浅谈新能源技术的研究和应用

摘要：随着我国经济的不断发展，能源消耗不断增加，环境污染日趋严重。为了解决能源危机问题，国家大力支持发展新能源行业。我国在新能源发电技术上已经取得了较大的进步，但是由于受到技术及政策等因素的影响，新能源发电仍然存在一定的问题，并且由于风能和太阳能具有不稳定性等特点，会对电网产生严重影响。为解决这个问题，需在风电和光伏工程中应用储能技术，这样能有效地提高风电和光伏发电系统的稳定性与安全性。基于此，对新能源风电和光伏工程中储能技术应用的意义进行分析，同时探讨相关的储能技术，并研究其具体的应用，以更好地利用清洁能源。

关键词：物联网；光伏发电；储能系统；远程监测；故障诊断

曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司

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1引言

随着经济的发展，能源问题变得日益突出，世界各国都开始将目光投向新能源的开发利用。新能源发电是解决能源危机的重要途径之一，我国逐渐认识到发展新能源的重要性，积极地对相关技术进行研究和开发。

在我国风电和光伏发电的应用中，通常会面临以下问题：由于风电和光伏发电的间歇性、波动性等特点，会对电网造成一定影响。为了解决这个问题，就需在风电和光伏工程中应用储能技术。由于风能和太阳能具有不稳定性的特点，会对电网造成了一定的影响，因此，在风电和光伏工程中应用储能技术具有重要意义。

2储能技术应用的意义

2.1增强对电网的调峰能力

为了保障新能源风电和光伏发电工程的稳定运行，需采用相应的技术对其进行调节，其中储能技术已经成为调节新能源风电和光伏发电工程中*主要的方式之一。通过采用储能技术对新能源风电和光伏发电工程进行调节，可有效地提高新能源风电和光伏发电工程对电网的调峰能力，使其能够在电网负荷低谷时期及时地对负荷进行转移。因为在新能源风电和光伏发电工程中，其发电规模的变化与电网负荷的变化有着非常密切的关系，可通过电网负荷曲线的变化情况来对储能技术进行分析，从而对储能装置进行有效的控制，使其在电网负荷低谷时期对新能源风电和光伏发电工程进行调用[2]。

2.2提高能源利用率

新能源风电和光伏发电在我国的能源结构中占据越来越重要的地位，然而这两种能源的利用效率受到自然条件，尤其是天气因素的影响。风能和太阳能的发电能力随着风向、光照强度的变化而波动，这导致了能源的利用率在一定程度上受到限制。为了解决这一问题，储能技术的引入成为一种有效的解决方案。储能系统可以储存多余的电能，在电力需求高峰时期释放，从而平衡电网负荷，这不仅可以充分利用低谷时期的电能，还可以提高新能源的利用率。与此同时，在新能源发电过程中，储能系统的作用相当于一个“调节器”，其能够在电网负荷波动时保持电力供应的稳定，这不仅可降低对传统能源的依赖，还可减少能源浪费，为我国实现可持续发展目标提供了有力支持[3]。此外，通过引入和优化储能技术，可*大限度克服天气条件对新能源发电的制约，提高能源利用率，进一步降低对传统能源的依赖；而且储能技术还可助力我国实现能源产业的转型升级，推动绿色低碳经济的发展。

3新能源风电和光伏工程中的储能技术

3.1电化学储能技术

电化学储能技术在新能源领域的应用日益广泛，特别是在风电和光伏工程中，已成为一种重要的储能手段。这种技术的原理，简单来说就是将电能转化为化学能进行储存，以便在需要的时候再将化学能转化为电能输出。这一过程体现了能量的转化和储存，从而为新能源的稳定供应提供了保障。电化学储能技术具有许多优点：首先是储能密度高，这意味着在相同的体积或重量下，其能储存更多的能量；其次实循环寿命长，这意味着其可以反复充放电多次，而不会明显影响其性能；*后是响应速度快，这使得其在应对电力系统中的瞬时负荷变化时表现出较高的灵活性。在我国，电化学储能技术已经在大规模的风电和光伏发电系统中得到广泛应用，其中锂离子电池和钠硫电池等是典型的代表。锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命和环境友好性，在我国得到了优先推广；钠硫电池则因其在大规模储能系统中的优势，如占地面积小、建设成本低、运行维护简便等，也在我国得到了广泛应用[4]。

3.2电容器储能技术

*级电容器作为一种电能储存设备，以其高功率密度、长寿命和快速充放电特性在众多储能技术中脱颖而出。与电化学储能技术相比，*级电容器在功率密度方面具有明显优势，使其在需要快速响应和瞬时高峰负荷的情况下具有较高的灵活性，这使得*级电容器在新能源发电领域具有广泛的应用前景。*级电容器是一种能量储存设备，其工作原理是利用电极材料和电解质的电化学反应来实现电能的储存和释放。与电池相比，*级电容器具有更快的充放电速度和更高的功率密度，但能量密度相对较低。此外，由于其高功率密度和快速充放电特性，*级电容器在新能源发电系统中得到了广泛的应用。首先，新能源发电过程中，如风能和太阳能，受到自然条件的影响，输出功率存在较大波动，而*级电容器可实时调整发电系统的功率输出，使其在瞬时高峰负荷和快速响应情况下保持稳定。其次，*级电容器可以储存新能源发电系统产生的高峰负荷电力，并在需要时释放，从而降低对电网的压力，提高系统的运行效率[5]。

3.3氢能储能技术

氢能储能技术是一种将电能转化为氢能进行储存，并在需要时将氢能转化为电能输出的技术。氢能储能技术在新能源领域具有巨大的潜力，主要是因为氢是一种清洁的能源，其燃烧产物仅为水，无任何污染。此外，氢能储能技术的储能密度高，能量转换效率高，且具有广泛的来源。在风电和光伏工程中，氢能储能技术可以用于平滑电网负荷波动，提高新能源的利用率。氢能储能技术的应用主要包括氢燃料电池和氢储能系统等，氢燃料电池是一种将氢能直接转化为电能的设备，具有*效、清洁、无噪声等优点，已经在一些发达国家得到了广泛应用。同时，氢储能系统是将氢能储存于特定的容器中，以便在需要时转化为电能输出，其主要包括氢气储存罐、氢气压缩机、氢气输送管道等设备。在我国，氢能储能技术尚处于研究和发展阶段，但已有一些项目开始投入使用，预计在未来几年内，氢能储能技术将在我国的新能源领域得到广泛应用。

3.4压缩空气储能技术

压缩空气储能技术是一种利用压缩空气的原理来实现电能储存和释放的技术，在新能源风电和光伏工程中，压缩空气储能技术具有很大的应用价值。压缩空气储能技术的原理是：在电网负荷低谷时期，利用新能源发电设备产生的多余电能对空气进行压缩，将电能转化为压缩空气能储存起来；在电网负荷高峰时期，释放压缩空气，通过膨胀驱动涡轮发电机发电，将压缩空气能转化为电能输出，这一过程实现了新能源电能在低谷时期的储存和高峰时期的释放，有效平衡了电网负荷。压缩空气储能技术的优点有：①储能密度较高，可以在较小的空间内储存大量的能量；②储能设备相对简单，主要包括压缩机、储气罐和涡轮发电机等，降低了投资成本；③压缩空气储能技术具有良好的环保性能，因为其不使用任何化学介质，能量转换过程中没有污染物排放。然而，压缩空气储能技术也存在一定的局限性，例如对地理环境和气候条件的依赖较大，压缩空气的储存和释放过程中能量损失较大，以及设备占地面积较高等。为了克服这些局限性，研究人员应该不断优化压缩空气储能技术，如提高压缩机和涡轮机的效率、降低能量损失、研究新型材料和结构、减小设备占地面积，以及探索适应不同地理环境和气候条件的储能方案。

3.5抽水储能技术

抽水储能技术是一种利用高低水位差来实现电能储存和释放的技术，其在新能源风电和光伏工程中具有广泛的应用价值。抽水储能技术的原理是：在电网负荷低谷时期，利用新能源发电设备产生的多余电能驱动水泵，将低水位的水抽到高水位的水库中储存；在电网负荷高峰时期，释放水库中的水，通过水轮发电机发电，将水的重力势能转化为电能输出。抽水储能技术可以在较大的地理空间内储存大量的能量，而且相关设备相对简单，主要包括水泵、水轮发电机和水库等，降低了投资成本。此外，抽水储能技术还可以利用抽水蓄能电站对电网负荷进行调节，在电网出现负荷低谷时，利用抽水蓄能电站的蓄电能力将多余的电力储存起来；在电网出现负荷高峰时，将多余的电力释放到电网中，减少了对电网的冲击。

4新能源风电和光伏工程中储能技术应用

4.1储能技术在风电工程中的应用

在风电工程领域，储能技术发挥着至关重要的作用，其应用主要可以从以下三个方面进行阐述：

储能技术在风电发电系统中起到了平衡功率波动的作用。风能的间歇性和不确定性，使得风电发电系统的输出功率存在较大的波动，而储能技术的应用能够有效地缓解这些波动，从而提高风电发电系统的稳定性和可靠性。储能设备可在风电发电系统输出功率较低的时候，将电能储存起来，以便在输出功率波动时释放，保持系统的平稳运行[6]。

（2）储能技术有助于提高风电发电系统的运行效率。通过储能设备，风电发电系统可以在输出功率较低的时候储存电能，以便在需要的时候释放，从而平衡电力需求和供应之间的矛盾，提高系统的运行效率。此外，储能技术还可以优化风电发电系统的调度和运行管理，实现对风能的*效利用。

（3）储能技术可以降低风电发电系统对电网的依赖。在并网运行过程中，风电发电系统经常会遇到电网频率波动、电压不稳定等问题。储能技术的应用可有效地解决这些问题，提高风电发电系统的自主运行能力，降低对电网的依赖程度。

4.2储能技术在光伏工程中的应用

在光伏工程领域，储能技术同样具有重要应用价值，具体表现在以下几个方面：

储能技术能够平滑光伏发电系统的功率输出波动。由于光伏发电受天气和季节影响，发电量存在一定波动，储能技术的应用可以有效地平衡这些波动，提高光伏发电系统的稳定性和可靠性。

储能技术有助于提高光伏发电的能源利用率。光伏发电系统在夜间或阴雨天无法发电，导致能源浪费，而通过储能技术，可以将多余的电能储存起来，以便在发电不足的时候供给电网，从而提高光伏发电的能源利用率。

储能技术有助于促进光伏发电的可持续发展。储能设备可以提高光伏发电的系统容量，使得光伏发电在同等占地面积下产生更多的电力。此外，储能技术可以实现光伏发电的峰谷电价政策，进一步降低发电成本，提高光伏发电的经济效益。

（4）储能技术可以提高光伏发电在电网中的竞争力。储能设备的应用可使得光伏发电更加灵活，适应电力市场的需求。在电网调峰、应急供电等方面，储能技术具有显著的优势，有助于提高光伏发电在电网中的竞争力。

5安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统

5.1概述

Acrel-2000MG储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。5.2应用场景

适用于工商业储能电站、新能源配储电站。

5.3系统结构

5.4系统功能

（1）实时监管

对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。

（2）智能监控

对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。

（3）功率预测

对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。

（4）电能质量

实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

（5）可视化运行

实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。

（6）优化控制

通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。

（7）收益分析

用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。

（8）能源分析

通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。

（9）策略配置

微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。

6硬件及其配套产品

序号	设备	型号	图片	说明
1	能量管理系统	Acrel-2000MG		内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等
2	显示器	25.1英寸液晶显示器		系统软件显示载体
3	UPS电源	UPS2000-A-2-KTTS		为监控主机提供后备电源
4	打印机	HP108AA4		用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式
5	音箱	R19U		播放报警事件信息
6	工业网络交换机	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题
7	GPS时钟	ATS1200GB		利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步
8	交流计量电表	AMC96L-E4/KC		电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、 四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能
9	直流计量电表	PZ96L-DE		可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能
10	电能质量监测	APView500		实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。
11	防孤岛装置	AM5SE-IS		防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接
12	箱变测控装置	AM6-PWC		置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置
13	通信管理机	ANet-2E851		能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据:
14	串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备
15	遥信模块	ARTU-K16		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发

7结束语

总而言之，随着我国新能源发电技术的不断发展和进步，储能技术也在不断完善和改进。在新能源风电和光伏工程中，储能技术能够发挥出重要作用。因为储能技术能够将风电和光伏发电过程中产生的能量存储起来，然后再进行合理的分配和利用，从而提高新能源的利用率，同时储能技术还可以实现对电压波动和频率波动的有效控制，保证电网系统的稳定性和可靠性。

审核编辑 黄宇