新能源发电侧储能技术应用分析

新能源发电侧储能技术应用分析

俞福友,康渭滨,王有龙

摘要：电网结构大致可分为电源侧、电网侧、用户侧三类，电网侧、用户侧储能示弱格局下，新能源发电侧储能在政策支持下，逐渐进入新能源企业投资决策视野。电力企业将储能技术视为缓解调峰压力、降低输变电损耗、保证电网安全的重要工具，资源省份也将储能作为撬动投资的重要载体。

关键词：新能源发电；侧储能；技术应用

1新能源发电系统

目前，主流新能源生产系统是光伏发电和风力发电。光伏发电是利用半导体的光生伏特效应将光能转换为电能，并通过逆变器将直流电转化为与电网同步交流电的发电系统。风力发电原理是由风推动风机叶片转动，带动发电机将机械能转换为电能，通过控制系统并入电网。然而，由于新能源的生产效率较低，建设风电、光伏电站需要的地面区域较大，如应用多晶硅光伏电站，在平地建设条件下，100MW光伏电站占地约2000～2500亩。另外，以光伏、风电为主的新能源发电系统具有非常显著的发电不稳定性，受天气（光照、风速等）影响大，日发电时间有限。因此，提高发电效率和发电利用率成为行业技术主要的发展方向。

2储能系统的应用

电网结构大致可以分为电源侧、电网侧、户用侧。在电源侧，对于传统发电机组而言，通过并入储能系统可辅助改善发电机组AGC性能，提高机组频率调节能力，目前已得到大量应用和推广。在电网侧，储能系统通过直接并入电网侧对频率异常状态的主网进行干预控制，可以成为电网频率稳定控制的有效手段。在用户侧，储能技术最容易实现的应用场景是基于峰谷电价差，利用储能产品“低充、高放”实现盈利。

随着具有波动性和间歇性的新能源电力并入电网，新能源发电系统发电侧储能系统的应用可显著提高电网的接纳能力，有效提升线路输送容量。

3我国新能源发电侧储能发展现状

根据我国新能源发电侧储能发展情况来看，其并非是新鲜事物，青海省发改委《2017年度风电开发建设方案》中提出，2017年43个风电开发建设方案需按建设规模10%配套建设储电装置，储电设施总规模0.33GW;2019年新疆、山东、西藏、江苏等省（区）陆续出台政策，鼓励建设相关储能设施，2020年各省政策将储能作为新能源项目的标配，具体如下：(1)2020年上半年，全国共计12个省（区）（新疆、内蒙古、江西、安徽、湖南、湖北、河南、吉林、辽宁、山西、山东、青海）发布了相关政策，鼓励新能源发电侧储能建设与发展；(2)部分省（区）针对储能装机规模、储能时长等提出明确要求，如：内蒙古要求光伏电站储能容量不低于5%、储能时长超过1h，湖北要求风储项目配备的储能容量不得低于风电项目配置容量的10%，山东明确储能配置规模按项目装机规模20%考虑，储能时间2h;(3)部分省（区）明确优先支持的新能源储能项目类型，内蒙古提出优先支持光伏+储能项目建设，湖北优先支持风储一体化、风光互补项目，优先配置风储项目，辽宁优先考虑附带储能设施、有利于调峰的风电项目。

4储能系统的作用

（1）提升火电机组的调峰能力。北方电网需要很大装机容量供热机组。在供暖期，电网调峰能力不够，而储能系统对电网调峰能力和可再生能源发电消纳作用显著。在电厂侧安装热水储热系统或电锅炉系统，可实现大容量储热，从而提升了机组在供热期间的调峰能力。（2）降低电网的峰谷差。在峰谷差相对较大的地区，对实施峰谷电价且电力用户负荷峰谷差显著的电力用户，鼓励由用户或第三方投资储能系统，进行价格套利或参与市场竞争，从而降低电网的峰谷差。（3）降低断面受阻。对于电网覆盖的地理范围广、送电距离远、在可再生能源集中接入的区域，建议配置大规模储能系统（主要包括储热发电、化学电池和压缩空气储能），从而减小由于断面受阻而引起的弃风弃光电量。

5储能电站成本构成

储能系统由储能变流器（PCS）、蓄电池储能单元、蓄电池管理系统（BMS）和预装式集装箱组成。铅碳电池的循环次数、度电成本、能量效率、安全性等指标较为优秀，但是存在一定的环境风险；锂电池的能量密度大、能效高、资源丰富，一般用于规模大的储能项目，缺点是度电成本高、存在报废污染问题。全钒液流电池的循环次数最高，可以达到风电的全寿命周期不更换电池，但是其受技术发展限制，目前成本较高、占地面积大，仅限于科研示范项目；钠硫电池系统虽然成本高，但电站制备工艺简单，基本能实现免维护。

7国内典型电源侧储能技术

7.1电化学储能技术

电化学储能是电源侧储能领域最常见的一种储能形式，目前可投入商业化应用的主要是锂电池储能和铅酸电池储能技术。随着近年来国内可再生能源大规模并网和火电机组调频辅助服务的需要，电化学储能迎来高速发展。风电资源的不稳定性导致风机出力具有随机性、波动性、间歇性等特点，有时甚至存在“反调峰特性”。而光伏发电尽管与负荷需求呈现一定的相关性，但无法有效满足夜间增大的负荷需求。配备储能设备后，在白天上网电价较低时段，可有效降低项目输出功率；而在夜间上网电价较高时段，可有效提高项目输出功率。配备储能系统后，不仅可平缓项目输出功率，也可根据不同时段上网电价有效调节系统输出功率。若配备合适的储能系统容量，则可获得较为可观的投资收益。

7.2蓄热储能技术

中高温蓄热储能技术目前多应用在电源侧，其应用场景主要是太阳能热发电技术中的熔融盐或者导热油储能。我国的太阳能热发电项目均配备了2~16h不等的储能系统，可实现24h不间断发电。预计到2030年，太阳能热发电成本可与燃煤发电相当，熔融盐蓄热量可达到150GW·h。此外，近年来火电机组深度调峰已成为常态，其中往往存在负荷调节能力不佳或供热品质不能满足热用户要求等问题，而中高温储能技术可以显著改善机组的负荷调节或者供热能力。不同于现阶段东北地区已投运的电储能技术，该系统在需要快速降低机组负荷时将主蒸汽通过降温降压后存储入蓄热罐，可有效减少高、中、低压缸蒸汽流量；当需要快速提高机组负荷时，则将蓄热罐中存储的蒸汽通过减温减压后进入再热蒸汽管道，可有效增加中、低压缸蒸汽流量，进而提高机组负荷调节能力。此外，蓄热罐中存储的蒸汽可在机组超低负荷运行时提供供热蒸汽，亦可提高机组供热能力。

8储能规模化推广亟需解决的关键技术

储能是智能电网的最重要使能技术之一，要解决的关键问题在于增强和提高储能器件的能量密度、功率密度、响应时间、储能效率、循环性能、经济性和可靠性等。电化学储能因其适用范围广、储能密度高及容量大，是储能领域的主要研究方向，(1)储能系统PCS技术：储能功率变换器（PCS）连接电池组与电网，其关键技术如下：最优电路拓扑结构；控制策略和参数设置；多种运行模式及相互之间无缝切换；多个PCS模块并联运行；多储能系统的SOC控制。（2）广域储能调度技术：储能配合新能源运行时，通常以日调节为主，跟随新能源出力。根据新能源波动情况，运行方式与新能源出力特性相关，在新能源大发时充电，在新能源出力下降时放电。

9新能源发电侧储能发展需求及关键技术

（1）平滑输出曲线：新能源发电时，容易因环境资源状况变化，或是设备性能不稳导致功率波动，通过储能技术运用可快速充放，有效调整功率、平滑输出曲线。（2）调峰：新能源发电侧储能系统的运用，可在低谷期储存多余电能，并在高峰期释放，合理控制峰谷差，保证新能源发电在负荷高峰期出力稳定。（3）调频：储能系统可增强发电侧频率调节能力，改善并网电能质量。（4）有功支撑：通过储能装置提供快速的有功支撑，可增强电网调频、调峰能力，提高电网接纳新能源的能力。（5）无功补偿：通过储能系统可协助无功补偿装置，抑制电压波动、闪变。（6）黑启动：新能源电站较之其他常规电站，往往地处偏远，实施“自救”能力有限，一旦外部电网发生故障，将对电站正常安全生产造成极大影响，储能可作为电压源向其他发电单元送电，实现新能源电站自启动。

结论

通过对几种储能技术的研究和分析，论述了新型储能技术在新能源发电系统中的应用和发展现状，展望了新型储能技术以其高转换效率、输出电能质量好、供电安全可靠等特点，在未来新能源发电系统中具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]李兴,李鑫,李洛.储能在新能源发电系统发电侧的应用[J].农村电气化，2019,No.391(12):57-58.