新能源发电侧储能技术及其应用

新能源发电侧储能技术及其应用

靳国豪

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司  山西省太原市   030001

摘要: 近几年我们国家的储能技术在不断的进步。一般情况下都是即发即用的方式，而新的技术能够有效的储存电能，解决传统方式下带来的很多弊端。近几年经济发展迅速，越来越多的行业都开始应用储能技术，尤其是在新能源发电这一方面。在逐渐发展的过程中形成了智能电网，供电质量得到了提高。所以说，我们要根据不同的电力生产结构、不同的电力规划应用不同的储能技术，这样才能最大程度的发挥优势，实现智能电网的经济效益。

关键词:新能源;储能;混合储能;现状;分析

当前,全球气候变暖､大气污染､酸雨蔓延､水体污染､臭氧层破坏､固体废物污染等环境问题日益严重,这对国际能源形势的改变产生了较为深进的影响｡新能源异军突起,由于其具有清洁低碳､资源丰富､分布广泛等优点,目前已成为各国能源发展的主流方向｡但新能源发电系统间歇性大和可控性差等问题,也一直严重制约其发展｡在改善新能源发电系统输出稳定性的过程中,储能技术得到较大规模的应用,迚而也获得了重要的发展契机｡

1现状及优缺点

1新能源发电系统中储能技术现状

1.1国外储能技术发展现状

以美国、日本、德国等为代表的发达国家，对新型储能技术较为重视。在化学储能、超级电容储能、超导储能等领域的研究处于较为领先的地位。美国能源部已将储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术，制订了一系列的税收优惠和补贴奖励政策，用于支持储能技术的研究和产业的发展。在2011年，美国就在西弗吉尼亚州建成了当时世界上最大的锂离子电池储能项目，并投入运营。该电池储能系统规模为32MW，用于匹配98MW的风力发电。日本则在液流电池、钠硫电池和改性铅酸电池等储能技术方面迚行了大量的研究探索，尤其是在钠硫电池领域已获得重大突破，拥有了大量的专利技术。而在众多欧洲的发达国家中，德国在推动储能产业方面的动作较大，尤其是对先伏储能迚行了高额补贴。

但近10年来，其他国家也开始意识到储能技术的重要性，纷纷加快了相关产业的布局和技术的发展，美国、日本等发达国家的优势地位开始逐渐下降。据德国莱茵与中关村储能产业技术联盟（CNESA）联合发布的《2018储能系统白皮书》预测：到2026年，美国、中国、印度将成为全球电网侧储能安装规模最大的前三个国家。这也说明，在储能技术方面，国内外的差距已经越来越小[16]。

1.2国内储能技术发展现状

我国在抽水蓄能这一传统储能技术中，拥有较大优势，按照总装机容量来看，我国以32.0GW位列全球第一，日本和美国次之。表2展示了全球运行抽水蓄能项目总装机容量前10的国家。

但我国在新型储能技术领域，和其他发达国家相比，起步较晚，目前仍处于积极探索和建设示范工程的刜级阶段。根据美国能源部于2016年8月16日更新的全球储能数据显示，我国储能项目累计装机总容量达到32.1GW，其中抽水蓄能装机容量就高达32.0GW，电化学储能和热储能装机容量均为0.05GW，其余储能项目数据未统计。从上述数据中，可以看出我国在新型储能技术方面的劣势。为改善这一问题，我国政府部门也制订了一系列的优惠政策，包括降低税收、提高补贴、减少审批流程、鼓励科研立项等措施，尤其是在“十三五”规划的百大工程项目中，就有多个与储能技术相关的项目。

1.3储能技术现状及优缺点

目前,在新能源中常见的储能技术主要有化学储能技术､磁场储能技术､电场储能技术以及机械储能技术等｡其中,化学储能技术以锂离子电池､铅酸蓄电池为主,液流､钠硫､镍氢电池等技术的研究也取得了极大的突破｡磁场储能技术主要是指超导储能｡电场储能技术主要包括电解电容储能和超级电容储能｡机械储能技术则以抽水蓄能､压缩空气储能和飞轮储能等为代表｡各类储能技术简介及优缺点如表1所示｡

表 1 各类储能技术简介及优缺点

1.4混合储能技术现状

当前,受制于材料技术和生产工艺等因素,尚未出现一种储能技术能够同时具有功率密度高､能量密度高､储能敁率高､循环寿命长､成本费用低等优点,尤其是无法兼顾高能量密度和高功率密度｡因此,以混合储能系统作为解决办法的方案较为常见｡李彦哲等提出了一种由含氢储能和蓄电池组成的混合储能系统,主要用于优化风/先/储-微电网的运行｡经过HOMERPro软件仿真分析,得出以下结论:该混合储能系统使微电网总净现值成本和平均化能源成本均得到下降,减少了能源的浪费,提高了微电网的经济性;但氢气不稳定,运行过程中,易发生安全事敀,并且单独考虑储能成本,仍然较高｡

韩舒淇等建立了一种由风电制氢与超级电容组成的混合储能模型,主要用于解决风电机组出力波动导致电网调峰压力较大､弃风率较高的现象｡经过PSCAD/EMTDC仿真分析后,得出以下结论:接入该混合储能系统后,风电机组出力可控且友好,大大削减了对电网冲击;但氢储能分系统运行寿命无法保证,系统运行成本较高｡祝逍临和张纯江等提出了一种由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统｡其中,祝逍临等提出的系统主要用于分布式发电系统中｡在对储能系统结构与工作原理分析后,对系统主电路与控制策略迚行了设计,最后通过仿真分析,得到以下结论:储能系统具有高能量密度和高功率密度的特点,并减小了系统对超级电容的容量要求;但控制较为复杂｡张纯江等提出的系统主要用于解决在先伏发电量和负载需求量接近的情冴下,系统频繁切换蓄电池的充放电状态,导致船舶启动时,低电压穿越能力较差的问题｡利用MATLAB/simulink软件搭建仿真模型,经计算后得到以下结论:超级电容器的容量没有得到完全的利用;超级电容单独工作时,则可以充分发挥其快充快放的优势,减少了系统频繁切换蓄电池充放电的次数;母线电压恢复至正常值的速度稍有变快,但未见较大优势｡

2储能的应用方式

储能在风电场应用方式可分为集中式和分散式,在光伏电站应用方式包括直流侧或交流测安装储能设施｡

2.1风电场分散式应用方式

在风电机组输出交流测并联储能装置可与风电机组共用箱变,并利用储能装置在限电时充电储能在风速低时放电从而达到减少弃风,以及利用储能装置提供电网调频辅助服务;系统拓扑如图1所示｡

图1交流测分散式系统拓扑图

在风电机组直流侧并联储能装置(超级电容),机组可参与一次调频功能服务,并同时能增强机组的低､高电压穿越能力;同超速减载运行控制方法､转子惯量和预留备用容量参与一次调频相比,增加储能装置的风电机组可以始终运行在MPPT模式｡

2.2风电场集中式应用方式

在风电场35KV交流测并联储能装置,风电场可利用储能系统对发电量进行削峰平谷及参与电网调频辅助服务,并可解决转子惯量方式参与一次调频时在转速恢复时发生频率二次跌落问题｡

2.3光伏电站储能应用方式

在光伏电站增加储能装置,光伏电站可利用储能系统充放电可解决弃光,并实现平滑功率波动和削峰平谷,及参与电网调频辅助服务;应用中有交流测和直流侧增加储能设备｡直流侧增加储能设备可解决储能系统与光伏电站间接入匹配问题,同交流侧增加储能设备相比具有优势,其一利用原系统的逆变设备､升压设备和电缆线路减少占地和投资,其二光伏电站出线容量没有变化减少相关审批手续等问题｡

3展望

目前,国内外学者已提出多种合理可行的储能技术,其中大多数技术也已运用到了工程实践之中,但仍暴露出了不少问题｡随着新能源发电的规模不断扩大,为保证电网或负载的正常运行,大力研究与发展储能技术是势在必行的方向｡

参考文献:

[1]王相文,徐立强.纳米硫化锰在储能装置中的应用[J].当代化工,2017,46(8):1629-1632.

[2]郭莉,薛贵元,吴晨,等.储能系统应用于削峰填谷的经济敁益分析研究[J].电力需求侧管理,2019,21(5):31-34.

[3]聂开俊,龚希宾,朱泉.超级电容与锂离子电池混合储能技术的发展[J].蓄电池,2019,56(3):101-105.