基于多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)

謝小平

摘要：新能源是指可再生與可利用的清潔能源。當(dāng)前，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，新能源成為社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，大部分行業(yè)領(lǐng)域都可以通過(guò)利用新能源提升自身的發(fā)展水平，其中包含電力系統(tǒng)。本文首先闡述了新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)，主要探討了多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)，如物理儲(chǔ)能技術(shù)、化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)等，為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：多重應(yīng)用場(chǎng)景? 新能源? 電力系統(tǒng)? 儲(chǔ)能技術(shù)

Energy Storage Technology of New Energy Power System Based on Multiple Application Scenarios

XIE Xiaoping

（Powerchina Jiangxi Electric Power Construction Co.， Ltd.， Beijing， 330000 China）

Abstract： New energy refers to renewable and utilizable clean energy. At present， with the proposal of the concept of sustainable development， new energy has become a hot social issue. Most industries can improve their development level by using new energy， including the power system. This paper first describes the application status and advantages of new energy power system energy storage technology， mainly discusses the multiple application scenarios of new energy power system energy storage technology， such as physical energy storage technology， chemical energy storage technology， to provide reference for related research.

Key Words：Multiple application scenarios; New energy sources; Power system; Energy storage technology

1新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

縱觀當(dāng)前的新能源電力系統(tǒng)，其在運(yùn)行和發(fā)展的過(guò)程中，主要通過(guò)可再生資源發(fā)電，其與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比較而言，具有一定的節(jié)能性特點(diǎn)，且不會(huì)浪費(fèi)大量的電量。

誠(chéng)然，由于目前的新能源電力系統(tǒng)不夠成熟與完善，存在著諸多方面的缺陷與不足，更是無(wú)法保證其在運(yùn)行過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性。為此，需要通過(guò)利用儲(chǔ)能技術(shù)為整個(gè)新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供幫助，更好地促進(jìn)新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展^[1-4]。

另外，有大量實(shí)踐證明，儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效降低電力系統(tǒng)在高峰階段的負(fù)荷，保護(hù)設(shè)備不受損壞，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，切實(shí)滿足當(dāng)前社會(huì)更高要求的電力需求。

2新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)，既要吸收突然變化的能源功率，又要存儲(chǔ)足夠的能源，此外還要支持多重應(yīng)用場(chǎng)景，為此設(shè)計(jì)一款安全、高效、經(jīng)濟(jì)的鋅鐵環(huán)液流電池與電容相融合的混合儲(chǔ)能技術(shù)尤為重要，為了保證電池與電容的協(xié)調(diào)運(yùn)行，可以將新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)計(jì)成拓?fù)涫浇Y(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

從圖1可以看出，新能源電力系統(tǒng)中的每一個(gè)能源發(fā)電機(jī)組分別配置一個(gè)分布式儲(chǔ)能單元，該分布式儲(chǔ)能單元直接連接于發(fā)電機(jī)，并通過(guò)PCS并聯(lián)于新能源電力系統(tǒng)的直流母線側(cè)，與發(fā)電機(jī)組同時(shí)使用電力系統(tǒng)中的DC/AC逆變單元，當(dāng)新能源被轉(zhuǎn)化成電能之后，發(fā)電機(jī)將交流電通過(guò)全功率變流接入分布式儲(chǔ)能單元，從而實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能單元與新能源電力系統(tǒng)之間的相互連接^[5-6]。

3多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)

3.1物理儲(chǔ)能技術(shù)

多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)，物理儲(chǔ)能是最常見(jiàn)的一種儲(chǔ)能技術(shù)，物理儲(chǔ)能技術(shù)包括以下兩大核心技術(shù)，即：抽水應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)、空氣壓縮儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)。其中，抽水應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)主要是利用低勢(shì)電位實(shí)現(xiàn)對(duì)電力能源的存儲(chǔ)，該方法已是一種十分成熟與完善的儲(chǔ)能技術(shù)，并具備高功率、低能耗的特點(diǎn)，但其在應(yīng)用過(guò)程中，存在地域限制，需要在河壩的上下游分別設(shè)置一個(gè)水庫(kù)。

這樣一來(lái)，當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷不足的情況下，保證發(fā)電機(jī)可以處于良好的工作狀態(tài)，從而將下游水庫(kù)中的水抽出，保存到上游水庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)80%的能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存?？諝鈮嚎s儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到了工業(yè)規(guī)模較大的行業(yè)中，當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷不足時(shí)，新能源電力能源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的壓縮，將空氣通過(guò)高壓密封的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，而當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷過(guò)大的時(shí)候，新能源電力系統(tǒng)釋放這部分高壓空氣，從而為整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供能量?？諝鈮嚎s儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)因其自身反應(yīng)速度快、應(yīng)用效率高等的特點(diǎn)，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)更高能量的轉(zhuǎn)換，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種儲(chǔ)能技術(shù)。

3.2化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要是將電池作為新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)存能源，這樣電力系統(tǒng)在充電和放電的過(guò)程中，通過(guò)利用電池中的正、負(fù)極在電能與化學(xué)之間進(jìn)行連續(xù)與不間斷的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的根本目的。在基于多重應(yīng)用場(chǎng)景的新能源電力系統(tǒng)中，其是應(yīng)用最廣泛的一種儲(chǔ)能技術(shù)，而該技術(shù)的應(yīng)用也為新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用。雖然，新能源電力系統(tǒng)電池的種類(lèi)較多，但儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，既可以對(duì)整個(gè)運(yùn)行成本進(jìn)行嚴(yán)格把控，又可以表現(xiàn)其自身優(yōu)勢(shì)。

從另一個(gè)角度來(lái)看：化學(xué)儲(chǔ)能也是新能源電力系統(tǒng)中一種常見(jiàn)的儲(chǔ)能技術(shù)，化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鋰電池、蓄電池以及液流電池等。從該儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用角度來(lái)看，該儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，并具有單體容量小、安裝難度小以及建設(shè)速度快等的特點(diǎn)深受業(yè)內(nèi)人士喜歡。特別是近些年來(lái)，隨著化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)價(jià)格的不斷走低，我國(guó)政府部門(mén)大力倡導(dǎo)該技術(shù)，截至2020年底，化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)占比約92.4%，其中，鋰電池占比62%，蓄電池占比25.2%，液流電池占比約5.2%。3種化學(xué)儲(chǔ)能性能指標(biāo)如表1所示。

從表1得出：化學(xué)儲(chǔ)能中的鋰電池在深度充放電、高倍數(shù)充放電以及快速響應(yīng)方面都表現(xiàn)十分良好，蓄電池使用成本較低，液流電池可以直接回收。當(dāng)前形勢(shì)下，隨著新能源電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，鋰離子電池的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)初具規(guī)模，因此鋰離子電池有著較優(yōu)的綜合性價(jià)比，實(shí)際應(yīng)用量也最大。

但是目前技術(shù)背景下的大部分化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，如爆炸、環(huán)境污染等?；诟鞣N應(yīng)用場(chǎng)景下的安全考慮，新型環(huán)保穩(wěn)定的液流化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)逐漸規(guī)?；瘧?yīng)用，如前文提到的拓?fù)涫戒\鐵環(huán)液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其獨(dú)立、安全環(huán)保、長(zhǎng)效經(jīng)濟(jì)、模塊化的特點(diǎn)，既適用于城市周邊小規(guī)模分散式儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，又適用于新能源電力儲(chǔ)存和消納的大規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景。

3.3電磁儲(chǔ)能技術(shù)

電磁儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，是將電磁能與電能進(jìn)行不間斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程，電磁儲(chǔ)能技術(shù)主要包括超導(dǎo)磁鐵儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)兩種。其中，超導(dǎo)磁鐵儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)指的是利用超導(dǎo)材料先制作成一個(gè)線圈，然后通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)變流器源源不斷的向新能源電力系統(tǒng)提供電磁能量，保證電磁能量具備較高的轉(zhuǎn)換效率。從而體現(xiàn)出反應(yīng)快速和節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，其在具體的應(yīng)用過(guò)程中，線圈所表現(xiàn)出來(lái)的電阻阻值可以忽略不計(jì)，因此可以長(zhǎng)期將其應(yīng)用到新能源電力系統(tǒng)中。

但需要注意的是，其在具體的應(yīng)用過(guò)程中，要保證超導(dǎo)線圈在低溫潮濕液體環(huán)境中的安全性。雖然會(huì)產(chǎn)生較大的投入成本，且表現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，但該技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)整個(gè)新能源電力系統(tǒng)電壓和電流頻率實(shí)現(xiàn)全方位的控制，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。另外，電磁儲(chǔ)能技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大容量電力能源的交換，體現(xiàn)出良好的補(bǔ)償效率，有效提升電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，從而為整個(gè)新能源電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供重要保障。

3.4發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)

發(fā)電儲(chǔ)能又包括電源測(cè)儲(chǔ)能和新能源測(cè)儲(chǔ)能兩種，但是這一場(chǎng)景對(duì)于發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)的要求高，為此應(yīng)當(dāng)將電源測(cè)儲(chǔ)能與新能源測(cè)儲(chǔ)能進(jìn)行合理的區(qū)分。

3.4.1 電源測(cè)儲(chǔ)能

電測(cè)儲(chǔ)能主要的應(yīng)用場(chǎng)景為火電廠，主要為火力發(fā)電廠提供二次調(diào)頻服務(wù)，也就是說(shuō)當(dāng)火電廠中的火電機(jī)組受到爬坡速率限制時(shí)，或者是不能準(zhǔn)確發(fā)出調(diào)頻指令時(shí)，電源測(cè)儲(chǔ)能可以有效改善火電機(jī)組的AGG能力，從而幫助火電企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，這也是目前新能源電力系統(tǒng)中最典型和最成熟的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。

3.4.2 新能源測(cè)儲(chǔ)能

新能源測(cè)儲(chǔ)能目前主要應(yīng)用于風(fēng)電、光伏等的新能源廠站中，這一儲(chǔ)能技術(shù)可以削峰填谷，減少棄光棄分，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，使得新能源對(duì)新能源電力系統(tǒng)更加友好^[7]。

3.5用戶儲(chǔ)能技術(shù)

（1）工業(yè)用戶。工業(yè)用戶通過(guò)利用用戶儲(chǔ)能技術(shù)，可以節(jié)省大量不必要的電費(fèi)支出，降低報(bào)裝容量水平和節(jié)省容量費(fèi)。

（2）重要用戶。電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)作為分布式電源可以保證局部電網(wǎng)的可靠性，支撐電網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行。

（3）分布式新能源配套儲(chǔ)能。分布式新能源配套儲(chǔ)能還可以有效滿足電網(wǎng)功率調(diào)度要求，保證電網(wǎng)輸出功率和電能質(zhì)量的穩(wěn)定。未來(lái)時(shí)期內(nèi)，隨著電力市場(chǎng)的進(jìn)一步改革，該儲(chǔ)能技術(shù)具有十分廣闊的發(fā)展空間。

4新源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題

雖然新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)是當(dāng)前能源清潔化轉(zhuǎn)型和能源發(fā)展的重要組成部分，但是由于其受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及政策等方面的限制，其在應(yīng)用過(guò)程中依然面臨著諸多問(wèn)題。

（1）安全性方面。以鋰電池儲(chǔ)能為例，鋰電池儲(chǔ)能在保障火力發(fā)電企業(yè)高頻次和高倍率充放電的情況下，對(duì)于安全方面的要求很高，在韓國(guó)已經(jīng)發(fā)生了多起的安全事故，國(guó)內(nèi)也有發(fā)生，為此在使用這一儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)應(yīng)加以高度重視。

（2）經(jīng)濟(jì)性方面。就目前的情況來(lái)看，抽電化學(xué)儲(chǔ)中的液流電池全生命周期成本相對(duì)較高，限制了多種儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，如果全生命周期成本能像鋰電池和蓄電池降低至0.5元或0.3元，在將其應(yīng)用于峰谷調(diào)節(jié)和新能源電力系統(tǒng)中，必定會(huì)收獲可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

以上問(wèn)題的解決辦法還是需要依靠電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的不斷進(jìn)步、標(biāo)準(zhǔn)制度、國(guó)家對(duì)該儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)政策的調(diào)整、儲(chǔ)能技術(shù)合法身份界定，以及生產(chǎn)和集成廠家、各行業(yè)領(lǐng)域以及地方政府共同努力才能得以實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前的新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)取得了較為理想的成績(jī)，但存在著諸多方面的缺陷與不足，更是無(wú)法保證其在運(yùn)行過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性。為此，相關(guān)人員還應(yīng)當(dāng)不斷地探索和學(xué)習(xí)新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并能真正做到取長(zhǎng)補(bǔ)短。唯有如此，才能更好地促進(jìn)新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為消費(fèi)者提供充足的電量，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展理念的提出提供重要保障。

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