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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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)，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(yīng)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(yīng)用，包括了一些特定場景的應(yīng)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(yīng)用場景。

 

對比這兩種分類方式，我們發(fā)現(xiàn)，對于儲能應(yīng)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(wù)，以及發(fā)、輸、配、送各個環(huán)節(jié)。

 

這就給我一個啟示，當談?wù)搩δ芟到y(tǒng)的時候，我們是不是應(yīng)該向更多、更廣、更集成的思路看待儲能應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。火電廠建設(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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。可見，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(wù)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(yīng)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？