基于飞轮储能技术的光伏电站弃光问题研究_开题报告

一、文献综述

（一）研究背景

随着新能源产业的迅速发展，我国西北、东北和华北地区出现不同程度的弃光限电等现象，不仅造成电能的浪费，降低用户的发电收益，也制约了整个光伏新能源行业的健康发展。同时，伴随光伏新能源接入电网的比例的增大，光伏发电所存在功率波动和出力难以预测的问题也日益显著，对整个电网的安全稳定运行也造成越来越无法忽视的影响。

（二）研究目的

在光伏电站应用储能技术，不仅可以切实解决弃光问题，促进可再生能源消纳，也可以实现可再生能源平滑功率波动、削峰平谷、调频调压，是解决可再生能源不连续、不稳定、不可控，实现可再生能源大规模接入电网的重要手段。目前储能技术有多种，除飞轮储能外，有锂电池、钒液储能、锌溴储能、蓄水储能、压缩空气、超级电容等。

飞轮储能本身是一种机电转换装置，它的储电方式与传统的化学储能方式不同，属于物理储能范畴。在充电时，它将电能通过电磁介质转换为动能；放电时，再通过电磁介质将动能转化为电能。储能飞轮主要由大惯量的高强度飞轮转子、转子支撑系统（磁轴承、机械轴承等）、永磁电机/发电机、真空及保持系统、充电/放电控制系统和安全保护系统等构成。按照储能飞轮储电量和充放电功率的比值大小，可以分为功率型和能量型两种类型。功率型飞轮主要用于不间断电源（UPS）、能量回收（地铁制动能量、石油钻井平台、大型港口塔吊）等场合，能量型飞轮主要用于清洁能源储能、电网调频等领域。相比其它储电方式，储能飞轮最大的优点是具有瞬时大功率、放电深度大、可千万次重复充放电。

（三）国内外研究现状

目前国内外对储能飞轮的研究主要集中在高强度的飞轮转子（高强度钢转子或复合材料转子）、大功率高速电机、微损耗高速高可靠轴承（电磁轴承、永磁轴承、电磁+永磁混合轴承、高温超导磁轴承等）、大功率电机控制和驱动器、低真空和真空保持技术等方面。从内国外飞轮公司产品的特点可以看出，储能飞轮从技术方案上正沿着两条路线发展：一条是采用复合材料的飞轮转子，飞轮转速运行在高转速下，追求更高的储能密度；另一条是采用高强度钢飞轮转子，采用中低转速，追求更高的性价比。前者的技术难度和技术含量高、成本高，市场化推广困难；后者技术难度相对较低，成本适中，在国外运用的比较广泛。比如Active Power、Vycon、Amber Kinetics、Piller、Temporal Power等公司均已经有多处应用，而且取得了很好的经济和环保效果。经过50年的长期积累与国家科技计划的支持，以美国为代表的国外现代飞轮储能电源高技术在产业过程中迅速扩张，目前全球有超过3000套基于飞轮储能的大功率动态不间断电源系统（UPS）安全可靠运行了上千万小时，应用于高质量电力、风力发电、车辆制动能再生等领域，自2005年以来，德国的Piller公司、美国的Active Power公司都在大力开拓中国市场。大容量飞轮调频示范电站正在美国建立，为降低自放电率，美国、日本、德国都在大力研发基于高温超导磁悬浮的大能量飞轮储能电源，以延长飞轮发电时间到小时量级。世界范围内，飞轮储能应用研究领域首先着眼于车辆、航天、军工，然后在动态UPS中获得了产业化应用，继而在孤网中获得应用，未来的发展趋势是应用于大电网调频和调峰。

国内自20世纪80年代开始关注飞轮储能技术，自90年代开始了关键技术基础研究。中科院电工研究所目前已经设计并实现了基于钢转子和机械轴承的飞轮储能装置并应用于微型电网稳定控制和电能质量改善，清华大学300Wh飞轮储能样机1997年实现充放电；支承在永磁微型螺旋槽轴承上的500Wh复合材料飞轮转速达到42000r/min（660m/s）。华北电力大学同期也建立了试验装置，钢质飞轮极限转速10000r/min，也采用了低损耗的永磁-流体动压混合支承。北京航空航天大学、中科院长春光学精密机械与物理研究所近年来开展飞轮储能电源的航天应用研究。、东南大学开展过关于先进飞轮储能技术的“863”探索项目研究，武汉理工大学探讨了飞轮储能在电动车混合动力的应用设计与研究。国内从事储能飞轮研究的单位主要集中在高校和研究院所，其中清华大学戴兴建研究的储能飞轮已经成功应用于中原油田石油钻井平台，收到了很好的效果。国内近几年也出现了从高校技术落地或从国外引进技术的专业化从事储能飞轮研制的公司，如：奇峰聚能、泓慧能源、斯道尔、盾石公司等。

（四）研究内容与计划

现阶段，高比例可再生能源场景下储能的应用研究火热，不少储能示范项目也如雨后春笋般涌现，以“张北风光储输项目”及“西藏羊易光储电站项目”最为典型，给解决弃光问题的研究带来大量的数据及实践积累，带来很大研究价值。

二、^范文提纲

引言：飞轮储能在光伏电站应用的价值

1飞轮储能系统

1.1飞轮储能介绍

1.2飞轮储能优势

1.3飞轮储能系统构成

1.4飞轮本体机械结构图

1.5飞轮主控制系统图

1.6飞轮电池参数

2并网光伏发电现状

2.1并网光伏发电的出力的波动水平

2.2并网光伏发电的出力波动对电网的影响

3飞轮储能解决光伏弃光问题方案

3.1飞轮储能的容量确定及布置方案

3.2飞轮储能的接入方式

3.3飞轮储能的充放电控制策略

3.4飞轮储能系统安全保障措施

4飞轮储能系统对光伏电站的平滑效果

4.1光伏电站历史运行数据分析

4.2飞轮储能系统预期平滑效果

三、参考文献

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