大型电化学储能电站在电力系统中的应用

大型电化学储能电站在电力系统中的应用

任国桥

大唐湖北能源开发有限公司

摘要 随着用电负荷的波动性越来越大，电力系统供需不平衡现象日益明显，电化学储能系统具有能量存储、快速响应、精确功率跟踪等特性，在电网领域应用备受业界关注；电化学储能在调峰、调频和黑启动等方面对电网提供支撑作用，本文以湖北某大型电化学储能验证了储能在电网支撑作用的印证，提出了应大力发展大型集中式电化学储能以提高电网消纳能力、区域电网运行的安全性和稳定性。

关键词  “碳达峰、碳中和”，电化学储能，调峰、调频，黑启动

随着社会经济的不断发展，用电负荷的波动性越来越大，电力系统供需不平衡现象日益明显。高峰电力短缺给当地居民的正常生活和当地经济产业的发展造成了严重的影响，制约了社会经济的发展；低谷负荷一方面给电力系统稳定性控制带来了困难，另一方面也造就了资源的浪费。随着党中央提出实现“碳达峰、碳中和”目标的重大决策，在着力构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系行动计划中，确立了以实施可再生能源替代行动、深化电力体制改革、构建以新能源为主体的新型电力系统为主要方向的重要实施手段与方向。电化学储能系统具有能量存储、快速响应、精确功率跟踪等特性，在电网领域应用备受业界关注。

一、电化学储能在电力系统作用

（1）储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；

（2）储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；

（3）储能能够作为输电网投资升级的替代方案，能够延缓输电网的升级与增容，是提升电网输送能力，降低输变电投资的重要途径；

（4）储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。

具体作用详见下表：

表1 储能在电力系统中应用

二、百兆瓦级大型电化学储能电站在电力系统中的应用

百兆瓦级电化学独立储能电站由于其规模大、充放电功率大（100MW以上）、电池容量大（200MWh以上）、充放电时间长（2~4小时），能够响应电源侧和电网侧的多种应用场景需求，对电网和新能源发电具有重大意义。

1.参与电网系统的调频，稳定系统频率。

电力系统是一个功率动态平衡的系统，发电站发电功率的总和需要与用户端用电功率总和相等，如果两者之间不一致，会造成整个电力系统的频率不稳定或者电网故障。目前湖北省电网调频主要依靠火电和水电，但是火电和水电均为惯性系统，其对系统调频指令响应速度慢、响应精度不足，而储能电站具有发电功率调节灵活、调节速度快、响应精度高的特性，非常适合参与到电网系统的调频辅助中来。

2.参与电网系统的调峰，满足系统调峰需求。

随着新能源并网容量的增加，电网系统的调峰资源将严重不足，系统调峰容量存在较大缺额，需要采用煤电机组深度调峰来满足系统运行的需要，存在系统调峰问题。大容量储能电站可以由地方或省级调度部门进行直接调度，充放电功率大，电池容量大，对电网支撑作用强，利用锂电池充、放电快速、灵活的优势，可以实现储能与电力系统平稳运行，为电网系统在电源侧提供灵活的系统调峰服务，通过能量转换，将低谷电能转换为峰荷电能，降低周边火电深度调峰的压力，改善火电机组的运行条件，提高火电机组的设备利用率和寿命。

3.参与电网削峰填谷，提升新能源消纳能力

新能源电厂出力具有随机性、波动性和间歇性，具有一定的反调峰特性，储能电站可以利用其发电功率调节灵活、调节速度快的特性，有效平抑风电、光伏等新能源发电出力的波动特性，提高供电质量和电网运行的安全性，有效提高地区新能源的消纳能力。储能电站根据当地新能源出力特性情况，在负荷较小、新能源大发方式下充电，在高峰负荷、电网供电能力不足方式下放电，通过充放电调节缩小电网峰谷差，参与电网削峰填谷调节，减小新能源弃电率，实现电力电量就地平衡和就地消纳。本工程周边新能源项目较多，项目投产后，可以成为有效平抑附近新能源的主力，为地网电网新能源出力调峰，通过削峰填谷解决高峰用电紧张，应对临时电力短缺。
    4.提供容量备用、无功电压支撑等辅助服务

2021年12月，国家能源局关于印发《电力辅助服务管理办法》的通知，鼓励新型储能、可调节负荷等并网主体参与电力辅助服务；独立储能电站作为新纳入的电力市场主体，目前政策方面已逐渐建立市场化的补偿机制参与辅助服务，独立储能电站以其大容量的优势可以参与到系统的功率备用服务，同时储能电站以其PCS特性可以随时发出无功和吸收无功，因此能为电网提供无功电压支撑和调相无功服务。

5.改善系统响应能力，提高电网供电质量。

由于储能电站启停迅速，运行灵活，对负荷的急剧变化能作出快速反应，适合承担系统调频及快速跟踪负荷、备用、无功调节和黑启动等辅助服务任务，这对于稳定系统频率、缓解事故、提高整个电力系统的动态特性都起着重要作用。能够在事故情况下迅速为系统提供支援，有效改善系统响应能力，提高系统运行的安全性。

三、湖北东南区域某大型电化学储能应用

2022年底，湖北东南区域某100MW/200MWh磷酸铁锂电池电化学储能项目建成，项目投产后，在新能源消纳出现问题的时段，一天两次重放，月充电量950-1000万千瓦时，周边光伏项目限电率相比其他区域低50%以上，极大的提高了电网的消纳能力，为地网电网新能源出力调峰，通过削峰填谷解决高峰用电紧张，应对临时电力短缺，以及提高电网末端区域运行的安全性和稳定性起到了明显作用

四、结论

综上所述，大型独立储能电站利用其发电功率调节灵活、调节速度快的特性，能够有效平抑风电、光伏等新能源发电出力的波动特性，有效提高地区新能源的消纳能力，降低本新能源项目弃光弃风；同时，储能电站还可参与到区域电网的调峰、调频、无功调压、备用容量等诸多电力辅助服务，并获取相应的辅助服务收益，大大提升区域电网运行的安全性和稳定性，在电力系统应用中发挥重要的支撑作用，随新能源装机快速增加，下一步应大力发展大型集中式电化学储能以提高电网消纳能力、区域电网运行的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 辛保安，新型电力系统结构方法论研究[J]，新型电力系统，2023-1.

[2] 卢奇秀，构建新型能源体系关键在电力[N]，中国能源报，2023-06-05.

[3] 韩杰，碳达峰目标下新电力系统需要怎样的储能[EB/OL],2021-2-26.

[4] 梅伟生等，储能技术[J],2022-2.

[5] 辛保安，新型电力系统与新型储能体现[J],2023-9