造成電參數(shù)的變化,這個時候需要有一個AC/DC及DC/AC的轉(zhuǎn)換,使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電力在頻率、電壓、相角上與外接系統(tǒng)一致。這里要感謝電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,使以前不能實現(xiàn)的技術(shù)或者不能利用的東西都可以用。風力發(fā)電目的盡量吸收風力,這是它的基礎(chǔ)。
 
從外部的角度講,電力系統(tǒng)要求時刻保持供給和需求,這是電力系統(tǒng)本質(zhì)的需求。需求和供給要達到平衡,當不平衡時,系統(tǒng)會發(fā)生振蕩。如果我們把風機接到電力系統(tǒng),當把電網(wǎng)看作負荷時,可以把風機作為一個源的話,電網(wǎng)需求變化會牽引到風力發(fā)電機出力的變化?,F(xiàn)在由于風力發(fā)電機或者風電不具有全方位調(diào)節(jié)的能力,就無法滿足電力系統(tǒng)的需求??梢?,通過對風力發(fā)電內(nèi)部和外部需求特點進行分析,我們發(fā)現(xiàn)風力發(fā)電還有需要完善的地方。這種完善,要么通過改進風力發(fā)電技術(shù),要么借助外部技術(shù)加以完善。這樣,我們就明確了需求。
 
說到儲能系統(tǒng),它也是能量轉(zhuǎn)化過程,正如發(fā)電技術(shù)是以能量轉(zhuǎn)化為主,儲能系統(tǒng)也是能量轉(zhuǎn)化過程。發(fā)電系統(tǒng)更多是單向轉(zhuǎn)換,而儲能是一種雙向,可逆的。這里羅列鋰電池儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,前面專家已經(jīng)講得很多了,我就不再贅述。不過,我有一個體會,儲能系統(tǒng)可以被看成濃縮的電力系統(tǒng)。每一個電池或者模組都是一個小的能量體。因此,當我們研究其給外部提供能量服務的時候,都需要關(guān)注這個特性。無論是儲能系統(tǒng)主體還是其輔助系統(tǒng)。還有一個特點就是儲能所具有的電源和負荷的隨時互換的特性。
 
上面把儲能和發(fā)電技術(shù)都做了分析以后,最后落實到怎么去結(jié)合。從風力發(fā)電的內(nèi)、外需求來說:內(nèi)部需求是多吸收風能,提高轉(zhuǎn)換效率,多發(fā)電。為了實現(xiàn)這個需求,剛才說到了捕風面積、空氣密度和風速。有哪一些可以控制的?捕風面積常用的是大葉片方式實現(xiàn),在同一個自然條件下不同葉片會造成發(fā)電機出力變化??諝饷芏仁翘焐模€有一個是風速,風速是不可控的,這些東西看起來和我們結(jié)合的儲能關(guān)系不是很大。但如果對風進行了分析,重新回顧的時候似乎可以找到一些結(jié)合點。因為風速是概率性的問題,一年365天所占的風速是不一樣的,據(jù)統(tǒng)計,在5m/s以下風速占全年50%以上的時間。根據(jù)機械轉(zhuǎn)換特點,如果風機能夠在正常切入風速之前轉(zhuǎn)起來,當轉(zhuǎn)起來以后就不需要更大的風速了。這個時候如果加一個外力,我們就可以提前讓風機去轉(zhuǎn)動。這里儲能就可發(fā)揮作用。
 
第二個結(jié)合點是從風力發(fā)電的波動角度來講。我們知道可以在變電站側(cè)加裝儲能來平抑風電場的波動,實現(xiàn)電網(wǎng)的友好性。如果能夠讓單個風機滿足電力因素需求的時候,風力才能真正融入到電力系統(tǒng)里。在風機側(cè)加裝儲能可以認為是分布式儲能,還可以實現(xiàn)風機參與調(diào)頻。如果能夠?qū)崿F(xiàn)風機個體加裝儲能,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合,通過風場固有的光纖通信網(wǎng)絡(luò),風場可以實現(xiàn)虛擬電廠的功能。另外,在風機上加裝儲能,通過降低大風速時風機的出力,可以有效降低集電線路規(guī)格。風機全年在額定風速下運行的時間很低,而且是不連續(xù)的。而無論線路設(shè)計還是變電站設(shè)計都按最大出力來進行設(shè)備選擇。而最大出力所占用的時間是概率問題,而且是離散的。如果我們把最大出力通過儲能降下來,這樣運行電流就能下降,直接影響到設(shè)備選擇,從而降低造價,提高設(shè)備的利用效率。
 
因為準備不是特別充分,這是我們對于儲能在發(fā)電側(cè)做了一些研究,跟大家做一些分享。這是一個分析的方法,利用這個方法同樣可以對燃煤電站、水電站等進行分析。這里就不再一一介紹了。無論儲能在源、網(wǎng)、荷哪端展開應用,都需要儲能本身技術(shù)過硬,加強自身的同事,也要了解和滿足場景的需求才好。說的不對的地方歡迎大家批評指正,謝謝。

原標題:儲能如何在電力需求上找到切合點?
 
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來源:中國儲能網(wǎng)
 
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