你知道儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定電網(wǎng)的作用嗎？

太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。行業(yè)專家指出，電網(wǎng)的穩(wěn)定性對(duì)于防止電力中斷是至關(guān)重要的因素，而提供安全可靠的電力是當(dāng)務(wù)之急。英國(guó)的電網(wǎng)在大多數(shù)情況下是可靠的。但是，為了防止英國(guó)去年發(fā)生的大停電事故并保護(hù)電力系統(tǒng)，英國(guó)主要的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)ational Grid公司現(xiàn)在正在研究采用儲(chǔ)能技術(shù)減少類似的事件發(fā)生。

發(fā)生電力中斷的原因有很多，其中最可能的原因之一是電網(wǎng)頻率出現(xiàn)系統(tǒng)性故障，部分原因是“系統(tǒng)慣性”不足。雖然慣性和頻率是理解電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵，也是理解如何使可再生能源成為基本負(fù)荷功率的關(guān)鍵，但在了解任何電力中斷事件時(shí)，慣性和頻率往往成為被忽視和誤解的術(shù)語(yǔ)。而了解電網(wǎng)如何工作以決定英國(guó)向可再生能源轉(zhuǎn)型時(shí)需要采取哪些措施至關(guān)重要。

首先，幾乎所有傳統(tǒng)能源發(fā)電設(shè)施都遵循相同的原理：燃燒某種燃料(煤、天然氣、石油)使水沸騰并產(chǎn)生蒸汽，然后對(duì)其加壓并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能提供給電網(wǎng)。這就是系統(tǒng)性慣性發(fā)揮作用的地方。慣性是物體抵抗運(yùn)動(dòng)和方向變化的一種趨向，例如旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)一旦運(yùn)轉(zhuǎn)就很難停下來(lái)，它具有很高的慣性。電氣慣性的工作原理與其基本相同，它能抵抗由需求變化引起的電網(wǎng)中斷。由于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)很難停止，因此其產(chǎn)生的能量相對(duì)穩(wěn)定。

英國(guó)電網(wǎng)在2019年8月9日發(fā)生電網(wǎng)頻率下降事故

電網(wǎng)頻率使事情變得更加復(fù)雜

電網(wǎng)頻率是交流電每秒改變方向的次數(shù)。穩(wěn)定一致的頻率對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)很重要，因?yàn)樗梢苑乐箤?duì)其電力基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。事實(shí)證明，頻率與耦合到電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的速度成正比，這是“同步慣性”術(shù)語(yǔ)的來(lái)源。所有向電網(wǎng)供電的渦輪機(jī)都是同步的或以相同的速度旋轉(zhuǎn)(標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3,000轉(zhuǎn))，從而以相同的頻率發(fā)電。

在英國(guó)，電網(wǎng)以50赫茲(Hz)的頻率運(yùn)行，偏差小至1%可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性基礎(chǔ)設(shè)施損壞。例如，如果兩個(gè)發(fā)電廠同時(shí)或連續(xù)發(fā)生輸電中斷，則可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率大幅下降。為了防止損壞，則必須減少對(duì)電網(wǎng)的能源需求，這意味著斷開其中的一部分電網(wǎng)負(fù)載，并導(dǎo)致不可避免的電力中斷。

這就引出了一個(gè)重要的問(wèn)題：如何防止這種情況發(fā)生?這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)答案：第一個(gè)可能是構(gòu)建可靠基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，因?yàn)闊o(wú)論發(fā)電廠有多可靠，如果沒有可靠的電力基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)都可能隨時(shí)停電。第二個(gè)是增加電網(wǎng)的慣性，因此允許更大的靈活性來(lái)保持一致的頻率。

使電網(wǎng)更易于維護(hù)

21世紀(jì)的電網(wǎng)應(yīng)該更加更可靠，但事實(shí)并非如此，因?yàn)榭稍偕茉窗l(fā)電量的增加對(duì)對(duì)電網(wǎng)慣性產(chǎn)生了不利影響。據(jù)媒體報(bào)道，英國(guó)2019年的電力供應(yīng)40%來(lái)自可再生能源，特別是風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)?？稍偕茉窗l(fā)電設(shè)施以“異步”方式發(fā)電，這意味著沒有與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電設(shè)施的現(xiàn)有渦輪發(fā)電機(jī)保持同步，因此也就沒有慣性。

回到增加電網(wǎng)慣性的解決方案，從而使電網(wǎng)頻率更易于維護(hù)，需要采用可再生能源來(lái)使電網(wǎng)具有同步慣性。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)和鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要穩(wěn)定的電力系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。英國(guó)National Grid公司對(duì)此十分了解，因此在過(guò)去的一年中，該公司已投資1.8億英鎊(2.2544億美元)來(lái)確保此類技術(shù)的安全。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能廠商(LAES)Highview Power公司已開發(fā)了一種低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)將同時(shí)提高電網(wǎng)的彈性和可再生能源的部署量。 CRYOBatteryTM是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)，它使可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)保持同步，每個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)都可保持長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的電網(wǎng)同步，從而改善了電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)狀況和穩(wěn)定性。而采用可再生能源發(fā)電設(shè)施和電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以減少威脅電網(wǎng)的頻率振蕩，從而減少停電事件。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。