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0 引 言
港口是用电大户,随着港口规模的不断扩大,其对电能的消耗也得到越来越多的关注。港口主要用电负荷集中在大功率、长时间工作的设备,这些大功率设备在工作时,其起升机构在载运货物下降过程中的制动产生大量的电能,这部分能量通常以热能的形式耗散或使其返回至交流电网,再生能量并不能有效利用。若能够充分利用此部分能量,不仅能达到节能环保的要求,而且还能改善港口的用电质量。另外,港口用电采用峰谷差价进行计费,白天基本为高峰电价,负荷作业多在此时段,晚上多为低谷电价,负荷作业时间相对较短。若能够充分利用峰谷电价差,必然会为港口带来可观收益。在此,针对港口电网网络设备特点以及负荷和用电特性,对港口节能方式进行分析、探讨。
(本文来源:港口科技 微信号)
1 大容量电能存储技术在电网峰谷时段的应用
目前,我国绝大部分地区的工业用电均已采用峰谷电价制度,将大容量储能技术用于存储低谷时段电能并用于高峰时段负荷,进而实现峰谷电价套利,可大幅降低企业用电成本。利用储能技术实现峰谷时段的电能转移,其投资回收时间主要取决于峰谷差价和储能设备的成本。[1] 近期来看,储能技术在不断进步,其功率密度、能量密度不断提高,成本不断下降,可以加快储能技术在港口削峰填谷领域的应用。
港口利用储能技术实现峰谷电能的转移,能够在港口内部供电网络中实现对负荷用电功率的控制,不会影响到上级供电网络的稳定性,同时能够降低港口装机容量,节约大量成本。港口储能技术实现峰谷用电转移示意图见图1。
图1 港口峰谷用电示意图
港口设备负荷特性变化频繁,供电网络的电能质量难以保证,目前比较常用的是增大供电系统容量来解决此类问题,但该方式投资成本大,且会造成资源浪费。大容量储能系统示意图见图2。
图2 大容量储能系统示意图
若在用电侧将电能平滑地存储起来,并通过简单可靠的控制技术,能够确保输出高质量的电能。同时,储能系统还可以作为备用电源,为港口供电网络出现电力供应不足或电网断电故障时提供可靠保障。
2 超级电容储能技术在重载设备上的应用
超级电容储能技术在电力系统各个领域均有广泛应用,利用其在短时间内提供大功率输出这一特性来提高用电可靠性、改善电能质量。同时,其具有免维护、充放电速度快等特点,能够完美匹配港口重载负荷特性,实现负载功率变化的消纳和补给。
港口重载装卸设备基本上可分为2种工作状态:驱动状态和再生状态。在传统重载中再生反馈的能量都由制动电阻消耗,将势能转换为热能。在启动时载荷突增,会造成电网电压和频率的振荡,对电力系统的运行造成冲击,容易损坏电气设备,影响设备工作寿命。[2]
利用超级电容储能技术将重载设备上的2种不同的能量进行简单合并,达到节能和改善电能质量的目的。通常港口负载的供电方式可分为分散式供电和集中式供电2种。
分散式供电储能系统示意图见图3。在分散式的供电网络中,可将超级电容储能装置安装在单台设备的直流供电端,达到能源的单独管理。超级电容能够回收重载设备制动时产生的能量,并作为启动、加速等情况时所需能量的补给。同时,可以根据需要对设备供电状态进行调节,保持设备背部的网压稳定。此外,储能装置回收的能量直接用于设备内部,不与外部电网发生关联。
图3 分散式供电储能系统
集中式供电储能系统示意图见图4。在集中式供电系统中,可将超级电容储能装置安装在集中供电母线上,进行能量的集中管理和分配,实现系统层级的能源管理。超级电容能够回收所有重载设备制动时产生的能量,把存储的能量进行管理和分配,并根据供电网络的电压状态进行实时调节,实现区域供电网络的动态稳定。
图4 集中式供电储能系统
分散式储能系统存在于设备内部,相当于一个很小的供电网络,所配置的储能系统容量相对比较小。集中式储能系统容量和功率需求接近于一个大的供电网络,配置的储能系统也相对较大。对于供电网具体是采用分散式还是集中式储能系统,须进一步根据负荷特性进行仿真计算,进而设置更为经济合理的储能系统。
3 独立式风+光+储能技术[3]在港口供电网络中的应用
港口作为电能消耗大户,可以从电网络角度去探索新型的用电模式。随着风力发电和光伏发电技术的成熟,储能技术得到较快发展。未来会有越来越多的大型用电企业大力发展此类电力供应模式。独立式风+光+储能发电系统示意图见图5。
图5 风+光+储能发电系统示意图
独立式风+光+储能发电系统具有较大灵活性,其能够充分利用港口的地理优势,利用海边的风能和太阳能进行发电,对港区内负荷进行供电。同时,利用储能系统对太阳能发电和风力发电的功率波动进行有效的平抑,改善电网对新能源的消纳能力。此外,还可以对电网实现“削峰填谷”的作用,进而能够实现独立的发电、供电、用电系统,为港口带来可观的经济效益。
4 结 语
为实现港口绿色、节能、环保的目标,分析探讨港口用电储能技术的新型应用;利用大容量储能技术实现峰谷电能的转移,能够节约大量用电成本。同时,储能系统还可以作为备用电源,为港口供电网络电力供应不足或电网断电故障时提供支持。利用超级电容储能技术将重载设备制动能量回收,能够达到节能和改善电能质量的目的,并且实现回收再利用的功效。独立式风+光+储能发电系统可以对港区内负荷进行供电,能够构建独立的发电、供电、用电系统,为港口带来可观的经济效益。
港口供电网络储能技术
作者:徐 斌1, 杜春雷2, 苏玉琢2, 宋 阳2
(1.青岛港国际股份有限公司, 山东 青岛 266011;
2.中车青岛四方车辆研究所有限公司, 山东 青岛 266031)
参考文献
[1] 金一丁,宋强.大容量电池储能电网接入系统[J].中国电力,2010,43(2):16-20.
[2] 韩劼.港口供电系统的主要特点[J].港工技术,2002(2):9-10.
[3] 何勇琪,张建成.独立型风光互补系统中储能容量优化研究[J].电力科学与工程,2012,28(4):9-13.
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