移动式储能电站发展现状及市场前景探析

江卓， 夏向阳

（长沙理工大学，湖南长沙 410114）

0 引言

当前新能源发电、微电网和智能电网等应用范围逐步扩大，而传统电力系统中也出现了很多新问题，要重点解决电力系统振荡后稳定性问题，提高电能质量与供电可靠性，确保工业用户用电成本有效降低。移动式储能电站虽然容量不大，但却拥有位置灵活、反应时间短等特点，可以用于应急电源，在稳定电网等方面应用潜力巨大。

1 移动式储能电站特点分析

电池储能系统在输变电、电网发电上应用价值很大，其中固定式储备电站容量通常很大，典型功率基本上超过了1 MW，可运行数小时，在发电、输电和变电等环节应用[1]。在接入发电时能够显著提升大规模风、光发电安全并网运行能力；在接入输电侧，可以让电能得到高效利用，为输电过程稳定奠定基础，减少资金上的投入。变电侧主要具备削峰填谷的作用，避免负荷失衡，让供电环节不会发生峰谷差现象。由于系统涉及储能电池、电能管理和功率转换等部分，并在能量管理系统中有效调度控制储能系统，容量通常很小，具有位置灵活、移动方便和长途运输等优势，现场安装操作也很简单，能够快速响应，在可靠性与安全性上有保障。图1所示为移动式储能电站接入配电网和微电网示意图。配电网末端能够保证供电稳定性与可靠性，在微电网中移动式储能电站可以与电网进行能量交换，保证电网运行更加稳定[2]。移动式储能电站还具备应急电源功能，为重要负荷备用电源。

图1 移动式储能电站接入配电网和微电网示意图

2 移动式储能电站发展现状

2.1 储能技术分类

移动式电池储能系统详见图2，该系统利用特定装置或物理介质以多种方式储存各种形式能量。现阶段大规模储能技术应用水平还不能达到电力系统需求，而适合新能源接入应用储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能以及电化学储能等。其中抽水蓄能技术较为成熟，其他储能技术应用不够成熟，而钠硫电池、液流电池、锂离子电池等新型电化学储能技术发展速度很快，发展潜力较大，应用前景也很广阔[3]。对移动式储能电站来说，常用储能方法包括铅酸电池、铅碳电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池和飞轮储能等。移动式锂电池技术的发展能有效带动其他领域技术更新与升级。

图2 移动式电池储能系统

2.2 电池管理系统

当前在大容量储能系统中采用锂离子电池为储能载体，突出问题是电池成组设计后，相比于电池单体在安全性能、使用寿命上有所降低，严重时可能出现电池燃烧或爆炸等情况，其原因是电池性能方面差异非常显著[4]。特别是单个电池在性能上不同，容量小的电池充电时极易发生过充的现象，放电中也产生过放问题，对电池造成严重破坏。单体锂电池过充/放电，将大幅提高内阻，系统安全与寿命都会受到影响。小容量电池最先出现损坏，会降低容量并增大内阻，长期使用中会造成全部电池在性能上越来越差。一般来说电池通过上万个单体电池串并形成，能满足系统容量方面的要求，通常情况下要达到100 kW/15 min。系统中串联了64个电池模块，各电池模块有8个电池单体，电压最高为900 V。为提高整组电池效果，既要维持单体电池电性能不变，同时必须注意加大电池管控力度，确保大容量电池组始终处于稳定状态，需要设置电池管理系统。该系统可以监测电池的电压、电流、温度、电池荷电、电池健康等，以提高蓄电池充放电过程中的安全性。发生问题时能报警，便于及时采取处理措施，优化控制蓄电池运行，提高其安全性、可靠性和稳定性。电池管理系统直接影响着储能效果，关系着整个储能系统运行的有效性。

2.3 功率转换系统

在电池储能载体与电网交互过程中，离不开储能功率转换系统，对该系统工作状态进行控制，让能量在储能电池与交流电网中实现双向互动。图3为移动式储能电站电源系统构成，在能量流动过程中，系统可以对其控制，同时网侧功率因数、有/无功功率之间的交换也处于控制之中，可以进行整流或逆变等方式运行。在整流运行过程中，系统在电网中完成电能交换后，可以满足储能电池充电要求，逆变条件时电网可以接收系统的电能，满足电网供电需求[5]。系统结合电网反馈状态要求，有针对性地改变有功或无功功率的传输。在系统通过对直流母线端与电池组的连接，调节VSC调制比m与功角差δ，让VSC四象限运行不受影响，实现有功与无功之间的正常交互，这样PCC点电压和频率也始终处于稳定状态。

图3 移动式储能电站电源系统

2.4 能量管理系统

在移动式储能电站设计能量管理系统，能够提高监测与控制的效果，实现保护目标，特别是能够让储能电池、电池管理与功率转换系统得到控制，确保相关参数可以及时优化与调节。现场设备向系统上传数据，在对各项数据处理过程中，可以发挥控制与报警等功能，并对未来发展趋势进行准确研判，提高对储能系统各方面情况的监控效果，同时根据电池系统、功率转换系统运行状态，对电池系统、功率转换系统等采用最优运行算法[6]。对电池系统、功率转换系统等参数实现改进与优化，让移动式储能电站始终保持良好运行状态。若现场设备发生故障，能量管理系统能够对其实现故障诊断。系统为分层分布式，主要包括间隔层和站控层，前者包括保护、测控、规约转换器等部分，后者主要包括监控主机、工程师站、远动、高级策略控制器等部分，两者通过千兆以太网进行连接。

3 移动式储能电站市场前景分析

随着储能技术与应用策略越来越成熟，并在各项标准规范上进行统一，同时大幅度降低成本，实现规模化生产目标，有利于实现我国能源结构向低碳化转型的目标[7]。未来储能电站市场规模增长速度将在10%以上，预计到2026年市场规模能够达到2800亿元。在社会经济快速发展过程中，公共活动也日益多样化，电力部门要重视做到“现场保电”工作，需求方面也更多。政府、银行和电力等部门均配置固定式UPS供电保障机房，而临时会议场所、抢险、救灾、赛事等，为了满足其不间断供电保障需求，若是采取固定式UPS，不仅成本较高，也很难真正满足移动保电要求，这让移动式储能电站有了广阔应用前景。

移动式储能电站是一种新型储能车载化应用，现阶段还缺少具体标准，且工信部尚无申报车辆公告目录，这对移动式储能电站发展造成了一定限制。而作为储能的飞轮储能系统，不包含铅酸蓄电池、铅碳电池、锂离子电池、超级电容等储能组，能够用于移动式储能电站的储能，市场前景也很好。飞轮储能最初被应用于航天中，通过电能驱动飞轮高速旋转，电能可转换成机械能；在飞轮惯性下可带动电机发电，储存的机械能转变为电能。与传统电池技术不一样，飞轮储能具有短时、高频次以及大功率放电等优势，不仅能够快速响应，可靠性与安全性较强，也延长了使用寿命，能够满足低碳、节能和环保等要求。

近几年发展起来的锂离子电池储能不仅能量密度较高，生产成本也很低，使用寿命较长，已经在大数据中心、医院、机场以及通信等应急备用电源中应用非常广泛。在线路检修过程中，可以发挥临时供电保障作用，也适用于山区、城市商业区等调整用电负荷峰谷。当前电动汽车非常流行，移动式储能电站也能满足其充电要求[8]。随着其标准的逐步制定，各项要求与规范也日益明确，在工信部公告目录开放后，将进一步丰富移动式储能电站的储能分类，大幅度提高其容量，满足各种社会活动需求。

4 结束语

当前我国对可再生能源越来越重视，其是推动绿色低碳发展、提高生态文明建设效果的有效途径。面对严峻的“双碳”形势，风力发电、光伏发电、生物质能发电等新能源发展越来越快，而移动式储能车站不仅机动灵活、响应迅速，也能够方便操作与维护，将在更多领域发挥作用。因此，要结合移动式储能电站发展现状，深入分析其未来应用前景，调整其开发方向，确保在电力保障、应急通讯、抢险救灾、军事指挥、野外勘探等方面发挥更大作用。