基于多重应用场景的新能源电力系统储能技术

谢小平

摘要：新能源是指可再生与可利用的清洁能源。当前，随着可持续发展理念的提出，新能源成为社会热点问题，大部分行业领域都可以通过利用新能源提升自身的发展水平，其中包含电力系统。本文首先阐述了新能源电力系统储能技术的应用现状及优势，主要探讨了多重应用场景的新能源电力系统储能技术，如物理储能技术、化学储能技术等，为相关研究提供参考。

关键词：多重应用场景  新能源  电力系统  储能技术

Energy Storage Technology of New Energy Power System Based on Multiple Application Scenarios

XIE Xiaoping

（Powerchina Jiangxi Electric Power Construction Co.， Ltd.， Beijing， 330000 China）

Abstract： New energy refers to renewable and utilizable clean energy. At present， with the proposal of the concept of sustainable development， new energy has become a hot social issue. Most industries can improve their development level by using new energy， including the power system. This paper first describes the application status and advantages of new energy power system energy storage technology， mainly discusses the multiple application scenarios of new energy power system energy storage technology， such as physical energy storage technology， chemical energy storage technology， to provide reference for related research.

Key Words：Multiple application scenarios; New energy sources; Power system; Energy storage technology

1新能源电力系统储能技术应用现状及优势

纵观当前的新能源电力系统，其在运行和发展的过程中，主要通过可再生资源发电，其与传统的火力发电相比较而言，具有一定的节能性特点，且不会浪费大量的电量。

诚然，由于目前的新能源电力系统不够成熟与完善，存在着诸多方面的缺陷与不足，更是无法保证其在运行过程中的安全性与稳定性。为此，需要通过利用储能技术为整个新能源电力系统的运行提供帮助，更好地促进新能源电力系统储能技术的长足发展^[1-4]。

另外，有大量实践证明，储能技术在新能源电力系统中的应用可以有效降低电力系统在高峰阶段的负荷，保护设备不受损坏，保证电力系统正常运行，切实满足当前社会更高要求的电力需求。

2新能源电力系统储能技术拓扑结构

基于多重应用场景的新能源电力系统储能技术，既要吸收突然变化的能源功率，又要存储足够的能源，此外还要支持多重应用场景，为此设计一款安全、高效、经济的锌铁环液流电池与电容相融合的混合储能技术尤为重要，为了保证电池与电容的协调运行，可以将新能源电力系统储能技术设计成拓扑式结构（如图1所示）。

从图1可以看出，新能源电力系统中的每一个能源发电机组分别配置一个分布式储能单元，该分布式储能单元直接连接于发电机，并通过PCS并联于新能源电力系统的直流母线侧，与发电机组同时使用电力系统中的DC/AC逆变单元，当新能源被转化成电能之后，发电机将交流电通过全功率变流接入分布式储能单元，从而实现分布式储能单元与新能源电力系统之间的相互连接^[5-6]。

3多重应用场景的新能源电力系统储能技术

3.1物理儲能技术

多重应用场景的新能源电力系统，物理储能是最常见的一种储能技术，物理储能技术包括以下两大核心技术，即：抽水应用储能技术、空气压缩储能应用技术。其中，抽水应用储能技术主要是利用低势电位实现对电力能源的存储，该方法已是一种十分成熟与完善的储能技术，并具备高功率、低能耗的特点，但其在应用过程中，存在地域限制，需要在河坝的上下游分别设置一个水库。

这样一来，当电力系统负荷不足的情况下，保证发电机可以处于良好的工作状态，从而将下游水库中的水抽出，保存到上游水库中，实现80%的能量转换与储存。空气压缩储能应用技术现已被广泛应用到了工业规模较大的行业中，当电网运行负荷不足时，新能源电力能源系统可以实现对空气的压缩，将空气通过高压密封的形式进行存储，而当电网运行负荷过大的时候，新能源电力系统释放这部分高压空气，从而为整个电力系统的正常运行提供能量。空气压缩储能应用技术因其自身反应速度快、应用效率高等的特点，其在电力系统中的应用可以实现更高能量的转换，是当前应用最广泛的一种储能技术。

3.2化学储能技术

化学储能技术主要是将电池作为新能源电力系统中的储存能源，这样电力系统在充电和放电的过程中，通过利用电池中的正、负极在电能与化学之间进行连续与不间断的转化，从而实现储能的根本目的。在基于多重应用场景的新能源电力系统中，其是应用最广泛的一种储能技术，而该技术的应用也为新能源电力系统的发展起到了良好的促进作用。虽然，新能源电力系统电池的种类较多，但储能技术在实际的应用过程中，既可以对整个运行成本进行严格把控，又可以表现其自身优势。

从另一个角度来看：化学储能也是新能源电力系统中一种常见的储能技术，化学储能主要包括锂电池、蓄电池以及液流电池等。从该储能技术的应用角度来看，该储能技术的应用已经十分成熟，并具有单体容量小、安装难度小以及建设速度快等的特点深受业内人士喜欢。特别是近些年来，随着化学储能技术价格的不断走低，我国政府部门大力倡导该技术，截至2020年底，化学储能装机占比约92.4%，其中，锂电池占比62%，蓄电池占比25.2%，液流电池占比约5.2%。3种化学储能性能指标如表1所示。

从表1得出：化学储能中的锂电池在深度充放电、高倍数充放电以及快速响应方面都表现十分良好，蓄电池使用成本较低，液流电池可以直接回收。当前形势下，随着新能源电力系统的不断发展，锂离子电池的研发和生产已经初具规模，因此锂离子电池有着较优的综合性价比，实际应用量也最大。

但是目前技术背景下的大部分化学储能技术存在一定的安全风险，如爆炸、环境污染等。基于各种应用场景下的安全考虑，新型环保稳定的液流化学储能技术逐渐规模化应用，如前文提到的拓扑式锌铁环液流电池储能系统，其独立、安全环保、长效经济、模块化的特点，既适用于城市周边小规模分散式储能应用场景，又适用于新能源电力储存和消纳的大规模应用场景。

3.3电磁储能技术

电磁储能技术在新能源电力系统中的应用，是将电磁能与电能进行不间断转化的过程，电磁储能技术主要包括超导磁铁储能应用技术和超级电容器储能应用技术两种。其中，超导磁铁储能应用技术指的是利用超导材料先制作成一个线圈，然后通过电力网络经过变流器源源不断的向新能源电力系统提供电磁能量，保证电磁能量具备较高的转换效率。从而体现出反应快速和节能环保的特点，其在具体的应用过程中，线圈所表现出来的电阻阻值可以忽略不计，因此可以长期将其应用到新能源电力系统中。

但需要注意的是，其在具体的应用过程中，要保证超导线圈在低温潮湿液体环境中的安全性。虽然会产生较大的投入成本，且表现出一定的复杂性，但该技术的应用可以对整个新能源电力系统电压和电流频率实现全方位的控制，保证电力系统运行的安全性与稳定性。另外，电磁储能技术还可以实现对大容量电力能源的交换，体现出良好的补偿效率，有效提升电力系统运行质量，从而为整个新能源电力系统的正常运行提供重要保障。

3.4发电储能技术

发电储能又包括电源测储能和新能源测储能两种，但是这一场景对于发电储能技术的要求高，为此应当将电源测储能与新能源测储能进行合理的区分。

3.4.1 電源测储能

电测储能主要的应用场景为火电厂，主要为火力发电厂提供二次调频服务，也就是说当火电厂中的火电机组受到爬坡速率限制时，或者是不能准确发出调频指令时，电源测储能可以有效改善火电机组的AGG能力，从而帮助火电企业获得更好的经济效益，这也是目前新能源电力系统中最典型和最成熟的一个应用场景。

3.4.2 新能源测储能

新能源测储能目前主要应用于风电、光伏等的新能源厂站中，这一储能技术可以削峰填谷，减少弃光弃分，提升企业经济效益，使得新能源对新能源电力系统更加友好^[7]。

3.5用户储能技术

（1）工业用户。工业用户通过利用用户储能技术，可以节省大量不必要的电费支出，降低报装容量水平和节省容量费。

（2）重要用户。电力系统储能技术作为分布式电源可以保证局部电网的可靠性，支撑电网进行独立运行。

（3）分布式新能源配套储能。分布式新能源配套储能还可以有效满足电网功率调度要求，保证电网输出功率和电能质量的稳定。未来时期内，随着电力市场的进一步改革，该储能技术具有十分广阔的发展空间。

4新源电力系统储能技术应用问题

虽然新能源电力系统储能技术是当前能源清洁化转型和能源发展的重要组成部分，但是由于其受技术、经济以及政策等方面的限制，其在应用过程中依然面临着诸多问题。

（1）安全性方面。以锂电池储能为例，锂电池储能在保障火力发电企业高频次和高倍率充放电的情况下，对于安全方面的要求很高，在韩国已经发生了多起的安全事故，国内也有发生，为此在使用这一储能技术时应加以高度重视。

（2）经济性方面。就目前的情况来看，抽电化学储中的液流电池全生命周期成本相对较高，限制了多种储能技术的应用场景，如果全生命周期成本能像锂电池和蓄电池降低至0.5元或0.3元，在将其应用于峰谷调节和新能源电力系统中，必定会收获可观的经济效益。

以上问题的解决办法还是需要依靠电力系统储能技术的不断进步、标准制度、国家对该储能技术相关政策的调整、储能技术合法身份界定，以及生产和集成厂家、各行业领域以及地方政府共同努力才能得以实现。

5结语

综上所述，当前的新能源电力系统储能技术已经取得了较为理想的成绩，但存在着诸多方面的缺陷与不足，更是无法保证其在运行过程中的安全性与稳定性。为此，相关人员还应当不断地探索和学习新能源电力系统储能技术专业知识，并能真正做到取长补短。唯有如此，才能更好地促进新能源电力系统储能技术的进一步发展，保证电力系统的正常运行，为消费者提供充足的电量，为经济社会的发展与可持续发展理念的提出提供重要保障。

参考文献

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