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

李 通

中广核新能源控股有限公司山东分公司 山东省济南市 250000

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能源发电侧储能发展需求及关键技术

4.1储能技术在不同发电系统中的应用

(1）光伏电站的储能应用。(1)光伏离网系统。早期光伏离网系统应用较多，系统主要配置光伏组件、控制器、蓄电池。充电时，光伏组件将所发直流电通过控制器储存在蓄电池中，放电时，蓄电池通过逆变器和放电控制器，将直流电转换成交流电接入负载。早期离网系统的蓄电池大都采用铅酸胶体蓄电池，家庭离网系统、光伏路灯是最常见的工程案例。(2)光伏微网系统。以户用光伏和小型工商业分布式应用较多，光伏微网系统是在离网系统的基础上兼具了并网功能，在大电网停电后，可以实现光伏发电系统由并网状态转为孤岛运行平滑切换。(3)大型光伏电站配置储能系统。在大型光伏电站中，通过在电站交流侧配置储能系统，实现电网调峰的作用，目前多个省市明确了大型地面光伏电站配置储能系统比例，光伏电站与储能系统功率按照10:1进行配置，同时要求储能系统充电时间不低于2小时。

(2）“风储”发电应用。储能系统应用在风力发电站的主要作用同样是为了提高风电场的稳定性。通过将每台风电机组配置双向变流器和储能系统，可以有效地提高机组输出性能的稳定性。即使在极端条件下，储能系统也能满足吸收和储存多余功率的所有要求，不损害风力涡轮机，并通过性能改善电压管理。这种储能技术能够实时进行动态调整和反应，保证能源系统的安全稳定运行。

(3）风光储一体化发电。2020年，电力源网荷储指导意见发布，对风光储一体化等多能互补的发展模式提出了明确方向。通过在风电、光伏发电系统中配置储能系统，建设“风光储”一体化发电项目，用储能发电来优化风光互补电站发电性能实现“风”“光”“储”相辅相成，共同完成发电任务。储能装置在谷时段进行充电，在峰时段放电，保证发电系统平稳运行。当前，新能源发电的不稳定性与电网负载间的矛盾越来越突出，在我国2030年和2060年分别实现“碳达峰”和“碳中和”能源目标下，“十四五”期间，将会有更大规模的装机容量。

4.2改善电能质量

新能源发电系统将电能输入电网时需要进过整流、逆变等过程,系统含有大量电力电子元件,也就不可避免的产生大量谐波,并且系统发出功率具有波动性,致使输出电压存在偏差,严重影响了电网电能质量。而储能装置能够改善电能质量,利用储能装置进行无功功率和有功功率补偿,有效改善电压偏移,通过储能装置进行谐波补偿实现有源滤波,消除谐波。一种基于超级电容器储能的电能质量调节装置,利用光伏系统所产生剩余电能和超级电容器快速响应的特点,能够对电网中多种电能质量问题进行有效治理。由此验证了储能技术在有效改善电网电能质量方面上的可行性。

4.3平滑新能源发电出力应用

光伏、风电等新能源发电出力具有较强的波动性，大规模并网将给电网的经济安全运行造成诸多不利影响，这又限制了新能源发电并网规模，制约着对新能源发电的大规模开发利用，而储能则可以有效平抑新能源发电出力曲线，对提高大规模新能源发电联网运行性能有重要意义。

4.4提高新能源发电消纳

电力系统具有同时性,即发电量与负荷量时刻保持相同。而新能源发电本身所具有的随机性与不可控性导致了系统出力不均衡,影响电力系统的运行,造成弃风、弃光、弃水现象,降低新能源的利用率。储能技术对于提高新能源发电消纳能力具有重要的作用,为实现最大化能源利用,通过储能装置存储新能源输出电能,起到缓冲作用,使储能技术改变新能源发电出力在时间尺度上的不均衡,优化电网调度,提升系统出力的可控性。随着新能源并网数量的不断增多,结合能源分布和多元化的特点、电网侧的响应调节以及储能装置的容量,使新能源发电,电网和储能装置相互补充,能够更好地促进新能源的开发和利用。

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：

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