抽水蓄能电化学储能技术的应用与展望

抽水蓄能电化学储能技术的应用与展望

1李晓峰   2贾晓雷

天津瑞源电气有限公司  天津明阳瑞源储能科技有限公司  天津市   300000

2天津瑞源电气有限公司   天津明阳瑞源储能科技有限公司  天津市   300000

摘要：通过对新能源场站未来前景描述可知，未来的研究方向包括但不限于以下几个方面：首先，可以进一步优化储能系统的运营管理策略，提高能源利用效率和降低成本。其次，可以深入研究储能系统与电力市场的关系，探索储能系统在电力市场中的定价机制和市场运营模式。另外，在新能源场站中引入新的储能技术和设备，如电动汽车电池储能系统和氢能储能系统，也是未来研究的方向之一。

关键词：抽水蓄能；电化学储能技术；应用；展望

1储能行业的产业布局

储能相关的产业链分布较为广泛。储能产业的上游主要是原材料供应行业以及设备制造商等，包括储能电池供应以及电池管理系统和储能变流器等支持设备，主要涵盖电化学储能、物理储能等主要技术。储能产业的中游主要是系统集成商，部分设备制造商、专业集成商均参与该环节。该环节负责将不同种类的储能部件进行设计、制造以及集成，最终整合为符合各类场景需求的储能系统。储能产业下游包括发电侧储能、电网侧储能、各类工商业分布式储能和家庭用户储能等，例如锂电池储能电站、压缩空气储能电站的运行维护等。

储能上游产业中的原材料主要包括正极材料、负极材料、电解液等。锂电池是目前储能电池的主要生产方案。正极材料与锂电池的电化学性能密切相关，其决定了电池的能量密度和安全性能。一般来说，正极材料的成本占比较高，占锂电池材料成本的30%左右。作为产业链中的关键部分，储能电池行业的竞争十分激烈。目前，我国储能电池行业的竞争优势比较明显，以宁德时代、比亚迪为代表的企业市场份额占比较大。

储能的中游产业一般是指储能系统集成，即根据各类场景要求，设计优化储能系统。该环节按照用户需求，选择合适的储能技术和产品，并针对储能单位进行组合利用，从而应用于工商业用户侧、发电侧、电网侧等各类场景。当前，储能系统集成一般为多样化项目，即根据具体的应用场景进行电池选择、系统控制合成以及管理系统搭建。相比于一般的电动汽车电池系统，储能系统集成更为复杂精密，涵盖电池管理、热安全管理、智能监控运行等多个因素。从国内市场竞争格局来看，储能系统集成行业的总体集中度不高。此外，当前储能系统的商业模式多是投资、运营一体化的方式。一些公司正进一步进行业务细分，转而关注储能电站的智能运维以及精细化管理。

储能下游产业按照应用场景可以分为发电侧、电网侧和用户侧。发电侧储能主要由华能、华电、大唐、国电投、国家能源集团等国有电力集团完成。目前电网侧的集成厂商主要是以南瑞、中天、许继为代表的电力企业。这些电力企业是电网的长期合作伙伴，了解电网的实际运行情况。目前，我国用户侧储能项目规模较小，且多为工商业用户，家庭用户较少。此外，电化学储能的资源回收和利用还未得到充分的市场发掘和重视，未来这将会成为储能下游产业发展的重要增长点。

2抽水蓄能电站概述

2.1定义及背景

随着化石能源的日益枯竭和科学技术的进步，大量的可再生新能源场站（如太阳能、风能等）逐步取代原先的火力发电，同样为清洁能源的抽水蓄能电站，虽然较前两者来说起步较晚，但由于后发效应，起点却很高，已经逐步成为解决能源短缺和环境问题的重要方式。

抽水蓄能电站，又称蓄能式水电站。是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。抽水蓄能电站由上水库、输水系统、厂房和下水库等建筑物组成。其中上水库是蓄存水量的工程设施，电网负荷低谷时段可将抽上来的水储存在库内，负荷高峰时段由水库放下来发电。抽水蓄能电站是一种电能转换和储备措施，转换过程中会有电能损失，目前抽水蓄能电站的综合效率约在75%左右。

由于抽水蓄能电站的填谷作用（吸收后也剩余电能），提高火电机组设备的利用率，抽水蓄能电站利用低谷时火电空闲容量抽水蓄能，等到高峰负荷时发电。与传统火电站担负峰荷的方案相比较，可以节省一定量的燃料。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的电压，提高了系统中火电站的效率。

2.2发展现状及趋势

当前，可再生清洁能源发展成为全球能源领域的热门话题，并逐渐成为解决能源危机和环境问题的重要途径。抽水蓄能电站作为可再生清洁能源的典型应用形式，具有很强的代表性和示范效应。储能系统作为抽水蓄能电站和众多新能源场站的核心组成部分，发挥着重要的作用。抽水蓄能，作为成熟的储能技术，具有超大容量、系统友好、经济可靠、生态环保等优势和特点。

抽水蓄能电站启停灵活、反应迅速，具有调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能。做好抽蓄电站建设和调度运行，有利于更好地利用新能源资源，有利于提升电力系统综合效益。抽水蓄能和电化学储能作为主流储能技术，未来均大有可为。从成本、使用便利性和已使用规模综合来看，抽水蓄能和电化学储能将有望继续保持其主流储能技术的地位。

根据CNESA的不完全统计，截至2020年底，全球已投运储能项目装机量191.1GW，其中抽水蓄能的累计装机规模最大达到172.5GW，占比90.3%;电化学储能紧随其后，累计装机规模为14.2GW。在我国，抽水蓄能和电化学储能同样占据主导地位，二者的累计装机规模分别为31.79GW和3.27GW，合计占比接近99%。

随着我国新兴能源的大规模开发利用，抽水蓄能电站的配置由过去单一的侧重于用电负荷中心逐步向用电负荷中心、能源基地、送出端和落地端等多方面发展。

3储能系统优化策略

储能系统是新能源场站中非常重要的组成部分之一，它能够解决新能源发电的间断性和波动性问题，提高能源利用效率和供电稳定性。储能系统的优化策略可以进一步提高其在新能源场站中的作用。

储能系统的优化策略包括储能系统的容量与功率的匹配优化、能量管理优化。能量管理是指对储能系统充放电过程进行优化控制，以实现能量存储和释放的最佳效果。通过合理的能量管理优化，可以最大限度地提高储能系统的能量存储效率和供电稳定性。

目前储能系统多作为新能源电站的配套装置建设在电网侧，但鉴于储能系统的多种优秀特性，如果储能装置能安装在用户侧将会给未来的城市化建设带来更加的效益。

首先，依据目前的专业技术，通过配置独立的远动信息系统，独立的调度通信网，储能装置完全具备脱离新能源发电站而单独成站的硬件条件。

其次，如果城市内所有具备条件的建筑周边都配置了独立的储能电站，这些独立的储能电站不仅可以在平时通过峰谷电价差来取回收益，更重要的是，这些储能电站之间，通过调度数据网的调配，完全可以在城市用电高峰的时，对一些重要部门起到保供电的重要作用。

结束语

储能技术作为新能源场站建设的重要环节，在实现可持续能源发展和应对能源安全挑战方面发挥着重要作用[1]。随着风力发电、光伏发电绿色能源的开拓与发展，抽水蓄能受到普遍注视和应用，其建设和运营面临着诸多挑战。其中，能源供应可靠性、电网负荷平滑、电网稳定性和可调度性等问题日益凸显。储能技术作为一种灵活、高效的能量转换技术综合应用于抽水蓄能和其他新能源场站之中。

参考文献

[1]吴立霞,吴可心.电化学储能技术在内蒙古西部电网的应用前景[J].内蒙古科技与经济,2022(17):103-104.

[2]明朗.储能技术现状与重庆储能项目发展展望[J].中国统计,2022(06):74-77.

[3]季鹏程.碳达峰碳中和目标下储能发展的研究[J].新型工业化,2022,12(01):226-228.

[4]杜盼盼.“双碳”目标下储能商业化路在何方?[J].中国电力企业管理,2022(01):78-79.