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化学储能材料和器件的三大重要指标,一是能量密度,关系到充放电的持续性;二是功率密度,关系到瞬间释放能量的能力;三是充放电次数,决定了储能器件的寿命。下图给出了铅酸电池、锂电池、锂离子电容、碳基电化学双层电容器EDLC、电解液电容的能量密度、功率密度和充放电寿命等指标。不幸的是,光伏这样极度苛刻的应用场景,对储能系统能量、功率、寿命的要求都非常高!储能系统储能能力、充放电功率,直接影响了对爬坡速率的控制力。
文章的计算涉及到傅里叶变换等烧脑数学工具,此处不再赘述。总之是通过下面的爬坡速率控制模型流程图,可以实现对瞬息万变的光伏出力(图b蓝色区域)的有效平滑(图b红线为平滑后)。图c显示了储能系统在爬坡上升超过10%每分钟速率的时间段通过充电实现爬坡速率的控制(图c靛蓝色区域),而在光伏出力下降超过10%的时间段,通过放电实现控制(土黄色区域),快速响应的能力是对储能系统充放电功率W的考验。而图d是储能系统的充电状态SoC,SoC的幅值考验的是储能系统总储能能力Wh。
不同的光伏系统对于储能系统的要求大不相同。文章考察了单个组件、5千瓦屋顶系统、100千瓦小型光伏电站、以及7.2兆瓦大型电站四个场景。一般而言,大型系统占地面积大,具有一定“地理聚集”(geographical aggregation)的发电出力平滑能力。在江屿的算法中,引入了一个叫做截断频率(cut-off frequency)的东东,通过经验公式考虑到了这个自动平滑的现象。下图看到,越大的系统,其自带发电出力平滑的能力越强,无论是光功率变化的剧烈程度还是频度都有下降!
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