新能源电力系统中的储能技术研究

药炜+张凯

【摘要】：随着化石燃料的枯竭以及人们对雾霾问题的关注，可再生能源逐渐步入人们视野，可将其作为解决当前环境问题的可靠方法与减少碳排放的有效途径。但由于可再生能源发电具有波动性，随着可再生能源发电所占比重的提升，也将给现有的电网系统带来挑战。使用储能技术能够作为解决利用可再生能源生产电力接入电网的有效方法。简要介绍了几种储能技术的特点及其应用现状，分析了储能装置在可再生能源发电厂的作用及优点，最后总结了储能系统在可再生能源中的应用模式。

【关键词】：储能技术；电力系统；新能源

引言

近年来，我国在全国范围内进行电网改造和升级，对工业企业进行节电改造，对全国居民的生活节能节电给予补贴，标志着我国电力工业已经进入需求侧管理时代。电力储能技术的引入将有效削减负荷峰谷差，降低供电成本，有效实现需求侧管理。同时，规模储能技术的广泛应用将大大增强电网对大规模可再生能源的接纳能力，实现间歇式可再生能源发电的可预测、可控制、可调度，促进传统电网的升级与变革，实现发电和用电之间在时间和空间上的解耦，彻底改变现有电力系统的建设模式，促进电力系统从外延扩张型向内涵增效型的转变，提高供电可靠性和电能质量。

1、储能技术的分类概述

电能可转化为化学能、机械能、电池能等形式达到储存的目的。按不同的转化方式进行分类，可分为电化学储能、机械储能、相变储能以及电池储能。而机械储能主要包括了压缩空气储能、抽水储能以及飞轮储能等；电化学储能主要包括了锂离子储能、铅酸储能、钠硫储能、镍镉储能以及液流储能等；相变储能主要是指储热的物质发生了相变进而放出或吸收天热能量，在夏季可以蓄热，冬季可以蓄冷，主要应用于冷空调系统、建筑节能以及热电相变蓄热装置等；电池储能主要包括了超级电容储能、超导储能以及高能密度电容储能等储能形式。如表1所示，是新能源电力系统中的储能技术比较。

2、新能源电力系统中储能技术具有的作用

2.1储能系统在不同供电场所的应用

（1）电力调频调压系统。针对于钢厂等大量短周期大负荷接入，导致局部电网频率和电压大幅波动，造成电网不稳定，影响其他用电设备稳定性。故此种情况考虑再电网侧加入储能系统，可以满足对电网一次调频和调压的快速响应要求。此种类型储能系统只需满足短时大功率调节要求，可采用超级电容或其他功率型电池进行短时储能；（2）新能源发电侧储能系统。由于新能源发电具有间歇性、波动性和难预测性的特点，大规模的接入势必导致电网调节困难，因此会造成大量的弃光弃风问题，在新能源发电侧增加储能系统可以很好的解决这些问题，把消耗不掉的电量储存起来，在发电不足或用电高峰时放出，可以使发电趋于平滑、稳定；（3）商用储能系统。对于企业、工厂、商业写字楼、充电站等用电量大，负载波动大，或具有峰谷电价差等场所，可以通过储能系统来削峰填谷，稳定电网供电或赚取电价差。且在电网停电情况下可快速切换到离网供电模式，实现系统应急供电，保证重要负载的持续供电。

2.2灵活储能技术

近年来，我国大力发展可再生能源和分布式发电，鼓励新能源电源并网、利用。未来家庭光伏发电电池储能、社区储能、分布式发电及微电网、电动汽车等，因其灵活性将得到广泛应用。将来，供应侧以新能源为主，用能侧则是清洁、灵活的使用方式。电动汽车作为一种非常重要的灵活负荷和一种储能设施，可以向一些小微电网、微电网、商业区域输电，参与局部的电网平衡；可以为新能源大规模地进入能源系统，并网消纳，提供负荷。电动汽车储能电池接入全球能源互联网，通过合理安排充电时间，辅助电网调峰，实现低谷充电、高峰放电。

2.3电网频率调节

调频是维护电网安全运行的关键技术，为保证电力系统安全稳定运行，要求调频机组能快速、精确地响应调度指令。大型火电调频机组持续运行导致发电机组负荷率下降和环境污染等问题。储能技术参与调频服务的最大优势是其具有快速和精确的响应能力，单位功率的调节效率较高。储能技术非常适合解决短时电力供应和需求之间的不平衡问题，为电网提供调频服务，其调频响应速度远快于常规火电机组。根据美国电力市场的调频电源比较分析，储能调频效果是水电机组的1.7倍，是燃气机组的2.5倍，是燃煤机组的20倍以上。具有快速调节能力的储能技术能够更有效地提供调频服务。

2.4ES系列储能变流器在光伏发电系统中的应用

ES系列产品是专门用于电池储能系统的大功率并网双向变流器，具有削峰填谷和平抑新能源发电出力波动等功能，有利于电力设备降低供电成本，促进可再生资源的应用。双向储能变流器具有自动同步并网功能，对于电网没有冲击，并且在设计时候具有一体化的特点，安装方便，还可以实现触摸屏显示。例如在2010年底，索英电气东莞松山湖工业区1MW/2MWH储能示范项目提供的1MW储能变流器和监控系统，不仅保证了电力储能设备的稳定性，还使得供电更加的高效，基于此可以将双向储能变流器应用到光伏发电系统中，能够实现光伏发电的稳定性和高效性。

结语

随着雾霾等各种环境问题的出現，可再生能源也逐渐受到了各方的重视。其中，在利用可再生能源的过程中最为关键的是储能技术，其影响可再生能源的“发—输—配—用”电的每一环节，不仅能够降低用电高峰期的供电需求，而且增加现在电网系统的运行能力和设备的使用率；同时其也能够保证电网的安全与稳定，进而提升供电品质和用电能力，这均能实现经济社会安全而稳定的需求。现在，储能技术种类繁多且各具特色，但其也存在着缺陷，如化学电池的充电量较少，还会破坏环境；而抽水储能与压缩空气等形式储存能量，需要进行转化，使得其效率较低，并且这些形式的储能需要大量的建设成本。因此，从现在的发展出发，要想使储能装置得到最好的发展，更好地服务于可再生能源发电站使电力系统稳定运行，应采取配置多种储能装置相结合的技术，彼此间协调控制、综合规划。这也是现今需要深入研究的地方。

【参考文献】：

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[2]陈仕卿，许剑，张新敬，等.储能过程设计参数对压缩空气储能系统性能影响研究[J].热能动力工程，2017，32（3）：40-46.endprint