吴超
大唐京津冀能源开发有限公司 北京市 075100
摘要：储能技术作为大规模光伏发电接入电网时的高效支撑技术，可有效平滑光伏发电的波动，改善电能质量。本文讨论了将光伏发电系统与储能系统相结合的光储系统的应用类型和能量汇聚方式，并针对光储技术的发展给出了几点建议。
关键词：光储系统；发展态势；技术走向
引言
虽然受新冠疫情的影响，2020年以来我国光伏产业的发展缓慢，但总体来说，我国光伏发电已经步入“平价上网”的轨道，光伏发电从补充能源转向替代能源的步伐也将加速。“十四五”期间，随着光伏发电成本的进一步降低，以及光储模式的进一步推广，我国中部及“三北”地区可利用其自身优势合理配置风、光资源，提高外送通道中新能源的比例，支持和促进全国的能源转型。
1光伏发电系统对电网运行带来的影响
1.1运行调度
光伏电源自身具有一定的可调度性，但是这种可调度性会在一定程度上受到外界天气因素的影响，尤其是在一些天气变化相对较快的城市或是海拔相对较高的地区，天空中的云层对于光伏电源可调度性的影响更加明显。在电网运行商的调度系统中，如果光伏电源的整体占比相对较高，且高于临界比例，在进行电力调度的过程中就需要采取一系列的保障措施，确保电网运行过程中的可靠性以及安全性能够切实得到保障。除此之外，常规电价与光伏电价之间还普遍存在一定的差异，因此，在对电网进行调度的过程中也需要充分考虑经济性的相关问题，但上述的所有操作都需要最大限度地避免给电网系统运行过程中的安全带来不利影响。
1.2系统保护
光伏发电系统在实际运转的过程中，如遇到光照相对强烈的气候条件，电站在实际进行输出的过程中功率也会相应增加，进而引发一系列的连锁反应，最直接的表现就是短路电流的增加，进而导致增加过流保护在配合过程中的难度，加大失误问题的发生概率。除此之外，电站输出功率的变化也会在一定程度上影响熔断器的常规工作，进而给电网系统的整体运转带来十分不利的影响。若光伏发电系统在工作的过程中没有正常接入配电网系统，支路潮流在实际运转的过程中则多数情况下属于单向性输出，且这种单向性输出缺乏必要的保护措施。而在光伏发电系统运转的过程中，当配电网络接入后，配电网络自身的性质也会相应地发生变化，转成多元配电网络，在这一过程中，网络潮流的流向会体现出较强的随机性特点，控制难度将进一步增加。因此，为了保证系统整体的运转安全，需要在系统中常规进行方向性保护装置的安装。
2光储系统的类型
光储系统和并网光伏发电系统的配置不尽相同。光储系统需配置蓄电池及蓄电池充放电装备，主要以延长储能系统的使用寿命、减少蓄电池的充放电次数为目标。
光储系统的优势在于：在光伏发电高峰时段，利用储能系统储电，对光伏发电系统的出力进行削峰；在光伏发电高峰时段之后，利用储能系统放电。该方式有助于平滑光伏出力的波动性和实现储能系统的调峰功能，用以达到储能作用的最大化。
根据应用类型不同，光储系统可以分为光伏离网储能系统、光伏并网储能系统及光伏并离网储能系统。
无论光储系统采用何种类型，蓄电池都是储能系统中必不可少的核心组成部分，主要作用是存储光伏发电系统产生的冗余电能，并在光伏发电系统的发电量不足以满足负载需求或出现紧急情况时为负载供应。
储能系统中常用的蓄电池类型有铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、碱性蓄电池、超级电容等。目前，铅酸蓄电池的商业化程度最高，占据我国电化学储能领域的绝大部分市场份额，并由此衍生出很多种类，例如富液铅酸蓄电池、阀控密封铅酸电池、胶体电池、铅碳电池等。
2.1光伏离网储能系统
光伏离网储能系统通过光伏组件将太阳能转换成电能供给负载，并将多余的能量存储在储能系统中，储能系统的存在提高了光伏利用率。该类系统不依赖电网，独立运行，形成了相对闭合的系统内部回路，因此多用于远离电网，发电需要自给自足的通信基站、海岛等地区。
此类系统主要由光伏组件、逆变器、蓄电池、直流负载、交流负载及控制器等构成。在光照充足的情况下，交、直流负载所需电量由光伏发电供给；当光伏发电有剩余时，将电能供给给蓄电池进行存储；当光照不足、光伏发电不足以满足负载需求时，蓄电池充当备用电源继续给负载供电。
光伏离网储能系统的工作模式很多，既可以实现储能系统和光伏发电系统同时工作，也可以在负载用电低谷时段先为储能系统充电，在负载用电高峰时段利用储能系统放电，以保证负载用电的稳定性。
2.2光伏并网储能系统
光伏并网储能系统多用于光伏发电系统的电力满足负载需求后有剩余且峰值电价较高的大型城市，储能可以存储多余的发电量，提高光伏发电自发自用的比例。此类系统主要由光伏组件、蓄电池、并网逆变器、并网储能机、电流传感器、负载及电网构成。该系统中，当蓄电池处于未充满状态时，若此时电流传感器检测到有电流流向电网，则并网储能机开始工作，其会先将光伏电力存储到蓄电池中，直至检测到蓄电池充满后，光伏电力才通过并网逆变器为负载供电；当蓄电池处于充满状态且光伏电力可满足负载用电时，光伏电力则会通过并网逆变器将电力并入电网；而当电网无法供电时，则可通过蓄电池放电来为负载供电[13]。这样储能系统既起到了调峰、调频的作用，又可以因光伏电力上网而获得一定的收入。
目前我国已建的大部分光储项目多采用光伏并网储能系统，负载用电量较小时可利用储能系统储电，负载用电量较大时可利用储能系统放电，从而保证负载用电的稳定性，提高光伏发电的电能质量。
2.3光伏并离网储能系统
光伏并离网储能系统多用于存在峰谷电价差和用电量较大的地区，以及行政中心、银行、数据中心等重要场所。与光伏并网储能系统相比，光伏并离网储能系统可以作为备用电源给不停电负载供电，所以其应用范围更加广泛；在电价为峰值时，此类系统可以以额定功率输出，减少电费开支，并利用峰谷电价差获取利润。
此类系统主要由光伏组件、并离网一体机、蓄电池、电网、逆变器、一般负载和不停电负载构成。电网、光伏发电系统和蓄电池均可为一般负载供电，而不停电负载是由光伏发电系统和蓄电池同时供电。当电网停止供电时，并离网一体机切换成离网工作模式，光伏发电系统和蓄电池作为备用电源同时为一般负载和不停电负载供电，从而可保证负载用电的稳定性。
2.4直流耦合和交流耦合
虽然光储系统的技术线路很多，但能量都需要在某一点汇聚，根据能量汇聚方式的不同，光储系统可分为直流耦合和交流耦合2种形式。直流耦合是将光伏组件发出来的直流电通过控制器存储到蓄电池中，电网也可以通过dC-AC双向变流器向蓄电池充电。这种形式下能量的汇集点是在直流蓄电池端。
交流耦合是将光伏组件发出来的直流电通过逆变器转换为交流电，直接供给负载或送入电网，电网也可以通过dC-AC双向变流器向蓄电池充电。这种形式下能量的汇集点是在交流用户端。
结束语
光伏发电已成为当今一种重要的清洁电力来源，但由于光伏出力具有波动性等特点，制约了其向电网输电；且部分地区因消纳能力不足、外送困难等原因采取了限制光伏发电的措施。针对上述问题，常用的解决方法包括进行并网监控、配置储能系统等。而储能技术作为大规模新能源发电接入电网的高效支撑技术，在实际应用中所起到的作用越来越明显。
参考文献
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