储能系统和新能源发电装机容量对电力系统性能的影响

储能系统和新能源发电装机容量对电力系统性能的影响

阮敏锋

国网浙江省电力有限公司乐清市供电公司，325600

摘要：新能源发电系统在具体运行时，要想确保各个环节持续性优化与改进，满足当前居民用电需求，使用电压力得到有效缓解，就要重视储能技术的合理使用。通过借助储能系统对新能源发电系统资源进行科学合理且有效的利用，在不断调节过程中促进系统本身运行效率的提升，运行更加稳定、更加安全，一方面，可以将电力系统传输功率有效控制，调节用电峰值，电能质量得到保证；另一方面，安装储能系统装置，可结合实际情况吸收、释放功率，电网消耗降低，电能利用率提升。

关键词：储能系统；新能源发电装机容量；电力系统性能；影响

引言

中国工业化进程的不断推进，使得能源发展面临着较大的难题，电力系统升级与更新势在必行，以此来提升可再生能源电力占比。相较于传统能源，可再生能源对环境污染程度较小，是未来能源结构优化的重点与关键。随着新能源发电规模的不断扩张，需要对新能源发电装机容量进行合理地安排与配置，以此来有效解决风力发电并网的问题，保障电网整体运行的稳定。

一、研究背景

随着新能源比例的大幅提升,电力系统的形态将发生重大改变,对储能等灵活性资源的需求更加强烈。目前已有超过20个省份,出台了新能源配置储能的规定,要求新建新能源需配备5%-20%规模的新型储能。在2022年6月份出台的《国家发展改革委办公厅国家能源局综合司关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》,鼓励独立储能、新型储能与所属电源参与电力市场。从目前的形势看,未来新型储能大规模发展是大势所趋,逐步走向市场也是盈利的关键途径。

二、新能源发电产品发展情况

为了缓解能源危机和控制环境污染，中国鼓励利用新能源发电，并制定了多项配套政策。根据中国工商研究所公布的数据，新能源产业稳定发展，发达的风能和太阳能市场规模稳步扩大。2019年1月至11月，新增风力发电设施1 666万千瓦，发电量2 870亿千瓦小时。2019年1月至10月，多晶硅产量达到276 000吨，同比增长34.6%。风力发电是指将风能转换为电能，全球风能约为2.74×10×9兆瓦，其中包括风能发电，可再生，永不枯竭，基础设施周期短，机器大小灵活。光伏发电将太阳的光能转化为电能。太阳能耗尽，耗竭，不消耗燃料，不污染空气，不产生噪音，对环境无害。随着新能源生产技术的发展和成熟，相关能源生产技术的推广和应用，新能源生产市场规模继续扩大。国内风能、光伏发电在招标时代，工业一体化已成为必然趋势。因此，新能源生产企业必须抓住发展机遇，创造行业竞争优势，扩大机器规模，增加市场份额。

三、储能系统和新能源发电装机容量对电力系统性能的影响

（一）新能源侧储能系统

现代储能方式分为物理储能和化学储能，其中物理储能的主要工作包括飞轮储能、超级电容储能、超导储能、电磁储能、压缩空气储能等机械类储能，而化学储能主要指电池储能。现代新能源侧储能的运作系统大部分使用化学储能，同时日常生活中常见的新能源储能包括液流电池、铅酸电池、锂离子电池等，其主要区别在于蕴含的化学物质之间存在显著差异，其中铅酸电池最为常见，具有技术成熟、成本较低、安全指数高以及电压稳定等众多优点。

（二）机械储能

当前在新能源发电系统中常用到的机械储能系统有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，具体应用环节，抽水蓄能应用较为广泛，通过低处水向高处引入，电能转变为水动力，进而达到充电目的，放电和水电站发电方法一样，在选址时更靠近水源位置。压缩空气储能系统借助压缩机对空气进行压缩，并且高压保持在10MPa以上，将电能存储于储气装置中，充电过程完成，放电时在高压气体经过膨胀机时将发电机组带动起来完成发电。压缩空气储能充电与放电主要是借助电能、空气、储热介质内能间互相转换。飞轮储能充电与放电借助的是飞轮和电能间动能转换实现的。

（三）光伏消纳综合规划技术

在大规模光伏发电系统并网过程中，使用合适的保护措施加强对电网系统的保护，是保证电力应用安全的必然举措。现阶段，以光伏消纳技术为主的综合规划技术的应用，可以尽可能提升光伏发电工作的用电安全性。具体来说，在综合规划技术应用过程中，一方面，需要加强区域内高压电网的建设工作，并以此为基础，加强区域间电网的跨网合作，提升输电通道的利用效率。另一方面，可以合理应用以光伏消纳为主的精细化光伏预测技术，以光能预测为基础，实现光伏发电功率的有效预测。通过对光伏电站的输出功率进行精细化预测，进而把预测所得的光伏发电容量纳入电网系统的调度计划，以确保光伏消纳技术的发挥，从而增强大规模光伏发电系统对电网系统的积极影响。

（四）热储能

热储能是将热能储存在隔热容器的介质中,需要时可转化为电能,也可直接利用。包括显热储热,如热水储热、熔盐储热、混凝土储热等；潜热储热（相变储热）,如水合盐储热、石蜡储热；热化学反应储热,如碳酸钙热分解储热。可通过固体蓄热、熔融盐蓄热等技术提高机组灵活性,实现热电解耦,实现电网和热网互补。目前固体蓄热技术较为成熟,斜温层蓄热和熔融盐蓄热处于应用示范阶段。

（五）超导储能系统

当前新能源发电系统中安全稳定运行方面问题较多，主要是由于系统内部快速存取电能器件缺乏，对于机组惯性储能、继电保护、其他自动控制装置过于依赖，处于被动致稳状态下。而超导储能系统的应用可主动参与系统动态行为中，属于灵活性较强的调控有功功率源，不仅可对系统阻尼力矩调节，而且还能够对同步力矩调节，在系统滑行、振荡失步方面作用较为明显。此系统能够解决风电、光伏发电系统并网问题，为发电系统提供备用容量，尤其针对特殊重要负荷，系统可将应急备用电力进行有效储存，确保电网安全稳定运行。

（六）电化学储能

电化学储能是利用电池实现电能和化学能的相互转化,利用可逆的氧化还原反应,离子在电池内发生转移带动电荷流动,实现电能的储存与释放。包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。现阶段以磷酸铁锂电池系统为主,适用于功率与能量兼顾的电力系统需求,已实现百兆瓦级规模化商业应用。液流电池安全性高、稳定性好,储能容量时间长,尚处于商业示范初期。

（七）可再生能源的互补储能

风能、水能、太阳能是当前可再生能源中较为广泛运用的三大资源,且具有发展迅速、前景广阔等众多优势，是可再生能源中最具特色的独特资源,同时在时间和空间的运用上相互具有补充能力,其资源的互补发电比单一发电更具高效性、合理性和前瞻性。所以新能源发电侧储能的运用可利用当前可再生能源的优势，充分弥补新能源的发电不稳定缺陷，保障未来新能源的长期运行与发展。

结束语

为了减少新能源产能分配中的电能损耗，提高综合效益，提出了一种基于电网协调和容量决策的新能源产能分配方法。通过使用可扩展策略解决负载容量分配的目标功能，输出容量分配的最佳结果可以最大限度地提高在相对较低的有功无功功率损失情况下新能源生产的总体效率，确认负载容量分配的合理性和有效性，并提供更有效的帮助。

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