新能源侧储能配置技术研究综述

新能源侧储能配置技术研究综述

刘海坤

四川电力设计咨询有限责任公司 四川 成都 610041

摘要：目前我国经济水平和各行业的快速发展，储能配置是储能应用环节的前期工作。新能源侧的储能配置是以涵盖新能源机组、电站、基地、新能源高比例接入省级电网或区域电网为应用背景，面向特定应用场景，以“新能源+储能”达到特定的技术指标或技术经济综合指标为应用目标，在明确储能系统的控制策略或运行边界下，开展的储能系统容量优化配置工作。目前，国内外在新能源侧储能配置领域已获得许多有价值的阶段性成果。储能配置主要明确应用场景、技术需求分析、应用模式、各应用模式下的技术性目标和经济性目标、技术类型、储能系统的控制策略或运行边界、优化配置模型及求解，最后通过对储能配置效果进行预评估形成配置工作的闭环。在技术需求分析阶段，需要基于应用场景的考核要求、业主要求，结合政策环境和电力市场环境考虑储能项目的收益途径，并收集能够描述储能应用场景的历史运行数据或规划数据。

关键词：新能源侧；储能系统；配置方法

引言

储能项目示范应用及其负荷优化等仍然停留于运行性能的校验层面，面临着数量比较少、容量也不够理想的问题，缺少一定的数据进行验证。此外，储能作为电力系统中重要的能量调节资源，除了参与需求响应之外，储能资源与新能源发电、可调负荷之间的友好互动，及其对提高区域电能质量、减少碳排放也具有较高的讨论价值，将发电厂、大工业用户以及居民用户侧的地理环境等作为综合性的考虑因素，以此做好对储能位置的布局工作，并在此基础之上施以统一性的调度及管理，可在后续研究中进行更深入的探讨。

1电网侧储能现状

在电源侧安装储能系统，可以与各类发电设备的出力进行互补，提升电源设备外特性的稳定可控水平，从而保障电力系统的安全稳定。在当前情况下，个别地区的电化学储能采用火电联合调频模式得到了比较好的收益，但尚未形成完备的商业模式和良好的利益共享机制。市场空间方面，目前收益较高的联合火电调频受国家政策限制，发展空间有限。今后电源侧储能将更趋向于新能源消纳等应用方向，即“储能+新能源”模式。技术特性方面，风电、光伏等有各自特色的出力特性，技术上“光伏+储能”的应用壁垒更低。光伏发电的出力以天数计算周期，相对稳定，储能设备的充放循环按日进行即可，而风电具有较明显的季节特性，如何高效、经济的配置储能系统成为一大挑战。盈利模式方面，“储能+新能源”模式最主要的问题在于收益模式的模糊和利益分配机制不明确，储能成本的下降速度和应用场景的收益曲线也还没有达到良好契合。

2储能配置方法

2.1不确定性配置方法

新能源出力、功率预测、电网消纳能力等方面的不确定性带来了储能需求的不确定性，针对这些不确定性，不确定性规划理论被用来解决储能配置问题，不确定性规划包括随机规划、模糊规划、鲁棒优化等方法。其中随机规划和鲁棒优化被较多地应用于新能源侧的储能配置问题。通过在新能源电站配置储能使“新能源+储能”完全可控既不经济也不现实，机会约束规划是将传统优化中完全满足约束软化为满足约束条件的概率高于某一置信水平的优化方法。基于机会约束模型开展区域电网的储能配置研究，置信水平体现了符合机会约束的最小概率与管理者的风险承担水平。

2.2系统频率响应指标主导参数分析

频率控制参数直接决定系统的频率响应特性，主导参数对系统频率响应指标的影响更大，因此明确关键参数在频率响应不同阶段的作用，有利于根据实际电网的调频需求合理选择频率控制策略。轨迹灵敏度指系统参数发生微小变化时系统动态轨迹的变化程度，能反映系统的时域轨迹与参数的关系。通过求解各参数对系统频率偏差的轨迹灵敏度，可以确定影响系统各频率响应指标的主导参数。

2.3虚拟电厂模式

“虚拟电厂”模式将各类用户的储能系统集合起来，通过先进技术优化系统运行，参与电网辅助服务获取应用收益。更适合具有专业技术实力的电网企业牵头实施。经过电网统一调度和管理的分布式储能系统不仅可以参与电力市场通过调频、备用容量等获取收益，而且还能助力输配电系统，发挥延缓输配电扩容升级、电压支持、需求响应等方面的多重价值。目前，国内市场上国家电网和南网公司已开始搭建项目接入平台，布局虚拟电厂业务。在虚拟电厂模式中，能够将储能系统聚合起来进行分析、优化控制的系统平台(即“云平台”)至关重要。系统需要从建筑负荷中获得技术数据，从市场中获得价格信息，同时接收天气信息，海量信息都需要软件进行实时管理。当要求实行需求响应时，平台能找到优化点，帮助用户降低成本、增加收益。

2.4压缩空气储能

压缩空气储能（CAES）是一种提供电力以满足电力系统峰值负载要求的技术。它结合了最先进的燃气轮机和一个地下储层。该储层可能是含水层、盐腔或开采的硬岩洞穴。燃气轮机的压缩机和涡轮部分将交替地连接到电动机/发电机上，以便在不同的时间段内运行。在夜间和周末电力非高峰时段，使用低成本电力压缩储存在地下蓄水池中的空气。在随后白天的电力高峰负荷期间，取出存储中的压缩空气，与燃料混合、燃烧并通过涡轮机膨胀以产生峰值功率。与目前用于提供峰值功率的简单循环燃气轮机相比，这一概念将传统CAES系统的石油燃料消耗量减少了60%以上。一些先进的CAES系统根本不需要任何石油燃料。

3新能源侧储能配置方法研究展望

伴随双碳目标的提出，新能源将继续规模化快速发展，新能源消纳压力将越来越大。同时多种储能技术快速迭代和成本持续下降，从技术供给侧到需求侧双向将推动新能源侧储能应用需求进一步演化。对新能源侧储能配置方法进行如下展望。（1）在新能源高占比的新背景下，系统将无法承受规模化新能源对于系统灵活性调节资源的过度占用，新能源与常规电源共担系统安全稳定运行责任和义务是未来的技术发展趋势，需要开展兼顾消纳与主动支撑电网的储能配置方法研究。在兼顾消纳与主动支撑电网场景下，储能将面向移峰填谷+功率预测补偿24h持续，惯量、频率、电压支撑需求随机高频出现的复杂过程，需要储能同时具备毫秒级的响应速度、小时级的持续充放电能力，同时在充放电状态频繁切换工况下具备较长的使用寿命，才能保证项目的投资经济性，需要开展混合储能对于复杂储能工况的匹配研究和容量优化配置；（2）中国新能源发展过程中由地域、资源禀赋、负荷、网架结构等形成了多样化差异化发展形态，需要开展考虑差异化发展背景的储能配置方法研究；（3）结合源网荷发展趋势，研究新能源侧在电站层、区域电网层应用储能的联合配置方法；（4）伴随储能成本下降和新能源侧对储能技术需求的演化，新能源侧储能应用的时间尺度将从日内扩展至周、月、跨季节乃至更长时间和具备空间运输能力的储能形式，如新能源电解水制氢等，储能需求具有超大容量、超长时间尺度等特征，需要开展考虑长时间、大容量、跨季节调峰的储能需求及兼顾多时间尺度的储能配置方法研究。

结语

随着国内规模化生产制造以及组装工艺的提升，目前很多国产品牌的超级电容已得到国际认可，国产储能设备在延长使用寿命、缩短充电时间、提高能量密度和降低成本等方面有望在“十四五”期间取得重要突破，并在多能互补能源系统中得到广泛应用。

参考文献:

［1］吕刚．能源互联网背景下的储能应用模式研究［D］．华北电力大学(北京)，2019．

［2］胡静，李琼慧，黄碧斌，冯凯辉．适应中国应用场景需求和政策环境的电网侧储能商业模式研究［J］．全球能源互联网，2019，2(04):367-375．