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

胡俏

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南省长沙市 410014

摘要：新能源行业特别是风能和太阳能发电受外部环境的变化输出功率呈现出间歇性和波动性，储能技术可解决发电中弃风弃光、平滑输出、跟踪出力并可参与电网调频的业务，在国家的政策指导下各地发布了辅助调频、新能源发电的相关政策，促进了储能技术商业化的步伐。本文首先分析了我国风光新能源发电侧储能发展现状，其次详细探讨了新能源发电侧储能发展需求及关键技术，并围绕新能源发电侧储能示范应用展开论述，以期可供参考。

关键词：新能源;发电侧储能技术;应用

引言

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。

1新能源发电系统、储能系统概述

1.1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。

1.2储能技术

储能技术主要利用外部介质存储外部能量，目前行业主要的电储能技术有压缩空气储能、化学电池储能、抽水蓄能、超级电容储能、飞轮储能、超导磁场储能等。应用实例较多，区域边界也比较复杂和庞大。电池储能满足短期应急用电，成本较高，体积太大。超导磁场储能、超级电容、飞轮储能是解决成本和地区限制的新型储能系统，本文介绍了这三种新型储能技术的应用。

2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，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。

3新能源发电侧储能发展需求及关键技术

3.1发展需求

基于新能源自身间歇性、不稳定性，由此需通过新能源发电侧储能的应用增强可再生能源发电的可调性能，确保输出连续稳定，提升其并网能力。（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。

3.2关键技术

在储能系统建设中，需合理选择储能技术方案，方可保证储能系统安全、稳定、经济运行。（1）当前储能系统以抽水蓄能规模最大，电化学储能技术发展最为迅速，主流的电化学储能技术路线包括锂离子电池、液流电池和铅酸电池。新一代全钒液流储能系统技术：如表1所示，对全钒液流电池与锂离子电池的性能进行对比，两者各具优势，而全钒液流电池更加适应安全性要求高、需长时间充放电的新能源应用场景。（2）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。（3）储能系统能量管理技术：通过优化能量管理技术的运用，可提高新能源消纳能力、发电质量。（4）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。

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。

参考文献

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