新型电力系统下的储能解决方案探讨

新型电力系统下的储能解决方案探讨

郭晋伟

山东电力工程咨询院有限公司  山东济南  250100

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，本文针对储能技术进行分析，阐述了储能技术在新能源电力系统中的具体应用，并提出了合理的运用措施，旨在为相关人员提供理论参考，不断优化储能技术，提高能源转化率，促使储能技术在新能源电力系统中广泛应用。随着社会经济不断发展，市场上对电力能源的消耗量也逐渐增加，我国电力能源供应不足问题日益显著。为了缓解电力能源压力，将储存技术合理应用于新能源电力系统中，以能源储存转化的方式，控制电力系统的能源消耗量，实现对可再生能源的有效转化，满足电力系统的用电需求，保障电力系统运行的稳定性和安全性，促进新能源电力系统可持续发展。

关键词：新型电力系统；储能；应用场景

引言

我国碳达峰、碳中和工作稳步有序推进,构建以新能源为主体的新型电力系统是必然趋势。新型电力系统之“新”,不仅仅是指在发电侧,大力提高新能源发电规模化开发利用水平;在供给侧,新型电力系统更加强调源网荷储不同环节的协调性,同时,大力提高电能输配的灵活性水平,以及电力系统与天气等外部条件的一体化运行能力也同样重要。储能具有调峰的天然优势,在未来以新能源为主体的新型电力体系中,储能将找到适合的角色,并贡献价值。

1新型电力系统概念

新型电力系统的概念是在“双碳”目标下，为了适应当前新能源的快速发展而提出的。较早提出“新型电力系统”概念的是《电网与清洁能源》学术期刊2009年第4期上发表的一篇题为《构建适应可再生能源资源特点的新型电力体系》的论文，文章认为，构建适应可再生能源发展的新型电力系统，就是要保障电力系统的安全运行以及发挥可再生能源清洁环保作用，用以推动能源体系由化石能源为主向可再生能源为主转变。构建以新能源为主体的新型电力系统面临诸多挑战：电力系统中生产、传输、消费方式面临根本性变革；能源电力需求仍将快速增长；我国能源资源与负荷中心逆向分布；灵活电源的最大调节能力与新能源波动不匹配；电压、频率稳定性问题凸显，从技术层面上讲，就是要把新能源接入进来，同时实现电力系统平衡、稳定、高质量运行。

2新型电力系统下的储能解决方案探讨 

2.1电化学储能的应用场景

电化学储能技术主要包括锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池、液流电池等，电化学储能及其他储能技术的技术特征和应用场景。电化学储能因响应速度快、可调节性强、体积小、灵活性高等优点，被广泛应用于电力系统各个环节，打破了原有电力系统发、输、配、用的同步性。在发电侧，电化学储能技术能够辅助传统机组动态运行，平滑新能源输出；在输配电侧，可提供调峰调频服务，作为备用能源，缓解电力阻塞，延缓输配设备扩容升级；在用户侧，新能源电动汽车集中并网，配套分布式能源。

2.2氢储能在电力系统中利用的作用定位

首先，我们必须清楚氢能不是能源，只能是储能方式之一。氢在天然情况下不能独立存在，无论制氢采用的是什么技术路线，都是用能量打开氢化物的水分子中的化学键才能产生氢，所以生产过程必然耗能。制氢技术路线的比较，只是耗能多少的比较、是否排碳的比较、直接排碳（灰氢、蓝氢）和间接排碳（排碳电能电解水制氢）的比较、零碳电能制氢的比较。所以，氢能，不是“能源”，更不是“终极能源”。灰氢，由于碳排放属于逐步归零的技术路线前景黯淡。蓝氢，由于看不到可以市场化经济性前景应予排除。绿氢，“绿色电能、电解水”两头绿，由于其技术路径为“绿色能源——电——绿氢——电”，氢电属于四次能源，需经三次转换，每一次转换都要付出“损耗+经济代价”，故有耗能特性和经济性差两大特点，所以氢能不是“能源”，应划入负荷侧，即需求侧，其经济性差，不得已才使用。氢能在电力系统中的作用是“储存、调节”，本文关于“氢能”讨论的重点是氢能的储能特性、应用场景、在新型电力系统储能调节需求中的“结构、定位与地位”，其中，从原理逻辑链上分析其经济指标，看氢储是否可能会有市场化经济比较优势，从而能否作为新型电力系统的主要储能形式之一。

2.3相变储能

新能源电力系统中的储能技术包括化学储能、物理储能、机械储能以及相变储能，其中相变储能技术以吸收材料和释放热能为能源转化方式，实现电力系统内能源的有效转换，满足系统运行的电力需要。在实际应用中，相变储能技术分为电储热、熔融盐储热以及冰蓄冷三种形式，其中电储热主要利用水和金属的作用进行能源储存转化，由于水储能的成本较低，常被应用于新能源电力系统能源转换中。而金属储能根据物体的形态变化，实现热能的储存和转化工作，能够将热能有效转化成电力系统所需要的能源，提高能源的转化率。熔融盐储能方式主要对盐进行处理，结合自身热导性能，完成电力系统内部的能源转化。冰蓄冷储能方式以特殊的储能形式，对冷能进行储存，通过冰蓄冷的方法，实现冷能的有效转化，提高电力系统内部的制冷效果，从而降低电力系统的电力能源耗损量。

2.4“源网荷储”一体化协调发展

在传统的电力系统中，电源侧的发电量是随着用电负荷侧的变化而变化，这些变化是通过电网调度进行调控的，即“源随荷动”的电力系统运行逻辑。这一特性决定了电源侧必须要有充足的、符合电网运行条件的各类不同电源，尤其是要有稳定可靠同时具有一定灵活性的电源，并配有少量储能设施，以备电源不足或者电源达不到电网稳定运行要求时进行补充。与传统的电力系统运行逻辑相比，新型电力系统“源”与“荷”都出现了较大不同，储能成为新型电力系统的重要组成部分。为了适应不同地区、不同“源”与“荷”的特点以及电网的特点，储能将会以多种方式(化学、物理等方式)在“源”“网”“荷”进行配置，原有的“源网荷”系统转变为“源网荷储”系统。由于储能的大量使用以及分布式电源的增多，传统电力系统单向电能配置模式将变成双向、多向的电能配置模式。传统电力系统原有的各个环节区分明显，新型电力系统相互融合的部分将不断扩大，各个环节区分的界限相对模糊。

2.5电磁储能

新能源电力系统中应用储能技术能够实现能源的有效储存，针对不同的能源，采用合理可行的储能转化技术，将水能、热能、冷能以及风能等能源转化为电力系统所需要的电力能源，满足系统运行的供电需要，达到电力能源转化储存的目的。而应用电磁储能技术，借助变流器及超导材料将电磁能转换为可适用的电能，依靠电磁储能技术，实现电能的高效转化，为电力系统运行提供充足的电力能源。同时，使用电磁储能技术进行电力系统能源储存转化工作时，要结合电力系统运行的实际情况，实时掌握电力系统内部电阻及电流大小，对电磁能进行科学转化，避免出现能源浪费问题。运用电磁储能技术能够在电力系统电能不足的情况下，将电磁能转化为可用的电力能源，保证电力系统正常运行，提高电力系统运行的稳定性。

结语

新型电力系统是以风电、光伏发电为主要构成的电力系统，由于新的主力电源具有波动性、随机性、间歇性等特点，必然给电力系统所必需的“实时平衡、稳定运行”要求带来前所未有的严峻挑战。2）解决新型电力系统“实时平衡、稳定运行”需要大数据、云平台、5G以上通讯网络、超级计算、智能电力系统、超大规模储能系统等技术的支撑，其中储能是最具基础性的。3）从当前技术水平来看，有研究价值的储能技术只有具备“技术具可行性、经济可市场化、前景可规模化”三者兼具的抽水蓄能、化学储能、氢储能共三种储能形式。

参考文献

[1]蔡绍宽.双碳目标的挑战与电力结构调整趋势展望[J].南方能源建设,2021,8(3):8-17.

[2]赵海波,宋蔷.碳达峰、碳中和背景下我国垃圾焚烧发电行业发展展望[J].开发性金融研究,2021(4):11-20.