清潔能源概論-課件-第11、12章-儲(chǔ)能技術(shù)、智能電網(wǎng)

目錄

11.1概述11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景復(fù)習(xí)思考題第十一章儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)：通過機(jī)械的、電磁的、電化學(xué)等方法，由介質(zhì)或設(shè)備把一種能量存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)再轉(zhuǎn)換為其他形式的能量釋放出來的技術(shù)。廣義概念：儲(chǔ)能技術(shù)包括基礎(chǔ)燃料的存儲(chǔ)（煤、石油、天然氣等）、二次燃料的存儲(chǔ)（煤氣、氫、太陽能燃料等）、電力儲(chǔ)能和儲(chǔ)熱等；狹義概念：狹義的儲(chǔ)能技術(shù)則包括儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷和儲(chǔ)氫等技術(shù)。11.1概述11.1.1儲(chǔ)能技術(shù)的概念11.1概述機(jī)械儲(chǔ)能以水、空氣等為儲(chǔ)能介質(zhì)，通過儲(chǔ)能介質(zhì)將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能或勢(shì)能，常見的有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。電磁儲(chǔ)能直接以電磁能的方式進(jìn)行能量的存儲(chǔ)的技術(shù)，主要包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)能通過儲(chǔ)能介質(zhì)將電能以電化學(xué)能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，充放電過程伴隨儲(chǔ)能介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)或變價(jià)，常見的有電池儲(chǔ)能（鉛酸電池、鉛炭電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鈉離子電池、氯離子電池、氟離子電池、鈉硫電池、鋰硫電池、液流電池和金屬-空氣電池等）和儲(chǔ)氫等。冷熱儲(chǔ)能利用儲(chǔ)熱或蓄冷介質(zhì)將能量以熱能形式儲(chǔ)存的技術(shù)，根據(jù)熱量存儲(chǔ)原理，儲(chǔ)熱技術(shù)可分為顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱三類。蓄冷技術(shù)也可分為顯熱蓄冷和潛熱蓄冷。11.1.2儲(chǔ)能技術(shù)的分類及特點(diǎn)一般地，可根據(jù)能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換方式的不同，儲(chǔ)能技術(shù)主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能等三大類，此外，還有儲(chǔ)熱和蓄冷技術(shù)等。11.1概述儲(chǔ)能技術(shù)的主要性能指標(biāo)儲(chǔ)能設(shè)備容量?jī)?chǔ)、釋能周期內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換效率響應(yīng)速度體積能量密度和體積功率密度循環(huán)壽命與周期壽命安全性能與對(duì)環(huán)境的影響11.1.2儲(chǔ)能技術(shù)的分類及特點(diǎn)技術(shù)類型容量(MW·h)能量轉(zhuǎn)換效率（％）響應(yīng)速度體積能量密度(kW·h/m3)體積功率密度（kW/m3）循環(huán)壽命（次）周期壽命（a）安全性環(huán)境影響物理儲(chǔ)能抽水蓄能500~1000070~85s~min0.2~20.1~0.2＞1500040~60高無污染壓縮空氣儲(chǔ)能10~300041~53s~min2~600.2~10＞1000030~50高空氣污染飛輪儲(chǔ)能0.001~885~9510ms~min20~805000~80005000030中無污染電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能0.01~10＞951~5ms6260010000030中磁場(chǎng)污染超級(jí)電容0.01~1.585~901~20ms10~2040000~12000010000~10000030中有殘留電化學(xué)儲(chǔ)能鈉硫電池0.001~108320ms~s150~300120~1602500~4500/100%DOD10低有殘留釩液流電池0.03~36020ms~s15~250.5~213000/100%DOD20高輕微鉛炭電池0.001~2070~7520ms~s50~8090~7002500~3000/100%DOD10中鉛污染鋰離子電池0.1~590~9520ms~s300~5501300~10000500~1000/100%DOD10中有殘留注：DOD（DepthofDischarge）表示放電深度11.1概述主要儲(chǔ)能技術(shù)性能對(duì)比11.1概述11.1.2儲(chǔ)能技術(shù)的分類及特點(diǎn)PHS-抽水蓄能；CAES-壓縮空氣；FES:飛輪；Lead-Acid:鉛酸電池；NiCd:鎳鎘電池；NaS:鈉硫電池；ZEBRA:鎳氯電池；Li-ion:鋰電池；VRB:液流電池；SMES:超導(dǎo)磁儲(chǔ)能；SCES:超級(jí)電容;TES：儲(chǔ)熱系統(tǒng)抽水蓄能電站和鉛酸電池技術(shù)已經(jīng)成熟，其使用已超過100年，壓縮空氣儲(chǔ)能、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋰離子電池、液流電池、超導(dǎo)磁能、飛輪、電容、儲(chǔ)熱/冷等技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化，但是還沒有大規(guī)模普遍應(yīng)用，它們的競(jìng)爭(zhēng)力和可靠性仍然需要電力企業(yè)和市場(chǎng)來進(jìn)一步檢驗(yàn)。11.1概述11.1.3儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)概況全球累計(jì)運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模及比例截至2019年3月底，全球共有1580個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目投入運(yùn)行，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到192.25GW。其中，抽水蓄能機(jī)組在運(yùn)項(xiàng)目351個(gè)，總裝機(jī)容量為183.01GW，其他物理儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)容量達(dá)到2.65GW，電化學(xué)儲(chǔ)能、熔融鹽儲(chǔ)熱與儲(chǔ)氫項(xiàng)目的裝機(jī)容量分別達(dá)到3.30GW，3.28GW和20MW。抽水蓄能是全球裝機(jī)規(guī)模最大的儲(chǔ)能技術(shù)，也是目前發(fā)展最為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)。11.1.3儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)概況11.1概述截至2018年底，我國(guó)已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到31.2GW，同比增長(zhǎng)8%，占全球投運(yùn)儲(chǔ)能規(guī)模的17.2%。與全球儲(chǔ)能市場(chǎng)類似，我國(guó)抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，約為30.0GW，所占比重達(dá)到96.2%。電化學(xué)儲(chǔ)能與熔融鹽儲(chǔ)熱的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模分別為1.01GW和0.22GW，同比分別增長(zhǎng)159%和1000%。在各類電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)占比最大，比重為68%。我國(guó)累計(jì)運(yùn)行儲(chǔ)能項(xiàng)目占比11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)技術(shù)類型功率等級(jí)響應(yīng)速度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)抽水蓄能100~5000MWs~min容量大，造價(jià)成本低，啟動(dòng)快、運(yùn)行靈活建設(shè)選址對(duì)地理?xiàng)l件要求高，投資周期長(zhǎng)壓縮空氣儲(chǔ)能100~300MWs~min容量大，造價(jià)成本低，能源轉(zhuǎn)換效率高，安全可靠建設(shè)選址對(duì)地理?xiàng)l件要求高，且有一定的空氣污染飛輪儲(chǔ)能5kW~2MW10ms~min壽命長(zhǎng)，功率密度大，環(huán)境友好，響應(yīng)速度快能量密度低，自放電率高機(jī)械儲(chǔ)能的代表技術(shù)有抽水蓄能，壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能，其技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比如下表所示：主要機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)抽水蓄能抽水蓄能（PumpedHydroelectricStorage，PHS）是全球裝機(jī)規(guī)模最大的儲(chǔ)能技術(shù)，也是目前發(fā)展最為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能電站是兼有調(diào)峰和填谷的雙重功能的水電站，在夜間電網(wǎng)用電負(fù)荷低谷時(shí)，利用電網(wǎng)的電能將下水庫(kù)的水抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存起來，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能；在日間電網(wǎng)用電高峰時(shí)，則利用上水庫(kù)的水發(fā)電，將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。因此，抽水蓄能電站一般有上、下兩個(gè)水庫(kù)，廠房?jī)?nèi)裝有抽水和發(fā)電功能的機(jī)組，如圖所示。抽水蓄能機(jī)組工作原理示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能（CompressedAirEnergyStorage，CAES）技術(shù)是通過將空氣高度壓縮來實(shí)現(xiàn)能量的存能，它是一種成本低、容量大的電力儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能是由充氣（壓縮）過程和排氣（膨脹）過程組成。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是在用電低谷時(shí)，將空氣壓縮并存儲(chǔ)于儲(chǔ)氣室（槽、罐等壓力容器）或地下結(jié)構(gòu)（如洞穴、廢棄礦井、過期油氣井等），將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來；在用電高峰時(shí)段，高壓空氣從儲(chǔ)氣室或地下結(jié)構(gòu)中釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒，膨脹做功，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，如圖所示。壓縮空氣儲(chǔ)能示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.1機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能（FlywheelEnergyStorage，F(xiàn)ES）是通過互逆式雙向電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成高速旋轉(zhuǎn)的飛輪的動(dòng)能的儲(chǔ)能技術(shù)。在儲(chǔ)能過程，飛輪儲(chǔ)能將外界輸入的電能，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量，完成電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程；當(dāng)外界需要電能時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出電流和電壓，完成機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換的能量釋放過程。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)（磁懸浮軸承）示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲(chǔ)能技術(shù)電磁儲(chǔ)能技術(shù)主要包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能兩類，其技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比如表所示：儲(chǔ)能類型容量響應(yīng)時(shí)間技術(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)超導(dǎo)磁儲(chǔ)能10kW~1MW1~5ms容量大，壽命長(zhǎng)，能量密度大，響應(yīng)速度快，建造不受地域限制，維護(hù)方便造價(jià)高超級(jí)電容儲(chǔ)能1~150kW1~20ms循環(huán)效率較高，充放電速度快，功率密度高，循環(huán)充放電次數(shù)多，工作溫度范圍寬自放電率高，成本高兩種電磁儲(chǔ)能方式技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲(chǔ)能技術(shù)超導(dǎo)磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（SuperconductingMagneticEnergyStorage，SMES）技術(shù)是利用超導(dǎo)材料制成的環(huán)形超導(dǎo)電感線圈，線圈通過整流逆變器將電網(wǎng)過剩的能量以磁能的形式存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)再將此能量送回電網(wǎng)或作他用。超導(dǎo)線圈維持在超導(dǎo)狀態(tài)，線圈中所儲(chǔ)存的能量幾乎可以無損耗地永久儲(chǔ)存下去，直到導(dǎo)出為止。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置一般由超導(dǎo)線圈、冷卻系統(tǒng)、閉式制冷機(jī)、變流裝置和測(cè)控系統(tǒng)組成（如圖所示）。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.2電磁儲(chǔ)能技術(shù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能超級(jí)電容器儲(chǔ)能（SuperCapacitorEnergyStorages，SCES）根據(jù)電化學(xué)雙電層理論，利用電級(jí)和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲(chǔ)能量。充電時(shí)，在理想極化狀態(tài)的電極表面，電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子，使其附于電極表面，形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于電荷層間距極小且采用特殊電極結(jié)構(gòu)，電極表面積成千上萬倍的增加，形成極大的電容量。超級(jí)電容器儲(chǔ)能基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)主要包括兩個(gè)電極、電解質(zhì)、集流體、隔膜四個(gè)主要部件。其中，兩個(gè)電級(jí)是由多孔材料在金屬薄膜上沉積形成的，被浸泡在電解液中的隔膜分開。隔膜通常是一張紙，來防止電極之間的導(dǎo)電接觸。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是將其電能以化學(xué)能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，蓄電池具有靈活方便的特點(diǎn)，代表了電化學(xué)儲(chǔ)能的主要研究方向。蓄電池都是通過浸泡于電解液中的兩個(gè)電極（陰極和陽極）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，其中，陰極吸收電子，發(fā)生還原反應(yīng)；陽極釋放電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極是正電性電極，正離子通過化學(xué)單元、電子通過外電路向它遷移；陽極是負(fù)電性電極，它產(chǎn)生向外做功的電子。蓄電池工作原理圖電池類型正極負(fù)極電解液電壓(V)體積能量密度(kW·h/m3)循環(huán)壽命（次）工作溫度（℃）鉛酸電池PbO2PbH2SO42.075~120400~1200-40~60鉛炭電池PbO2CH2SO42.050~802500~3000-40~60鎳鎘電池Ni(OH)2CdNaOH1.280~1502000-40~60鎳氫電池Ni(OH)2MKOH1.2220~2301500-20~40鋰離子電池LiCoO2C6有機(jī)溶劑3.7300~550500~1000-20~65鈉硫電池SNaβ-Al2O32.0150~3002500~4500300~350釩液流電池V4+,V5+V2+,V3+H2SO41.3由電解液濃度確定13000-20~5011.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)主要蓄電池技術(shù)特點(diǎn)比較主要蓄電池技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)電池類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鉛酸電池成本低、技術(shù)成熟、儲(chǔ)能容量大能量密度低，充放電次數(shù)少，析氫，有毒鉛炭電池充放電速度快，功率密度高，壽命長(zhǎng)能量密度低，鉛污染鎳鎘電池耐用性好，可靠性高，壽命長(zhǎng)，維護(hù)量少自放電率高，存在記憶效應(yīng)，污染環(huán)境鎳氫電池能量密度高，低溫特性好、無毒環(huán)保造價(jià)比鉛酸電池、鎳鉻電池要高鋰離子電池能量密度高、自放電率低、無記憶效應(yīng)，環(huán)保造價(jià)高，需要過充保護(hù)，熱失控、容量衰減鈉硫電池壽命長(zhǎng)，能量密度高，轉(zhuǎn)換效率高，無污染工作溫度高，需要熱量管理，安全性差釩液流電池能量密度高、效率高、壽命長(zhǎng)、無自放電率價(jià)格昂貴，能量轉(zhuǎn)換率低、電解液交叉污染11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鉛酸電池（Lead-acidBattery）是指電極由多孔的鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池，如圖所示。在荷電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正極的二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，負(fù)極的鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛。鉛酸電池電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：PbSO4+H++2e??Pb+HSO4?正極反應(yīng)：PbSO4+2H2O?PbO2+HSO4?+3H++2e?總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O?Pb+PbO2+2H2SO4（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）鉛酸蓄電池示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鉛炭電池（Pb-CBattery）是通過在鉛酸電池的負(fù)極添加炭黑等類型的碳材料，形成的新型電池。鉛炭電池又可分為鉛炭非對(duì)稱電化學(xué)電容器和鉛炭超級(jí)電池。鉛炭非對(duì)稱電化學(xué)電容器是將鉛酸電池的鉛負(fù)極由高比表面積的炭材料取代，正極仍由傳統(tǒng)的氧化鉛材料構(gòu)成的新型電化學(xué)裝置。鉛炭電池電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：nC6(x-2)-(H+)x-2+2H++2e??nC6x-(H+)x正極反應(yīng)：PbSO4+2H2O?PbO2+HSO4?+3H++2e?總反應(yīng)：PbSO4

+2H2O+nC6(x-2)-(H+)x-2?nC6x-(H+)x+PbO2+H2SO4（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鎳鎘電池鎳鎘電池(Nickel–CadmiumBattery)是由鎘、鎳電極、堿性電解液和隔膜組成的可充電電池。其中，正極是氫氧化鎳，負(fù)級(jí)是鎘。鎳鎘蓄電池電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：Cd(OH)2+2e??Cd+2OH?正極反應(yīng)：Ni(OH)2+OH??NiO(OH)+H2O+e?總反應(yīng)式：Cd(OH)2+2Ni(OH)2?Cd+2NiO(OH)+2H2O（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鋰離子電池（Lithium-IonBattery），是在鋰電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。鋰離子電池將電能存儲(chǔ)在嵌入鋰的化合物電極中，充放電時(shí)鋰離子經(jīng)過電解液在正、負(fù)極之間進(jìn)行脫嵌，如圖所示，充電時(shí)，鋰離子從正電極穿過多孔性隔膜，嵌入負(fù)電極；放電時(shí)，離子流向相反的方向，重新嵌入正極材料。鋰離子電池鋰離子電池原理示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鋰離子電池鋰離子電池的負(fù)極材料一般是石墨（C6），根據(jù)正極材料及電解質(zhì)的不同，鋰離子電池又可分為鈷酸鋰電池，錳酸鋰電池，磷酸鐵鋰電池，鈦酸鋰電池，三元材料鋰電池和聚合物鋰電池等多種電池。鈷酸鋰離子電池電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng):xLi++xe?+xC6?xLiC6正極反應(yīng)：LiCoO2?Li1-xCoO2+xLi++xe?總反應(yīng)：LiCoO2+C?Li1-xCoO2+LixC（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)鈉硫電池鈉硫電池（Sodium-SulfurBattery）屬于高溫電池體系，電池的正極是液態(tài)（熔融）的硫，負(fù)極是（熔融）的鈉，β-Al2O3既是電解質(zhì)又起到了隔膜的作用。一般的單體鈉硫電池是圓柱體，內(nèi)部裝滿鈉，外圍是硫，兩種材料由β-Al2O3隔開，裝在一個(gè)惰性金屬的容器中。鈉硫電池電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：Na++e??Na正極反應(yīng)：Na2Sx?2Na++xS+2e?總反應(yīng)式：Na2Sx?2Na++xS（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)在充放電的過程中，鈉離子在β-Al2O3固態(tài)電解質(zhì)之間傳輸，如圖所示，β-Al2O3只允許正鈉離子通過和硫結(jié)合形成多硫化物，為使電阻最小化，鈉硫電池的反應(yīng)溫度為300~350℃。一般的鈉硫電池的循環(huán)壽命周期是約為2500到4500次的充放電循環(huán)，能量功率密度分別為150~300(kW·h/m3)和150~160W/kg，轉(zhuǎn)換效率很高（85%~90%）。鈉硫電池鈉硫電池在充放電過程中電子和離子的運(yùn)動(dòng)示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)液流電池（RedoxFlowBattery）是一個(gè)適合大規(guī)模儲(chǔ)能的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電池相比，液流電池的電極均為惰性電極，電極只為反應(yīng)提供場(chǎng)所，不參與化學(xué)反應(yīng)過程。如圖所示，液流電池的正極和負(fù)極電解液分別裝在兩個(gè)儲(chǔ)罐中，電池中的正、負(fù)極用離子交換膜分隔開，這個(gè)膜可以讓質(zhì)子穿透，實(shí)現(xiàn)電子遷移，利用循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)電解液在電池中的循環(huán)，電池外接負(fù)載和電源。液流電池液流儲(chǔ)能電池工作流程示意圖11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.3電化學(xué)能技術(shù)液流電池至今已發(fā)明出多種類型的液流電池，如全釩液流電池、多硫化物/溴液流電池、鐵/鎘液流電池、鋅/溴液流電池等。其中，全釩液流電池是技術(shù)相對(duì)成熟的液流電池，全釩液流電池電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為：負(fù)極反應(yīng)：V3++e??V2+正極反應(yīng)：VO2++H2O?VO2++2H++e?總反應(yīng)式：VO2++H2O+V3+?VO2++V2++2H+（充電時(shí)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，放電時(shí)反之）11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)冷熱儲(chǔ)能技術(shù)多數(shù)能源的供給存在間斷性和不穩(wěn)定的特點(diǎn)（如太陽能、風(fēng)能等可再生能源），因此，會(huì)出現(xiàn)在熱用戶不需要熱/冷量的時(shí)候產(chǎn)生大量的熱/冷量，在急需時(shí)又不能馬上進(jìn)行能源補(bǔ)給的問題，造成熱/冷量的不合理和不充分利用。因此，我們希望有一種裝置，能像蓄水池一樣將暫時(shí)不用或者多余的熱/冷量存儲(chǔ)起來，當(dāng)需要時(shí)再釋放出來，并將這樣的技術(shù)稱為冷熱儲(chǔ)能技術(shù)。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)熱技術(shù)儲(chǔ)熱技術(shù)（ThermalEnergyStorage）是以儲(chǔ)熱材料為媒介將太陽能光熱、地?zé)?、工業(yè)余熱、低品位廢熱等熱能儲(chǔ)存起來，在需要的時(shí)候釋放，力圖解決由于時(shí)間、空間或強(qiáng)度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率而逐漸發(fā)展起來的一種技術(shù)。一般地，按照熱能存儲(chǔ)的形式可以分為顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和化學(xué)熱儲(chǔ)能三類，這三類儲(chǔ)熱技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比如表所示。儲(chǔ)熱類型規(guī)模（MW）周期成本（€/(kW·h)）優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)技術(shù)成熟度顯熱儲(chǔ)熱0.001~10數(shù)小時(shí)~數(shù)天0.1~10儲(chǔ)熱系統(tǒng)集成相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，儲(chǔ)能介質(zhì)環(huán)境友好儲(chǔ)能密度低，系統(tǒng)體積龐大，自放熱和熱損大高；工業(yè)、建筑、太陽能發(fā)電領(lǐng)域已有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用潛熱儲(chǔ)熱0.001~1數(shù)小時(shí)~數(shù)周10~50在近似等溫的狀態(tài)下釋熱，有利于熱控，儲(chǔ)能密度明顯高于顯熱儲(chǔ)能儲(chǔ)熱介質(zhì)與容器的相容性差，熱穩(wěn)定性差，相變材料昂貴中；處于從實(shí)驗(yàn)室示范到商業(yè)示范的過渡期熱化學(xué)儲(chǔ)熱0.01~1數(shù)天~數(shù)月8~100儲(chǔ)能密度最大，適合于緊湊裝置，散熱損失小儲(chǔ)/釋熱過程復(fù)雜，不確定性大，控制難低，處于儲(chǔ)熱介質(zhì)基礎(chǔ)測(cè)試、試驗(yàn)原理機(jī)驗(yàn)證階段11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)各儲(chǔ)熱技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)顯熱儲(chǔ)熱是利用材料物質(zhì)自身比熱容，通過溫度的變化來進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)與釋放。顯熱形式的內(nèi)能變化取決于儲(chǔ)熱材料的質(zhì)量、比熱容和溫度的變化，即：式中，Δu表示材料內(nèi)能的變化，單位為kJ，m表示儲(chǔ)能材料的質(zhì)量，單位為kg，cp表示比熱容（kJ/kg·K），T1和T2分別表示儲(chǔ)能材料的初始和最終溫度。顯熱儲(chǔ)能材料必須具有穩(wěn)定的溫度，在溫度極限時(shí)也不會(huì)發(fā)生相變的材料。同時(shí)，它還應(yīng)具有高比熱和高密度。常用的顯熱儲(chǔ)能材料有水、液態(tài)鈉、熔鹽、土壤、金屬和巖石等。水儲(chǔ)熱技術(shù)是以水為介質(zhì)存儲(chǔ)熱能，具有維修方便、投資少等優(yōu)點(diǎn)。顯熱儲(chǔ)熱的應(yīng)用過程通常只需實(shí)現(xiàn)溫度控制，操作與管理簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，是目前應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)熱方式。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)潛熱儲(chǔ)熱也稱為相變儲(chǔ)熱，是利用材料自身相變過程中吸、放熱量來存儲(chǔ)和釋放能量的儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)給相變材料足夠熱量時(shí)，其分子鍵被打開，該鍵能使相變材料的熱容量增大。潛熱儲(chǔ)能材料須具有高的相變熱、高密度及合適的相變溫度等特點(diǎn)。常見的相變材料為固-液相變材料，如石蠟、鹽的水合物和熔融鹽等。它們?cè)诜艧釙r(shí)，相變材料從固態(tài)到液態(tài)，釋放能量；儲(chǔ)熱時(shí)，相變材料從液態(tài)到固態(tài)，吸收能量。潛熱儲(chǔ)熱具有儲(chǔ)能密度高，放熱過程溫度波動(dòng)范圍小等優(yōu)點(diǎn)，且所用裝置簡(jiǎn)單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便且易于管理，此外，由于相變儲(chǔ)能過程中，材料近似恒溫，可以很好地控制體系的溫度。但也存在成本高，效率低和可靠性低等問題。未來研究應(yīng)關(guān)注于與熱量存儲(chǔ)和輸送有關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備材料和工質(zhì)。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)熱電化學(xué)儲(chǔ)熱，又被稱為反應(yīng)熱儲(chǔ)熱，是利用物質(zhì)間的可逆熱化學(xué)反應(yīng)或者熱化學(xué)吸/脫附反應(yīng)的吸/放熱進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)與釋放。熱能使以化合物鍵能的形式存儲(chǔ)起來，熱化學(xué)儲(chǔ)熱原理可用下式簡(jiǎn)單表示：AB+ΔrHm?A+B式中ΔrHm為摩爾反應(yīng)焓。A、B分別代表反應(yīng)物或者吸附質(zhì)與吸附劑。AB在熱源處吸收熱量，發(fā)生吸熱反應(yīng)或者脫附反應(yīng)，生成易于實(shí)現(xiàn)分離的物質(zhì)A和B，實(shí)現(xiàn)熱能的存儲(chǔ)；熱化學(xué)分離后，A和B被分開存儲(chǔ)起來，當(dāng)需要釋放存儲(chǔ)的熱能時(shí)，A和B再一次接觸時(shí)發(fā)生放熱反應(yīng)或者吸附反應(yīng)生成AB，原子鍵重新結(jié)合釋放存儲(chǔ)的熱能。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)蓄冷技術(shù)蓄冷（ColdStorage）技術(shù)是指在電網(wǎng)負(fù)荷的低谷期，將電能以顯熱或潛熱的形式蓄存于水、冰或其他物質(zhì)中，當(dāng)在電負(fù)荷高峰期且需要制冷負(fù)荷時(shí)，釋放這些制冷物質(zhì)存儲(chǔ)的冷量以滿足需要。蓄冷技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域通常包括空調(diào)蓄冷、食品與藥品的冷藏、調(diào)峰電站、空分裝置、超臨界空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和超低溫制冷等。蓄冷方式主要分為顯熱蓄冷和潛熱蓄冷兩類。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)顯熱蓄冷技術(shù)常見的顯熱蓄冷技術(shù)有水蓄冷，固體顯熱蓄冷。水蓄冷技術(shù)通常用于空調(diào)蓄冷系統(tǒng)，它是利用電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差，在負(fù)荷低谷時(shí)段與水的顯熱相結(jié)合來蓄冷，將冷量以低溫冷凍水的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，在白天用電高峰時(shí)段使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水提供空調(diào)用冷。水蓄冷系統(tǒng)應(yīng)通過維持盡可能大的蓄水溫差并防止冷水與熱水的混合來獲得最大的蓄冷效率。因此，水蓄冷的關(guān)鍵在于蓄冷罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。常見的蓄冷罐的形式有：多蓄水罐方法、迷宮法、隔板法和自然分層法，其中，自然分層法是目前使用最成熟和有效的蓄冷方式。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)顯熱蓄冷技術(shù)固體顯熱蓄冷多用于空分系統(tǒng)。常見的固體顯熱蓄冷有鋁帶蓄冷器、石塊蓄冷器和磁性材料蓄冷。鋁帶蓄冷器、石塊蓄冷器是將圓盤鋁帶、接近圓形的石頭或破碎的玄武巖等作為填料，填充在蓄冷器內(nèi)。磁性蓄冷材料主要包括由稀土金屬構(gòu)成的金屬間化合物、氧化物、氫化物等。磁性蓄冷材料應(yīng)用于低溫制冷機(jī)中，在制冷循環(huán)過程中，與制冷工質(zhì)（一般為氦氣）進(jìn)行熱交換，儲(chǔ)存冷量。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)潛熱蓄冷技術(shù)潛熱蓄冷技術(shù)是利用材料的相變潛熱來儲(chǔ)能的蓄冷技術(shù)，具有儲(chǔ)能密度大、蓄冷溫區(qū)范圍寬、放冷時(shí)近似恒溫及放冷過程易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是一種發(fā)展?jié)摿Υ?，性價(jià)比高的蓄冷方式，在電力的峰谷平衡、空調(diào)節(jié)能與冷藏運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。常見的潛熱蓄冷方式有冰蓄冷，共晶鹽蓄冷，氣體水合物蓄冷等。冰蓄冷就是利用冰的相變潛熱進(jìn)行冷量的儲(chǔ)存，常用于空調(diào)儲(chǔ)冷系統(tǒng)。與水蓄冷相比，儲(chǔ)存同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積將比水蓄冷所需的體積小得多。冰蓄冷主要分為冰球/冰板蓄冷系統(tǒng)、內(nèi)融冰系統(tǒng)、外融冰系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)冰系統(tǒng)四大類。11.2儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用11.2.4冷熱儲(chǔ)能技術(shù)潛熱蓄冷技術(shù)共晶鹽蓄冷是利用固-液相變特性蓄冷的另一種形式。共晶鹽通常是由無機(jī)鹽、水、成核劑和穩(wěn)定劑組成的混合物。在共晶鹽蓄冷系統(tǒng)中，共晶鹽大多裝在板狀、球狀或其他形狀的密封件里，再放入蓄冷槽中。氣體水合物蓄冷是利用氣體水合物可以在水的冰點(diǎn)以上結(jié)晶固化的特點(diǎn)形成的特殊蓄冷技術(shù)。氣體水合物為氣體或易揮發(fā)液體和水形成的包絡(luò)狀晶體，其相變溫度通常在5~12℃，適用于直接接觸式蓄冷系統(tǒng)。11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)為統(tǒng)籌解決能源和環(huán)境問題，加強(qiáng)氣候變化與資源緊缺威脅的全球應(yīng)對(duì)，我國(guó)加快了可再生能源技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展，清潔能源在一次能源的占比不斷提高，電力系統(tǒng)峰谷差不斷擴(kuò)大，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)與之配套，來平滑波動(dòng)性電源及負(fù)荷，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，平滑間歇性清潔能源，削峰填谷，從而有效地解決清潔能源規(guī)模發(fā)展問題。此外，作為負(fù)荷平衡裝置和備用電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)也是微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)必須的關(guān)鍵技術(shù)，用于解決其系統(tǒng)容量小、負(fù)荷波動(dòng)大等問題。在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，儲(chǔ)能技術(shù)己成為大規(guī)模集中式和分布式清潔能源發(fā)電并網(wǎng)和消納的重要技術(shù)支撐。儲(chǔ)能技術(shù)在傳統(tǒng)火力發(fā)電、可再生發(fā)電、分布式發(fā)電與微網(wǎng)和輔助服務(wù)等領(lǐng)域都有著重要的作用。11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)主要應(yīng)用領(lǐng)域主要作用火力發(fā)電跟蹤負(fù)荷變化，減少火電機(jī)組輸出波動(dòng)，提高其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性可再生能源發(fā)電削峰填谷，減少其他調(diào)峰電源壓力，保證電網(wǎng)供電穩(wěn)定性分布式發(fā)電與微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)管理的同時(shí)，提高微網(wǎng)供電的可靠性輔助服務(wù)輔助實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)快速、精準(zhǔn)調(diào)頻儲(chǔ)能技術(shù)是推動(dòng)低碳能源發(fā)展、確保區(qū)域能源安全、可再生能源規(guī)模化消納等方面的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)，儲(chǔ)能技術(shù)是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵和推手，加快儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)健康的能源產(chǎn)出與消費(fèi)體系具有重要意義。儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及作用11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)火電機(jī)組出力頻繁調(diào)整（如圖所示）。然而，當(dāng)機(jī)組頻繁地出現(xiàn)過渡工況，會(huì)造成汽輪機(jī)、鍋爐等主、輔部件承受著由于溫度變化所引起的熱應(yīng)力，會(huì)造成一定的疲勞損傷。同時(shí)，在中、低負(fù)荷時(shí)，機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性很差。儲(chǔ)能技術(shù)具有快速的響應(yīng)速度，通過儲(chǔ)能裝置與火電機(jī)組共同調(diào)整出力，可盡可能地減少火電機(jī)組的運(yùn)行工況的波動(dòng)范圍，可以保證火電機(jī)組在接近經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，提高其工作效率，減少碳排放。火力發(fā)電領(lǐng)域11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)我國(guó)電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整優(yōu)化，風(fēng)電、太陽能等新能源的電力裝機(jī)呈快速發(fā)展勢(shì)頭（如圖）。但風(fēng)能、太陽能發(fā)電隨機(jī)性強(qiáng)，波動(dòng)性大，具有較強(qiáng)的反調(diào)峰特性，其大規(guī)模并網(wǎng)帶來的調(diào)峰困難問題十分突出?？稍偕茉窗l(fā)電領(lǐng)域2008~2018年我國(guó)風(fēng)電、太陽能裝機(jī)容量（數(shù)據(jù)來源：國(guó)家能源局）11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)儲(chǔ)能技術(shù)是能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建和清潔能源發(fā)展和利用不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在風(fēng)能、太陽能集中開發(fā)的地區(qū)建設(shè)大規(guī)模儲(chǔ)能電站，可以利用儲(chǔ)能電站的雙向調(diào)節(jié)功能，在夜間用電負(fù)荷低，電網(wǎng)無法消納風(fēng)電的情況下，吸收電網(wǎng)原本會(huì)棄掉的電能進(jìn)行儲(chǔ)能；在用電高峰時(shí)期，為電網(wǎng)提供電能，充當(dāng)調(diào)峰電源，增強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)峰能力，可在提高電網(wǎng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定性的同時(shí)，解決了由風(fēng)能、太陽能等可再生能源間歇性、隨機(jī)性的出力造成的電網(wǎng)調(diào)峰困局，可促進(jìn)可再生能源的規(guī)?；尤牒透咝Ю谩？稍偕茉窗l(fā)電領(lǐng)域11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)電力部門根據(jù)負(fù)荷曲線特點(diǎn)，將一天24小時(shí)劃分為用電高峰、平段、低谷等多個(gè)時(shí)段，并制定相應(yīng)的電價(jià)，形成分時(shí)電價(jià)。在實(shí)施分時(shí)電價(jià)的電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)是理想的可以幫助電力用戶實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)管理的手段：在電價(jià)較低時(shí)，給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在高電價(jià)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電。通過“低存高放”模式，可實(shí)現(xiàn)在不改變用戶用能習(xí)慣的前提下，降低用戶整體的用電成本。同時(shí)，儲(chǔ)能裝置可以通過適當(dāng)?shù)某浞烹娖交娫吹妮敵龉β?，從而減少分布式電源接入時(shí)的沖擊或波動(dòng)。另外，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障引起電能供應(yīng)中斷時(shí)，儲(chǔ)能裝置能夠?qū)?chǔ)備的能量供應(yīng)給終端用戶，保證供電的可靠性。分布式能源系統(tǒng)與儲(chǔ)能技術(shù)的結(jié)合，將大大提高系統(tǒng)能源利用率和經(jīng)濟(jì)性。分布式能源系統(tǒng)領(lǐng)域11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)儲(chǔ)能設(shè)備在為電網(wǎng)提供服務(wù)時(shí)，通過對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充放電的操作，并控制充放電的速率，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率的目的。電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是指在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量的基波電壓波形的重復(fù)次數(shù)。我國(guó)電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為50Hz，但實(shí)際運(yùn)行過程中，電網(wǎng)頻率會(huì)隨著有功功率與電網(wǎng)負(fù)荷的關(guān)系發(fā)生變化，當(dāng)偏差超過0.2Hz時(shí)，必須對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。相比于傳統(tǒng)的火電機(jī)組調(diào)頻服務(wù)，儲(chǔ)能設(shè)備提供的調(diào)頻服務(wù)響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)速率大，可以在幾秒鐘內(nèi)，在無輸出狀態(tài)和滿放電狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，動(dòng)作正確率高。輔助服務(wù)領(lǐng)域11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展主要瓶頸儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本是制約儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展的主要瓶頸。技術(shù)類型功率等級(jí)(MW)設(shè)備成本單位功率價(jià)格(美元/kW)單位容量?jī)r(jià)格(美元/kW·h)物理儲(chǔ)能抽水蓄能100~5000600~20005~100壓縮空氣儲(chǔ)能0.35~300400~8002~50飛輪儲(chǔ)能0.005~2250~350100~5000電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能0.01~10200~3001000~10000超級(jí)電容0.01~1.5100~300300~2000電化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池0.01~20300~600200~400鉛炭電池0.001~20300~600200~400鎳鎘電池0.001~40500~1500800~1500鎳氫電池0.001~0.3150~300100~200鋰離子電池0.1~51200~4000600~2500鈉硫電池0.001~101000~3000300~500釩液流電池0.03~3600~1500150~1000主要儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展主要瓶頸綜合考慮儲(chǔ)能投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本，比較各種儲(chǔ)能技術(shù)的成本：就每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能成本而言，在已經(jīng)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)中，作為能量型儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的建設(shè)成本最低，抽水蓄能次之。與其它形式儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)單位輸出功率成本不高，但從儲(chǔ)能容量的角度看，價(jià)格昂貴，因此，它們更適用于大功率和短時(shí)間應(yīng)用場(chǎng)合。與機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)相比，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的成本較高。如擁有近200年歷史的技術(shù)比較成熟的鉛酸電池，目前的價(jià)格在200~400美元/(kW·h)；還在示范階段的液流電池的價(jià)格在600~1500美元/kW。因此，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在現(xiàn)有電價(jià)機(jī)制和政策環(huán)境下，遠(yuǎn)不能滿足商業(yè)應(yīng)用的需求。但經(jīng)濟(jì)考慮須具備經(jīng)濟(jì)前瞻性，則電池儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能仍有一定的應(yīng)用潛力。11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的主要途徑降低儲(chǔ)能成本儲(chǔ)能成本降低的主要途徑有：降低材料成本，提高儲(chǔ)能的能量密度；利用規(guī)模效益實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能成本的降低；進(jìn)一步發(fā)展退役電池的梯次利用技術(shù)等。材料成本在儲(chǔ)能系統(tǒng)成本中占有很大的比重，降低材料成本是降低總成本的主要手段。同時(shí)，在保持成本水平的前提下，通過提高材料性能來提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能，達(dá)到降低成本的目的，也是降低總成本的重要途徑。儲(chǔ)能產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大也會(huì)帶來全行業(yè)的成本降低。這主要是源于規(guī)模效應(yīng)所帶來的原材料采購(gòu)成本的下降，供應(yīng)鏈專門化所帶來的采購(gòu)成本下降和效率提升，開發(fā)專用生產(chǎn)工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累所帶來的效率提升等。退役電池能的梯次利用技術(shù)由于其工程造價(jià)低、項(xiàng)目投資成本低、回本周期短，環(huán)保等特點(diǎn)，表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。因此，退役電池的梯次利用技術(shù)將為儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型的發(fā)展和研究方向。11.3儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景11.3.2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的主要途徑加大相關(guān)政策支持力度目前，我國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)依然在探索期，利于儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)勢(shì)的電力市場(chǎng)機(jī)制尚未完全形成，各個(gè)地方政策關(guān)于電力輔助服務(wù)定價(jià)、交易機(jī)制尚未完善，電力市場(chǎng)需要突破原有輔助服務(wù)補(bǔ)償和分?jǐn)偟木窒扌?，?gòu)建公平交易平臺(tái)，這樣勢(shì)必會(huì)有更多元、更先進(jìn)的輔助服務(wù)技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，進(jìn)而在提升市場(chǎng)運(yùn)行效率的同時(shí)，有效保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。未來電儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展，還要依賴于各項(xiàng)配套政策的出臺(tái)和落地情況。國(guó)家層面的配套政策應(yīng)加快推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)度，通過市場(chǎng)機(jī)制體現(xiàn)電能量和各類輔助服務(wù)的合理價(jià)值，為儲(chǔ)能技術(shù)提供發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的平臺(tái)。復(fù)習(xí)思考題1簡(jiǎn)述儲(chǔ)能技術(shù)的主要類型。2簡(jiǎn)述機(jī)械儲(chǔ)能的主要技術(shù)類型及特點(diǎn)。3簡(jiǎn)述電磁儲(chǔ)能的主要技術(shù)類型和特點(diǎn)。4簡(jiǎn)述電化學(xué)儲(chǔ)能的主要技術(shù)類型和特點(diǎn)。5與電磁儲(chǔ)能技術(shù)相比，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有哪些優(yōu)點(diǎn)？復(fù)習(xí)思考題6簡(jiǎn)述抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。7簡(jiǎn)述各典型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。8簡(jiǎn)述儲(chǔ)能技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。9簡(jiǎn)述現(xiàn)階段制約儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的主要問題及應(yīng)對(duì)措施。第十二章智能電網(wǎng)目錄

12.1智能電網(wǎng)概述12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電

復(fù)習(xí)思考題第十二章智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵(lì)和保護(hù)用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。智能電網(wǎng)可細(xì)分為智能輸電網(wǎng)和主動(dòng)（智能）配電網(wǎng)，其中主動(dòng)配電網(wǎng)由若干微電網(wǎng)組成(如下圖所示)。12.1智能電網(wǎng)概述12.1.1智能電網(wǎng)的概念與發(fā)展概況一、智能電網(wǎng)概述12.1智能電網(wǎng)概述12.1.1智能電網(wǎng)的概念與發(fā)展概況二、智能的智能化特征可觀測(cè)—采用先進(jìn)的傳感量測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的準(zhǔn)確感知可控制—可對(duì)觀測(cè)對(duì)象進(jìn)行有效控制實(shí)時(shí)分析和決策—實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)、信息到智能化決策的提升自適應(yīng)和自愈—實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷優(yōu)化調(diào)整和故障自我恢復(fù)12.1智能電網(wǎng)概述12.1.1智能電網(wǎng)的概念與發(fā)展概況三、傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)間區(qū)別傳統(tǒng)電網(wǎng)是一個(gè)剛性系統(tǒng)，電源的接入與退出、電能量的傳輸?shù)榷既狈椥?，使電網(wǎng)動(dòng)態(tài)柔性及重組性較差；垂直的多級(jí)控制機(jī)制反應(yīng)遲緩，難以構(gòu)建實(shí)時(shí)、可配置和可重組的系統(tǒng)，自愈及恢復(fù)能力完全依賴于物理冗余；對(duì)用戶的服務(wù)簡(jiǎn)單，信息單向；系統(tǒng)內(nèi)部存在多個(gè)信息孤島，缺乏信息共享，相互割裂和孤立的各類自動(dòng)化系統(tǒng)尚未構(gòu)成實(shí)時(shí)的有機(jī)統(tǒng)一整體。整個(gè)電網(wǎng)的智能化程度較低。智能電網(wǎng)通過優(yōu)化各級(jí)電網(wǎng)及控制，構(gòu)建結(jié)構(gòu)扁平化、功能模塊化、系統(tǒng)組態(tài)化的柔性體系構(gòu)架，通過集中于分散相結(jié)合的模式，靈活變換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、智能重組系統(tǒng)架構(gòu)、優(yōu)化配置系統(tǒng)效能、提升電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電網(wǎng)截然不同的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)理念和體系。堅(jiān)強(qiáng)性極端氣候條件下貨外力破壞下仍能保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行；自愈性以及自動(dòng)故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力。兼容性實(shí)現(xiàn)與用戶的交互和高效互動(dòng)，滿足用戶多樣化的電力需求和增值服務(wù)。經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，降低電網(wǎng)損耗，提高能源利用效率。集成性統(tǒng)一的平臺(tái)和模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精益化管理。高效性優(yōu)化資產(chǎn)的利用，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本。12.1智能電網(wǎng)概述12.1.2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、5大關(guān)鍵技術(shù)：通信通信量測(cè)設(shè)備控制支持高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。它還可以監(jiān)測(cè)各種擾動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，重新分配潮流，避免事故的擴(kuò)大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備（IEDs）、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)以及用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。12.1智能電網(wǎng)概述12.1.2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)通信量測(cè)設(shè)備控制支持參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系（WAMS）、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保護(hù)和控制方案將集成數(shù)字保護(hù)、先進(jìn)的通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)代理程序。在這樣一個(gè)集成的分布式的保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)元件能夠自適應(yīng)地相互通信，這樣的靈活性和自適應(yīng)能力將極大地提高可靠性。一、5大關(guān)鍵技術(shù)：量測(cè)12.1智能電網(wǎng)概述12.1.2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)通信量測(cè)設(shè)備控制支持廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。通過采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來提高電能質(zhì)量。通過應(yīng)用和改造各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。一、5大關(guān)鍵技術(shù)：設(shè)備12.1智能電網(wǎng)概述12.1.2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、5大關(guān)鍵技術(shù)：控制收集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)電網(wǎng)元件先進(jìn)控制技術(shù)將使用智能傳感器、智能電子設(shè)備以及其他分析工具測(cè)量的系統(tǒng)和用戶參數(shù)以及電網(wǎng)元件的狀態(tài)情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，這些數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息用于快速?zèng)Q策；負(fù)荷預(yù)測(cè)將應(yīng)用這些準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及改進(jìn)的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷；確定電網(wǎng)在設(shè)備檢修期間、系統(tǒng)壓力較大期間以及不希望的供電中斷時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)的水平；診斷和解決問題由高速計(jì)算機(jī)處理的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得專家診斷來確定現(xiàn)有的、正在發(fā)展的和潛在的問題的解決方案，并提交給系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行判斷。執(zhí)行自動(dòng)控制的行動(dòng)智能電網(wǎng)通過實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)和高級(jí)分析技術(shù)的結(jié)合使得執(zhí)行問題檢測(cè)，可以降低已經(jīng)存在問題的擴(kuò)展，防止緊急問題的發(fā)生，修改系統(tǒng)設(shè)置、狀態(tài)和潮流以防止預(yù)測(cè)問題的發(fā)生。為運(yùn)行人員提供信息和選擇控制系統(tǒng)收集的大量數(shù)據(jù)不僅對(duì)自身有用，而且對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員也有很大的應(yīng)用價(jià)值，而且這些數(shù)據(jù)輔助運(yùn)行人員進(jìn)行決策。12.1智能電網(wǎng)概述12.1.2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、5大關(guān)鍵技術(shù)：支持可視化決策支持技術(shù)利用大量的數(shù)據(jù)并將其裁剪成格式化的、時(shí)間段和按技術(shù)分類的最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)給電網(wǎng)運(yùn)行人員，可視化技術(shù)將這些數(shù)據(jù)展示為運(yùn)行人員可以迅速掌握的可視的格式，以便運(yùn)行人員分析和決策。決策支持決策支持技術(shù)確定了現(xiàn)有的、正在發(fā)展的以及預(yù)測(cè)的問題，提供決策支持的分析，并展示系統(tǒng)運(yùn)行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。培訓(xùn)利用決策支持技術(shù)工具以及行業(yè)內(nèi)認(rèn)證的軟件的動(dòng)態(tài)仿真器將顯著的提高系統(tǒng)調(diào)度員的技能和水平。用戶決策需求響應(yīng)（DR）系統(tǒng)以很容易理解的方式為用戶提供信息，使他們能夠決定如何以及何時(shí)購(gòu)買、儲(chǔ)存或生產(chǎn)電力。效率當(dāng)決策支持技術(shù)與現(xiàn)有的資產(chǎn)管理過程集成后，管理者和用戶就能夠提高電網(wǎng)運(yùn)行、維修和規(guī)劃的效率和有效性。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏發(fā)電系統(tǒng)具有不同的運(yùn)行模式，但是其基本原理及組成相似，一般的光伏系統(tǒng)由光伏陣列、蓄電池組、控制器以及逆變器等四部分組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中還包括一些電力電子配套設(shè)備，以及輔助設(shè)備如匯流箱、交流配電柜等。光伏陣列一般單體光伏電池的工作電壓為0.45V~0.5V，工作電流為20～25mA/cm2蓄電池組蓄電池既可以把電能存儲(chǔ)也可以釋放電能，尤其在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中尤其重要?？刂破髦饕脕頇z測(cè)光伏組件的輸出電壓和輸出電流，使輸出功率工作在最大功率點(diǎn)附近。逆變器該裝置實(shí)現(xiàn)的功能是直流電轉(zhuǎn)換成交流電。12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電1、離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指不與電力系統(tǒng)相連接，主要依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于太陽能資源沒有地域限制，無需開采和運(yùn)輸，因此離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)特別適用于為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的海島、高原、沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民提供基本的生活用電，也可以為野外作業(yè)提供移動(dòng)式便攜電源。圖：離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電該系統(tǒng)按用電負(fù)載可分為三大類：直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和交直流混合系統(tǒng)。直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、交直流混合的光伏發(fā)電系統(tǒng)。在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成框圖中，防反沖二極管的作用是避免蓄電池通過太陽能電池方陣放電。一般串聯(lián)在太陽能電池方陣電路中，起單向?qū)ㄗ饔?。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在許多城市中得到了廣泛的應(yīng)用。在道路、廣場(chǎng)、車站甚至住宅小區(qū)安裝了太陽能路燈，美觀大方，，且經(jīng)久耐用，既不用布設(shè)電線，又具有節(jié)能、環(huán)保、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。(a)直流光伏發(fā)電系統(tǒng)(b)交流光伏發(fā)電系統(tǒng)(c)交直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電2、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有集中式并網(wǎng)和分布式并網(wǎng)兩種形式。光伏集中式并網(wǎng)的特點(diǎn)是，所發(fā)電能被直接輸送到大電網(wǎng)，由大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電，與大電網(wǎng)之間的電力交換是單向的。

集中式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)適用于大型光伏電站并網(wǎng)，通常離負(fù)荷點(diǎn)比較遠(yuǎn)，荒漠光伏電站多采用這種方式并網(wǎng)。但是集中式并網(wǎng)投資成本高，對(duì)電網(wǎng)沖擊大。圖:

光伏發(fā)電系統(tǒng)集中式并網(wǎng)示意圖12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電光伏分布式并網(wǎng)的特點(diǎn)是，所發(fā)的電能直接分配到用電負(fù)載上，多余或不足的電力通過連接到大電網(wǎng)來調(diào)節(jié)，與大電網(wǎng)之間的電力交換可能是雙向的。具有小模型化的特點(diǎn)，可以大量地分散安裝到居民、社區(qū)和商用建筑物上，從而起到改善電網(wǎng)潮流分布的作用，分布式并網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)靈活、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，并網(wǎng)系統(tǒng)不單獨(dú)占地，適合太陽能能量密度較低的環(huán)境，并且其靈活性和經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于大規(guī)模集中式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。圖:

光伏發(fā)電系統(tǒng)分布式并網(wǎng)示意圖12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電6.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)三、光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中多使用自換向橋式逆變器，交流端輸出以電壓源方式接入電網(wǎng)。逆變系統(tǒng)可以是包含DC/DC環(huán)節(jié)和DC/AC環(huán)節(jié)的兩級(jí)式，也可以是沒有DC/DC環(huán)節(jié)只有一個(gè)DC/AC環(huán)節(jié)的單級(jí)式。加入DC/DC環(huán)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)節(jié)DC測(cè)得電壓并單獨(dú)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MaximumPowerPointTracking，MPPT)控制，簡(jiǎn)化了控制算法并使得逆變器可以工作在更寬的電壓范圍，缺點(diǎn)是多級(jí)變換會(huì)帶來更多損耗。圖：兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)三、光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)傳統(tǒng)的并網(wǎng)光伏逆變器可稱為集中式逆變器，目前單機(jī)容量可以達(dá)到幾百千瓦。新一代的光伏逆變器設(shè)計(jì)針對(duì)光伏發(fā)電的特點(diǎn)引入了模塊化系統(tǒng)技術(shù)，由此發(fā)展出了組件逆變器(ModuleInverter)和組串逆變器(StringInverter)，使得逆變器也更加靈活地工作在最大效率的范圍內(nèi)。集中式逆變器組件式逆變器組串逆變器圖：三種類型的光伏逆變系統(tǒng)12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案為了盡可能的提高光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率，使光伏電池在應(yīng)用中環(huán)境不斷變化的情況下，一直保持最大功率輸出，應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)地最大功率點(diǎn)跟蹤(MaximumPowerPointTracking，MPPT)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過MPPT，可以實(shí)現(xiàn)光伏電池輸出功率都維持在最高點(diǎn)，極大提高光伏電池的利用效率。因此，針對(duì)于光伏MPPT控制技術(shù)的研究已成為光伏發(fā)電領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的輸出功率由多種因素決定，如太陽光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度。在不同的環(huán)境中，光伏電池的輸出曲線不同，相應(yīng)的最大功率點(diǎn)也不同。日照越強(qiáng)，光伏電池能夠輸出的功率越大；光伏電池本身溫度越高，光伏電池輸出功率越小。在特定日照強(qiáng)度和溫度條件下，光伏電池具有唯一的最大功率輸出點(diǎn)，而光伏電池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的有功功率最大。目前，關(guān)于光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法有很多種，使用不同的控制算法在其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜復(fù)雜層度及效果上有巨大的差異的。依據(jù)判斷方法和準(zhǔn)側(cè)的不同可將傳統(tǒng)的MPPT方法分為開環(huán)和閉環(huán)MPPT方法。目前常用的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法主要有：定電壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法、擾動(dòng)觀察法。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)1、定電壓跟蹤法

定電壓跟蹤法又稱為固定電壓法(ConstantVoltageTracking,CVT)是較早出現(xiàn)且最簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn)光伏電池MPPT的算法。此算法做了一個(gè)忽略，即不將溫度作為主要影響因素，而且當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)MPP處的電壓變化范圍并不是很大。圖:

光伏電池的U-I特性曲線四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案CVT控制的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)工作電壓穩(wěn)定性較好，而且控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。該方法也有明顯的缺點(diǎn)，其最大功率點(diǎn)跟蹤精度差，當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，對(duì)最大功率點(diǎn)變化適應(yīng)性差，系統(tǒng)工作電壓的設(shè)置對(duì)系統(tǒng)工作效率影響大。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)2、電導(dǎo)增量法

電導(dǎo)增量法(IncrementalConductance，INC)根據(jù)最大功率點(diǎn)處的斜率為零的原理，通過導(dǎo)數(shù)理論推導(dǎo)光伏陣列工作點(diǎn)的電導(dǎo)和電導(dǎo)變化率之間的關(guān)系，即斜率值，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。觀察光伏電池P-U曲線可知，在整個(gè)電壓范圍內(nèi)可將其看作是一個(gè)單峰函數(shù)，因此在Pmax處的斜率dP/dU應(yīng)該等于0，而在其左右兩側(cè)均不為0，由于光伏電池的輸出功率可表示為P=UI，因此有

，

進(jìn)一步推到：當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量與輸出電導(dǎo)的負(fù)值相等時(shí)，光伏陣列工作在MPP，并可得到以下判據(jù)：四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)2、電導(dǎo)增量法

電導(dǎo)增量法需要對(duì)光伏陣列的輸出電流和電壓進(jìn)行采樣。其中，Un與In是光伏陣列當(dāng)前的輸出電壓和電流，Un-1與In-1是對(duì)應(yīng)的上一周期的采樣值，Ur與?U分別是參考電壓和電壓增量步長(zhǎng)。四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案圖：電導(dǎo)增量法程序流程圖當(dāng)溫度和光照強(qiáng)度變化時(shí)，使用INC法能使輸出電壓以平穩(wěn)的方式跟蹤環(huán)境的變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的振蕩也比P&O法小，最重要的一點(diǎn)是這種方法與電池組件的特性及參數(shù)無關(guān)。但相較于擾動(dòng)觀察法此算法實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，因?yàn)樵谶M(jìn)行跟蹤時(shí)其速度與精度依賴于檢測(cè)的速度與精度，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)硬件尤其是傳感器的精度要求比較高，這無疑會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的硬件成本。同時(shí)，選取增量步長(zhǎng)時(shí)也要注意，若步長(zhǎng)較小，跟蹤速度無法滿足要求；若步長(zhǎng)太大，跟蹤的誤差也會(huì)隨之增加。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)3、擾動(dòng)觀察法

擾動(dòng)觀察法(Perturb&observealgorithms，P&O)又稱為爬山法，是目前進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制最常用的方法之一。其原理是每隔一定時(shí)間在上一時(shí)刻工作電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行“干擾”，然后檢測(cè)功率變化的方向，決定下一步的“干擾”。四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案圖：P&O法的控制原理所謂的“干擾”過程是指在每個(gè)控制周期里使用固定的步長(zhǎng)來改變光伏陣列的輸出電壓或是電流，控制方向既可以是增加也可以是減少，方法是計(jì)算本次干擾周期前后的輸出功率差，如果功率差值為正，那么繼續(xù)保持上一“干擾”的方向，如果功率差值為負(fù)，則向反方向“干擾”。在不斷地“擾動(dòng)”過程中，工作點(diǎn)逐漸接近MPP，并會(huì)在一個(gè)較小的范圍內(nèi)不斷往復(fù)，最終處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.1太陽能發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)4、其它幾種MPPT方法

(1)模糊邏輯控制針對(duì)這樣的非線性系統(tǒng),使用模糊邏輯控制方法進(jìn)行控制，其中控制器的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量歸納和總結(jié)模糊控制器的控制規(guī)則確定模糊化和反模糊化的方法選擇域并確定有關(guān)參數(shù)。使用模糊邏輯方法進(jìn)行光伏系統(tǒng)的MPPT控制,具有較好的動(dòng)態(tài)特性和精度。(2)最優(yōu)梯度法最優(yōu)梯度法是一種以梯度法為基礎(chǔ)的多元無約束最優(yōu)化問題的數(shù)值計(jì)算法。它的基本思想是選取目標(biāo)函數(shù)的負(fù)梯度方向?qū)τ诠夥到y(tǒng),可能需要選擇正梯度方向作為每步迭代的跟蹤方向,逐步逼近函數(shù)的最小值或最大值。該方法運(yùn)算簡(jiǎn)單,有著令人滿意的分析結(jié)果。(3)基于輸出端控制的MPPT控制方法隨著半導(dǎo)體功率器件、微處理器以及數(shù)字控制器的迅速發(fā)展,人們將MPPT算法與DC/DC變換器統(tǒng)一起來,以整個(gè)光伏系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行最大功率點(diǎn)的跟蹤控制,提出了各種有效的MPPT控制方法。一般包括：負(fù)載電流電壓最大法、直流側(cè)電壓下降控制法、極值周期控制法。四、最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方案12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)一、風(fēng)電機(jī)組的基本工作原理1、恒速風(fēng)電機(jī)組

恒定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、維修成本低、很耐用且穩(wěn)定，其主要缺點(diǎn)是有功功率、無功功率、端電壓和轉(zhuǎn)子速度的關(guān)系單一。也就是說，普通異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率的增加，是以無功功率消耗的增加為代價(jià)，這就導(dǎo)致了相對(duì)較低的滿負(fù)荷功率因數(shù)。為了減少?gòu)碾娋W(wǎng)吸收的無功功率，普通異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般需要配備補(bǔ)償電容器組來增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，來提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)。目前在運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組主要包括以下四種類型：恒速風(fēng)電機(jī)組、最優(yōu)滑差風(fēng)電機(jī)組、雙饋感應(yīng)速風(fēng)電機(jī)組、直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。每種類型的風(fēng)電機(jī)組由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的固有差異，故在性能上存在各自的特點(diǎn)。圖:恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)一、風(fēng)電機(jī)組的基本工作原理2、最優(yōu)滑差風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)滑差風(fēng)電機(jī)組本質(zhì)上是一臺(tái)帶有定子和轉(zhuǎn)子的感應(yīng)發(fā)電機(jī)，不同之處在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中。為了獲得更大的滑差，最優(yōu)滑差風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子通過集電環(huán)和電刷連接外部可調(diào)電阻器。當(dāng)風(fēng)機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，有效地控制外部電阻，使得氣隙轉(zhuǎn)矩可控，且轉(zhuǎn)差率可變，這樣性能就很類似變速電機(jī)。圖:最優(yōu)滑差風(fēng)電機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)，通過采用電力電子器件控制轉(zhuǎn)子電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速±10%范圍內(nèi)的變速，改善電能質(zhì)量的同時(shí)，減輕了風(fēng)電機(jī)組部件的機(jī)械載荷。該型風(fēng)電機(jī)組配備槳距角控制系統(tǒng)，同時(shí)與基于鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組類似，也需在機(jī)端配置一定容量的無功補(bǔ)償設(shè)備。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)一、風(fēng)電機(jī)組的基本工作原理3、雙饋感應(yīng)速風(fēng)電機(jī)組雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DoubleFedInductionGenerator，DFlG)，是一種繞線式感應(yīng)異步發(fā)電機(jī)，其定子繞組直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組則沒有直接與電網(wǎng)連接，而是通過集電環(huán)和變流器與電網(wǎng)連接。其中變流器可以按照控制的要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值、相位，從而實(shí)現(xiàn)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻技術(shù)。圖:雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍一般在同步轉(zhuǎn)速的±30%內(nèi)變化，所以轉(zhuǎn)子電路中的轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，變流器所需的容量也可大大減小，而且雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可實(shí)現(xiàn)有功、無功解耦控制，并能夠在較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)跟蹤風(fēng)速的變化進(jìn)行最大風(fēng)能捕獲追蹤控制，充分利用風(fēng)能。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)一、風(fēng)電機(jī)組的基本工作原理2、直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多級(jí)永磁交流發(fā)電機(jī)，從而可以省略齒輪箱，而由葉片轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接驅(qū)動(dòng)，故名“直驅(qū)”。另外發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)直接通過變頻器連接，因此發(fā)電機(jī)所發(fā)出的全部功率都需要通過變頻器來進(jìn)行變換，即“全功率變換”，所以對(duì)于大容量風(fēng)電系統(tǒng)而言，采用直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其變流器的容量需求則顯著增加。圖:直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要特點(diǎn)如下：①凸級(jí)永磁發(fā)電機(jī)具有較高的運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性。②在電網(wǎng)側(cè)采用PWM逆變器可輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好。③永磁發(fā)電機(jī)和全容量變流器成本較高。④永磁發(fā)電機(jī)存在定位轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)困難。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)大規(guī)模風(fēng)電接入后對(duì)電網(wǎng)的影響越來越大，風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的需求日益突出，有必要開展風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)的研究。風(fēng)電運(yùn)行控制主要包括風(fēng)電的有功功率控制和無功功率控制，風(fēng)電有功功率控制參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)，風(fēng)電無功功率控制參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)。

1、風(fēng)力發(fā)電有功功率控制技術(shù)

風(fēng)電場(chǎng)在接入電網(wǎng)后需要工作于不同的控制模式，現(xiàn)行的風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的規(guī)范風(fēng)電場(chǎng)控制模式主要包含功率限制模式、平衡控制模式、功率增率控制模式、差值模式、調(diào)頻模式，前四種屬于有功功率控制模式。由于目前我國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)的功率控制剛進(jìn)入適用期，風(fēng)電場(chǎng)還不具備調(diào)頻模式。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

1.1、功率限制模式功率限制模式投入時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制系統(tǒng)應(yīng)將全場(chǎng)出力控制在預(yù)先設(shè)定的或調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)的限值之下，限值可以分時(shí)間段給出。圖:功率限制模式示意圖工作于功率限制模式時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)不高于該限值，若風(fēng)電場(chǎng)有能力達(dá)到，則應(yīng)該達(dá)到該限值但不能超過限值，即需要風(fēng)電場(chǎng)能夠減載運(yùn)行。

圖中虛線Pavail為風(fēng)電場(chǎng)最大可輸出有功功率，實(shí)線Pref是投入功率限制模式后的實(shí)際輸出有功功率。可以看出，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的限值高于風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)功率時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)按預(yù)測(cè)功率發(fā)電，即最大出力發(fā)電；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)限值小于風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)按限值功率發(fā)電。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

1.2、平衡控制模式平衡控制模式投入時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制系統(tǒng)應(yīng)立即將全場(chǎng)出力按給定的斜率調(diào)整至電網(wǎng)調(diào)度的限制功率值(若給定值大于最大可發(fā)功率，則調(diào)整至最大可發(fā)功率)，當(dāng)命令解除時(shí)，有功功率控制系統(tǒng)按給定的斜率恢復(fù)至最大可發(fā)功率。圖:功率限制模式示意圖圖中虛線為未投入平衡控制模式時(shí)的出力情況，實(shí)線是投入平衡控制模式后風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際的出力情況。可以看出，希望風(fēng)電場(chǎng)能夠被控制在平衡控制模式的前提條件是風(fēng)電場(chǎng)的出力必須有一定的裕量來滿足輸出功率的調(diào)整。平衡控制模式運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率會(huì)按照給定斜率下降到調(diào)度功率后然后保持至命令解除，再按一定斜率上升到最大發(fā)電功率狀態(tài)。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

1.3、功率增率控制模式

功率增率控制模式時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率變化率進(jìn)行限制，風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率在每個(gè)控制周期的變化太小必須在給定的斜率之內(nèi)，且風(fēng)電場(chǎng)的整體輸出功率應(yīng)該在滿足斜率的前提下盡量跟隨風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)功率。圖:功率增率控制模式示意圖圖中虛線反映了風(fēng)電場(chǎng)未投入功率增率控制模式時(shí)的出力情況；實(shí)線則是風(fēng)電場(chǎng)在投入功率增率控制模式后的實(shí)際出力情況?？梢钥闯觯挥挟?dāng)功率上升時(shí)，功率增率控制模式才對(duì)其斜率進(jìn)行控制，即只能控制風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率升高時(shí)候的功率變化率，而在功率下降時(shí)，有可能出現(xiàn)由于風(fēng)速的劇烈變化導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的出力劇烈下降的情況，這種情況下的功率變化是不可控的。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

1.4、差值模式差值模式運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的整體輸出功率會(huì)與預(yù)測(cè)功率有一個(gè)功率差值?P，該功率差值是由電網(wǎng)調(diào)度提供的，相當(dāng)于給整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)留出了一定的有功功率調(diào)度裕度。圖:差值模式示意圖圖中虛線Pavail為風(fēng)電場(chǎng)未投入差值模式時(shí)的有功出力；實(shí)線Pref是投入差值模式后風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際出力情況。可以看出，運(yùn)行在差值模式時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)能夠按照一定的斜率下降到低于風(fēng)電場(chǎng)出力相對(duì)恒定的一個(gè)有功功率差值運(yùn)行點(diǎn)，并保持這個(gè)有功功率差值運(yùn)行。12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

2、風(fēng)力發(fā)電無功功率和電壓控制風(fēng)力發(fā)電的間接性和波動(dòng)性可能引起并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量問題以及系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用的無功補(bǔ)償設(shè)備可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)；減少無功的流動(dòng)，降低線損；調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，適應(yīng)風(fēng)電出力的變化；利用無功補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)作用，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)。箱式變壓器集電網(wǎng)絡(luò)升壓變壓器送出線路風(fēng)電場(chǎng)無功損耗12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

2.1風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置目前應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的無功補(bǔ)償裝置主要有離散調(diào)節(jié)設(shè)備和連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備。離散調(diào)節(jié)設(shè)備有改變有載變壓器分接頭(On-LoadTapChanger,OLTC)、電容器、電抗器。連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備有靜止無功補(bǔ)償器(StaticVarCompensator,SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)和雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)(DoublyFedInductionWindGenerator,DFIG)無功出力。STATCOM的基本原理是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件(如IGTO等)組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。SVC是一種沒有旋轉(zhuǎn)部件，快速、平滑可控的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。它是將可控的電抗器和電力電容器(固定或分組投切)并聯(lián)使用。電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器可吸收無功功率。設(shè)備調(diào)壓方法無功容量響應(yīng)速度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)OLTC改變無功分布---------------依手動(dòng)切換時(shí)間或自動(dòng)切換時(shí)間而定不需要額外補(bǔ)償設(shè)備無功不足時(shí)，將可能導(dǎo)致電壓崩潰電容器發(fā)出容性無功功率與電壓平方成正比受投切時(shí)間、次數(shù)限制投資費(fèi)用少，電能損耗小，維護(hù)方便不能連續(xù)調(diào)節(jié)，不能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功電抗器發(fā)出感性無功功率與電壓平方成正比受投切時(shí)間、次數(shù)限制投資費(fèi)用少，電能損耗小，維護(hù)方便不能連續(xù)調(diào)節(jié)，不能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功SVC發(fā)出容性或感性無功功率與電壓平方成正比響應(yīng)速度快連續(xù)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)輸出無功占地面積大，諧波含量高STATCOM發(fā)出容性或感性無功功率與電壓無關(guān)響應(yīng)速度優(yōu)于SVC連續(xù)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)輸出無功，占地面積小，諧波含量較低成本高，相關(guān)技術(shù)正在發(fā)展

DFIG發(fā)出容性或感性無功功率隨有功出力增大而減小響應(yīng)速度快連續(xù)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)輸出無功無功輸出容量受有功出力影響12.2智能電網(wǎng)與清潔能源發(fā)電12.2.2風(fēng)力發(fā)電及入網(wǎng)控制技術(shù)二、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)

2.2風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越技術(shù)

(1)低電壓穿越的基本概念