储能系统在新能源项目的运用

储能系统在新能源项目的运用

李鹰

中山市综合能源服务有限公司，广东中山 528400

摘 要：近年来，国家大力推广新能源项目，其中风能、太阳能发电为典型代表。新能源发电可减少环境污染，但其存在的不稳定性及间歇性特点可在一定程度上影响电网系统的安全性与稳定性，为此需采取有效的解决方案。储能系统可动态调节电力，提升新能源发电的可控性，并可降低外界环境对新能源发电的不利影响，使新能源输出符合电网系统要求，进而带动可再生能源消费。本文总结分析新能源项目中储能系统的合理运用，希望为相关人员提供参考。

关键词：储能系统；新能源项目；储能原件

现阶段，我国新能源项目中储能系统的运用日趋成熟完善，电网侧、用户侧、发电侧储能项目容量呈现在增大趋势，截止2020年，我国电力储能项目累计装机规模达32.2吉瓦，电化学储能项目总装机容量大1784.1兆瓦^[1]。与此同时，储能系统应用于新能源项目期间仍存在诸多问题，为此需深入研究分析，以促进储能系统合理应用，进而带动新能源领域的发展进步。

1. 储能系统简介

储能系统主要指依据特定要求储存电能，并可在规定时间释放电能的系统。我国新能源项目中储能系统应用范围逐步扩大，其主要应用场景包括削峰填谷、平滑输出、降低弃光、调度优化、微电网等。

储能系统的主要组成包括蓄电池管理系统、储能蓄电池、双相DC/DC变流器或双相储能变流器、电能管理系统等，其中蓄电池管理系统由蓄电池生产厂家提供，并负责完成蓄电池管理系统与蓄电池的集成，可确保蓄电池正常稳定运行。双相DC/DC变流器、双相储能变流器可控制蓄电池储放电功率及时间，并能够将电能存储至蓄电池内，并可辅助蓄电池释放电能。电能管理系统可对微电网及储能系统进行分析、监控，并可实现能量有效管理^[2]。

释放与储存电能的电存储单元是储能系统的核心部件，其性能可影响储能系统的使用寿命、技术水平、投资收益等。现阶段，新能源项目储能系统中应用的储能原件主要包括超级电容、蓄电池，其中蓄电池属于电化学类储能设备，主要包括钠硫、铅碳、液流、锂离子、铅酸等形式，各类电化学能电池均具有较高的能量密度，输出电压水平较高，但不同蓄电池自身特点存在差异，需依据新能源项目特点合理选择。

2. 储能系统的作用分析

1. 改善火电机组调峰能力，减少电网峰谷差

我国北方电网对供电机组装机容量要求较高，冬季供暖期电网整体调峰能力严重不足，采用储能系统可显著改善电网调峰能力，也可提升可再生能源的消纳作用。部分地区于电厂侧安装电锅炉系统、热水储能系统，储热容量显著增大，供热期间机组调峰能力显著改善。同时，针对电网峰谷差偏大的地区引入储能系统，配合采取价格套利等模式，可显著降低电网峰谷差^[3]。

2. 提升电网稳定安全性，改善外送电力调节能力

伴随新能源发电的持续发展，传统机组运行期间容量降低所致系统惯性持续下降，进而导致电网的稳定性及安全性降低，通过配置响应耗时较短的储能系统可抑制频率大幅度波动，进而实现电网稳定性与安全性的全面提升。同时，部分地区光、风资源丰富，新能源发电装机容量持续增加，其消纳需依赖外部区域电网。采用压缩空气储能、化学电池储能、抽水蓄能等大规模储能系统可显著提升新能源出力可控性，进而提升新能源项目的市场竞争力。另外，电网覆盖范围较广，需远距离送电，断面受阻偏高，通过配置大规模储能系统可显著降低断面受阻，并可减少弃光弃风电量。

3. 储能系统在新能源项目中的运用分析

1. 交流侧储能系统

交流侧储能系统包括低压侧储能系统与高压侧储能系统，储能系统中变压器与并网逆变器、并网逆变充放电控制连接，并网逆变器与光伏发电连接，并网逆变充放电控制连接与蓄电池组连接。低压侧储能系统中并网逆变器与并网逆变充放电控制交叉排列，高压侧储能系统中2组并网逆变器与2组并网逆变充放电控制交叉排列。交流侧储能系统适合大部分风电及光伏电站应用，也可应用于其他类型电站，能够储存电站内部多余电力，并可满足电站外削峰填谷的基本需求，可将其作为独立储能系统或站内储能系统使用。交流侧储能系统的主要缺陷为效率偏低，输出电能整体质量不佳，需在储能系统与电站间增加控制调度系统，进而导致电站运行成本升高^[4]。

2. 直流侧储能系统

直流侧储能系统可应用于广泛发电直流系统内部，储能系统与光伏系统共用逆变器。直流储能系统中变压器与并网逆变充放电控制连接，并网逆变充放电控制分别与蓄电池组及光伏发电连接，进而实现有效储能。直流侧储能系统具有效率高、输电质量好、输出稳定等优势，但目前已经建成的光伏电站配置逆变器尚无法应用于储能系统，且储能系统特殊的逆变器设计可在一定程度上影响光伏电站改造升级。受原有电站系统的影响，直流侧储能系统无法实现大型电站的电力综合调配，且蓄电池组仅可接受单一逆变器发电单元充电，邻近光伏发电单元无法为其充电，进而影响其充电效率

^[5]。

3. 负荷侧储能系统

负荷侧储能系统在日常生活中应用广泛，技术相对成熟，适用于多种大型电动工具、电动汽车等可移动电动设备及应急电源供电。

4. 光伏储能一体化系统

设备与技术要求：①光伏组件：选用255Wp多晶组件，最大输出功率为255W，最大工作电压为30.58V，最大工作电流为8.34A，最大系统电压为1000V，组件尺寸为1640mm×992mm×35mm，重量为19kg。②光伏储能控制一体机：可同时连接储能电池、负载、市电进线、光伏组件，并可实现离网切换。③磷酸铁锂电池：12.8V/100Ah模组，尺寸为400mm×360mm×88mm，容量大于6Ah，高低温性能及安全性能良好。

系统设计应用：光伏储能一体机主要包括储能装置、光伏控制器、光伏组件、换流器、配电设备，直流母线侧安装储能装置。光伏储能一体化系统磷酸铁锂电池于光照充足状态下储存多余电能，电网断电或夜间光伏系统未发电期间为负载供电，进而实现对太阳能的充分利用，弥补光伏发电存在的缺陷，提高供电可靠性。具体系统设计方案如下图

图1 光伏储能一体化系统

4. 储能系统的落地模式与成本综合分析

1. 储能系统的落地模式分析

储能系统项目落地需充分评估示范项目补贴、峰谷价差，相关研究认为，峰谷价格差为0.7元/千瓦时，峰谷时间超8小时为储能系统投资建设的边界^[6]。针对冷链仓库、写字楼及商超，建议采用冰蓄冷补贴结合价差低下叠加的落地模式。大部分厂矿企业拥有余热发电厂或自备电站，多依据变压器实际容量收取适宜的容量费用，如建设储能电站，企业可依据常规负荷配置电站，进而节约容量费，加之填谷削峰产生的经济效益，企业可获得额外收益。

2. 储能电站成本分析

现阶段，储能电站常用电池主要包括锂电池、铅炭电池、钠流电池、全钒液流电池等，其中铅炭电池能效较高，循环次数多，度电成本较低，安全性良好，但存在环境风险。锂电池应用广泛，主要优势为能效较高，能量密度较大，资源丰富等，适用于大规模储能项目，但成本偏高，报废后极易污染环境。全钒液流电池可多次循环，但相关技术不成分，电池体积较大，尚未得到广泛应用。钠流电池制作工艺简单，无需后期维护，但成本较高。储能电站建设期间需综合分析实际情况，结合不同电池特点合理选择，以提高发电稳定性，降低成本。

结语

储能系统对新能源领域的发展具有重要促进作用，为此相关机构需加强研究，着力提高储能系统的安全性及可靠性，降低其应用成本，使其合理应用于风电、光伏发电等领域，进而促进新能源项目的持续稳定发展。

参考文献：

[1] 邱伟强,王茂春,林振智,等. "双碳"目标下面向新能源消纳场景的共享储能综合评价[J]. 电力自动化设备,2021,41(10):244-255.

[2] 李翠萍,东哲民,李军徽,等. 提升配电网新能源消纳能力的分布式储能集群优化控制策略[J]. 电力系统自动化,2021,45(23):76-83.

[3] 张聂鹏,张楠,邓媛. 考虑新能源不确定性的储电站储能容量配置优化技术[J]. 自动化技术与应用,2021,40(9):90-93.

[4] 白桦,王正用,李晨,等. 面向电网侧、新能源侧及用户侧的储能容量配置方法研究[J]. 电气技术,2021,22(1):8-13.

[5] 袁伟,王彩霞,李琼慧,等. 面向新能源大规模消纳的大容量储能多分区两阶段优化配置方法研究[J]. 全球能源互联网,2021,4(4):393-400.

[6] 程鑫,许亮,周姝灿,等. 基于新能源出力保证率轨迹灵敏度分析的储能配置方法[J]. 电力系统自动化,2020,44(13):25-31.