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

刘阳

黑龙江省林业设计研究院 黑龙江 150080

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。本文主要围绕新能源发电侧储能技术应用展开详细分析。

关键词：新能源发电；侧储能技术；应用分析

引言

储能技术在光伏发电系统还存在诸多不可预测的风险，致使光伏发电系统的运行安全得不到保证。因此，相关部门应不断树立自主创新的工作意识，完善并改进光伏发电系统的运行缺陷，确保光伏发电并网系统的技术管理水平稳步提高。

1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：①2020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。基于上述政策引导下，我国“新能源+储能”招标规模大幅增加，据统计2020年上半年，三峡新能源等13家发电集团发布了32项光储、风储或风光储项目招标，新能源配置储能规模超过373MW，大部分为2020年新增平价、竞价项目，需在2020年完成并网。2020年12月22日，国家能源局提出2021年风光新增装机120GW，同时指出要大力提升新能源消纳和存储能力，大力发展抽水蓄能和储能产业，加快推进“风光水火储一体化”和“源网荷储一体化”发展。据相关机构预测，直至2025年“新能源+储能”将成为千亿级市场。

2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）提升电网的安全性和稳定性。随着可再生能源发电的进一步发展，在运的传统机组容量减小导致系统的惯性降低，可能危及电网的安全性和稳定性，可配置快速响应的储能系统来平抑频率的波动，提升电网的安全稳定性。（3）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。（4）提高外送电力的调节能力。部分地区风光资源丰富，远期可再生能源发电装机容量会增长，其消纳问题也就越来越依赖区域外的电网。这种情况下，集中配建大规模储能系统（包括抽水蓄能、化学电池储能和压缩空气储能）更为合适，能提高可再生能源出力的可控性和在电力市场中的竞争力。（5）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。

3光伏发电系统应用储能技术

在光伏电站配置储能主要实为了提供新能源消纳、辅助执行一次调频等服务。此外储能电站还可以参与调峰、调频等电力市场交易，获得部分收益。（1）对弃光问题的解决。光伏发电的发电功率波动性较大，特别在一些比较偏远的地区，电网常常会出现无法把风电和光伏发电完全消纳的情况，应用储能技术可以减小或避免弃光。在可再生能源发电场站侧安装储能系统，一旦电网运运行系统处于电力巅峰不足或者输电通道出现异常状况时,一些电力能源的发电条件受到外界客观环境因素影响，实际的发电条件会受到约束，在实际的发电过程中，电源发电场释放的电能质量和运营效果达不到预设的要求。（2）对电能质量的提升。在各种可再生能源进行电力传输的过程中，风电等可再生能源的发电效果会出现不稳定的状态，发电部门的管理人员应采用独特的施工处理技术，对电力系统的内部结构以及具体的发电功率进行全面的检验，在周密分析电力能源分布情况的基础上，制定完善的发电设计方案，进而有效缓解电网调峰压力的不足以及系统容量不足的发电现象，促进电网的可再生能源的发电效果。通过在集中式可再生能源发电场站配置较大容量的储能，基于场站出力预测和储能充放电调度，实现场站与储能联合出力对出力计划的跟踪，平滑出力，满足并网要求，提高可再生能源发电的并网友好性。与此同时，大型储备电站的可再生系统应结合实际的发电情况，管理人员应在充分发挥电能储备的可再生能源放大效应，并不断完善和优化可再生能源在实际发电过程中出现的不足和运行缺陷，并确保电能能源的输出总量达到预设的工作要求，进而提高电力能源的运行质量，满足广大人民群众的日常生活需求，不断提高电力企业的经济效益和社会效益，进而提高电力企业的竞争地位。

4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。

5压缩空气储能技术

由于抽水蓄能受到地理因素限制，因此压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模电力储能技术。传统的压缩空气蓄能是基于燃气轮机开发的技术，目前德国、美国均已有压缩空气储能电站投入商业化运营。世界上首座压缩空气储能电站是德国的Huntdorf电站，机组容量290MW，其冷态启动至满负荷仅需6min［21］。1991年投产的McIntosh电站首次使用了回热系统，存储的压缩空气进入空气透平前经过回热器，吸收燃气轮机排出的高温烟气余热，有效提高了系统循环热效率。但上述2个项目均需依赖天然气等化石燃料补燃。目前，随着燃气轮机容量的提高，压缩空气储能电站也呈现出大型化趋势。此外，压缩空气储能与联合循环机组耦合利用也是近年来的发展趋势。该系统利用压缩空气储能，在电网负荷需求较低时，采用部分中压缸排汽驱动小汽轮机进而带动空气机，以减少低压缸进汽量，快速降低系统输出功率，实现能量在火电机组和压缩空气储能之间传递；在电网负荷需求较高时，释放压缩空气，驱动空气膨胀机快速提高系统输出功率。

6储能系统规模化集成技术

储能系统集成服务即根据电力系统中相关主体，包括发电公司、电网和电力用户等的具体应用的需求以及目前存在的问题，通过集成储能系统为客户提供整体解决方案并为用户增值的一系列服务。大规模电池储能电站配合大容量风电、光伏等新能源发电并网运行时，储能电站需要满足新能源发电从秒级至小时级不同时间尺度的实时功率响应以及电池能量供给的应用需求。不仅要求电池储能电站具有高速功率响应能力，而且也要保证大规模电池储能电站中并联运行的几个甚至数十个储能变流器单元的荷电状态一直控制在较好的工作区间。因此，管理好各储能单元的电池荷电状态和健康状态，在储能电站内部合理分配好实时总功率、调度管理好充放电能量，并将电池的荷电状态控制在一定范围内是非常必要的，也是大规模电池储能电站集成中的关键技术难题。

7储能技术在光伏并网发电系统中的应用

在电力调峰上的运用。并网发电处理人员应利用先进的处理技术，使用先进的技术处理工艺流程，在电力达到巅峰时段都时，使得功率较大的电网负荷压力降低。与此同时，相关人员应有机协调处理各类储能技术。并根据自身需要做出相应的调整。在负荷较低的时候储存大量的能源，在负荷最高的时候将集中收集的能量释放，在有效排解负荷供电的基础上，确保系统运行的安全性和稳定性。在微电网的运用。在输配电网络发展过程中，微电网并网是其主要的发展模式，科学融入相关电网处理技术，可以提升电网运行系统的整体效果，并采用孤岛分类的运行模式，将微电网系统和系统有机分离，各个子系统的运行架构进行分离处理。储能系统的配置模式。

结束语

综上所述，随着我国能源革命的不断推进，我国新能源发展规模已经跃居世界前列，新能源装机容量不断增加，新能源发电侧储能技术的运用必不可少，在增强能源系统供应安全性、灵活性、综合效率等方面发挥着重要作用。未来，新能源发电侧储能技术运用规模将不断扩大，为促进储能行业稳定发展，提出以下几点建议：（1）完善顶层设计，推动储能政策、法规、准则与行业深度融合，为新能源发电侧储能系统发展提供可靠支撑。（2）进一步研发适合新能源发电侧大容量、大功率应用的储能技术，有效降低储能系统应用成本，提高对应用场景的适应性，如：液流电池储能技术，梯次电池能量管理和系统集成技术等。（3）推动风光电与储能的调频/调压高度融合特性互补，研究针对性、精细化的控制策略。（4）开展新能源发电侧储能综合评价方法研究，包括安全性、场景适应性、经济性等。

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