新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用研究

張振宇

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

社會(huì)發(fā)展和電力應(yīng)用是息息相關(guān)的，電力是重要的基礎(chǔ)性能源，其平穩(wěn)有序的供應(yīng)直接影響著社會(huì)的生產(chǎn)生活。但是，風(fēng)電新能源生產(chǎn)在緩解能源緊張和生態(tài)污染的同時(shí)，在具體的并網(wǎng)中也存在一些問(wèn)題，影響其應(yīng)用效率和成本。對(duì)此，研究新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)十分必要，這對(duì)于新能源的高效、安全、低碳應(yīng)用都至關(guān)重要。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，要體現(xiàn)以設(shè)計(jì)為先導(dǎo)，以技術(shù)為起點(diǎn)，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，不斷探索和試驗(yàn)，目前，與此相關(guān)的項(xiàng)目正在我們多個(gè)地區(qū)實(shí)施，水光能互補(bǔ)、軍民融合、可再生能源建設(shè)、光伏儲(chǔ)能、發(fā)電項(xiàng)目以及這些儲(chǔ)能技術(shù)如何在新一輪能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)和作用，是值得探討的重要話題，需要進(jìn)一步研究。能源轉(zhuǎn)型承載著人們對(duì)美好生活的需求和向往，相關(guān)研究可以共同探討風(fēng)能和太陽(yáng)能儲(chǔ)能電站的項(xiàng)目規(guī)劃、安全建設(shè)、系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)行模式、電網(wǎng)接入、標(biāo)準(zhǔn)體系和評(píng)估機(jī)制、調(diào)度模式、儲(chǔ)能項(xiàng)目提交、審批流程和體制機(jī)制等，有利于繼續(xù)為儲(chǔ)能行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。

1 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)重要性

就新能源發(fā)電工程來(lái)看，作為一種可循環(huán)利用、可再生能源，新能源類(lèi)型多樣，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、核聚變能等，目前新能源已?jīng)實(shí)現(xiàn)了在很多社會(huì)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域的應(yīng)用。如太陽(yáng)能在生活中應(yīng)用比較多，在解決能源供應(yīng)緊缺問(wèn)題的同時(shí)，也讓能源應(yīng)用的便利性不斷提升。傳統(tǒng)能源在具體開(kāi)發(fā)利用中，導(dǎo)致地球環(huán)境破壞嚴(yán)重，加上能源緊缺加劇，對(duì)新能源的使用是必然趨勢(shì)。在發(fā)電過(guò)程中進(jìn)行新能源，可以減少對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗，有利于環(huán)境保護(hù)和成本控制。新能源發(fā)電優(yōu)勢(shì)眾多，但是在新能源發(fā)電側(cè)，儲(chǔ)能一直是一個(gè)重要技術(shù)性問(wèn)題。新增發(fā)電的隨機(jī)性、中斷性和波動(dòng)性難以控制，容易在弱電網(wǎng)地區(qū)造成電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定問(wèn)題。同時(shí)，一些地區(qū)風(fēng)電停電率居高不下，除了減緩用電量增速，保持高裝機(jī)低負(fù)荷外，新能源發(fā)電和輸電線路需要進(jìn)一步改善。在新能源發(fā)電方面，建設(shè)大型儲(chǔ)能電站具有規(guī)模大、設(shè)備單位成本低、土地建設(shè)投資少、電網(wǎng)支撐投資少等優(yōu)勢(shì)，有利于促進(jìn)可再生能源消納，緩解風(fēng)電停電等日益突出的問(wèn)題，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前的城市生產(chǎn)和生活離不開(kāi)電能支持，而通過(guò)新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用，能夠帶來(lái)多方面積極影響。

（1）促進(jìn)火電機(jī)組調(diào)峰能力增強(qiáng)。在電網(wǎng)的具體運(yùn)行中，需要大量裝機(jī)容量供熱機(jī)組，但是多數(shù)情況下，在進(jìn)入供暖期后，電網(wǎng)調(diào)峰能力下降，對(duì)相應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力有重要影響，在新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，應(yīng)用有效的儲(chǔ)能技術(shù)，可以促進(jìn)大容量?jī)?chǔ)熱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)化機(jī)組在供暖期的調(diào)整能力。

（2）增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。目前，我國(guó)對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和研究力度還在持續(xù)加大，而在用的傳統(tǒng)機(jī)組容量降低容易導(dǎo)致系統(tǒng)慣性不足，對(duì)電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)造成一定危害，而借助快速響應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用，可以對(duì)過(guò)程中出現(xiàn)的頻率波動(dòng)進(jìn)行控制，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、有序運(yùn)行。

（3）減少電網(wǎng)峰谷差。電網(wǎng)峰谷差大，而使用峰谷電價(jià)且電力用戶(hù)負(fù)荷峰谷差突出的電力用戶(hù)，可以通過(guò)用戶(hù)或第三方投資建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)格套利，還可以參與競(jìng)爭(zhēng)，這對(duì)于降低電網(wǎng)峰谷差是有利的。

（4）減少斷面受阻。目前電網(wǎng)的覆蓋面比較廣，送電距離長(zhǎng)，可以在新能源發(fā)電側(cè)，配置大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，不斷降低因?yàn)閿嗝媸茏鑼?dǎo)致的棄風(fēng)棄光電量問(wèn)題。

2 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能方式

在目前的新能源發(fā)電中，儲(chǔ)能方式主要結(jié)合的儲(chǔ)能原理包括機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)能力存儲(chǔ)、電磁儲(chǔ)能等。通過(guò)對(duì)電能向其他能的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，在需要的情況下，再將其轉(zhuǎn)化為電能傳輸出去。其中，機(jī)械儲(chǔ)能包括抽水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。前者指的是在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的儲(chǔ)能技術(shù)，在削峰填谷、調(diào)相以及緊急事故處理等過(guò)程中應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)相關(guān)電站以及核電站的運(yùn)行效率提升具有積極作用。后一種儲(chǔ)能方式能夠根據(jù)相應(yīng)容量建造，實(shí)際儲(chǔ)存能量的釋放時(shí)間從幾小時(shí)到幾天不等，其儲(chǔ)能綜合利用效率約為70%～85%。相對(duì)而言，抽水蓄能模式可以滿(mǎn)足大規(guī)模的儲(chǔ)能需求，但是因?yàn)樗臈l件影響，這種儲(chǔ)能方式對(duì)于環(huán)境造成的破壞比較嚴(yán)重，因此使用受限。而飛輪儲(chǔ)能模式主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能儲(chǔ)存，在需要的情況下，再通過(guò)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電來(lái)輸出電能。這種儲(chǔ)能技術(shù)模式應(yīng)用中，需要不斷研究提升能量密度的復(fù)合材料以及超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，這對(duì)于降低能量損耗至關(guān)重要。通過(guò)提升復(fù)合材料能量密度，可以提升系統(tǒng)儲(chǔ)能密度，降低系統(tǒng)體積和重量。此外，電化學(xué)儲(chǔ)能原理是通過(guò)對(duì)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的方式對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，在需要時(shí)將其轉(zhuǎn)化為電能傳輸出去，這種儲(chǔ)能方式是通過(guò)鋰電池、鉛酸蓄電池等儲(chǔ)能。

3 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用

就儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的具體應(yīng)用來(lái)看，其優(yōu)勢(shì)眾多，能夠促進(jìn)可再生能源滲透率，推進(jìn)分布式發(fā)電發(fā)展，還能提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性，確保調(diào)峰充分，降低高峰負(fù)荷及對(duì)應(yīng)電網(wǎng)投資和電源投資。此外，通過(guò)電價(jià)設(shè)計(jì)，還能促進(jìn)電力市場(chǎng)自由化發(fā)展，但是，目前電池儲(chǔ)能依然是分布式電網(wǎng)發(fā)展中面臨的突出技術(shù)難題。就目前新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，主要包括以下幾種。

3.1 電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

這種儲(chǔ)能技術(shù)在目前新能源發(fā)電側(cè)的應(yīng)用是最為普遍的，其重要性不言而喻。就新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要是通過(guò)鋰離子電池、液流電池以及鉛酸電池，基于全新的全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)全釩液流電池以及鋰離子電池進(jìn)行性能的對(duì)比分析，研究?jī)烧叩母髯詢(xún)?yōu)勢(shì)和不足。相對(duì)來(lái)說(shuō)，全釩液流電池的使用安全性更高，能夠滿(mǎn)足電網(wǎng)安全儲(chǔ)能和運(yùn)行的需要，還具備長(zhǎng)時(shí)間充放電的應(yīng)用特點(diǎn)，所以，目前在新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能中的應(yīng)用比較普遍。在“十四五”期間，電化學(xué)儲(chǔ)能作為支撐能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)將呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示，2020 年，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能新投產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到1.56GW，首次突破GW 大關(guān)。隨著國(guó)內(nèi)新能源占比的不斷提升，儲(chǔ)能系統(tǒng)成本作為電力營(yíng)銷(xiāo)推廣的一部分逐步解決，儲(chǔ)能及備用設(shè)備行業(yè)將加速增長(zhǎng)。

3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS 技術(shù)

PCS 即儲(chǔ)能功率變換器，這一設(shè)備通過(guò)和電池組以及電網(wǎng)連接，能夠?qū)﹄娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，還能實(shí)行控制策略制定和參數(shù)設(shè)置，包括多種運(yùn)行模式，相關(guān)模式之間可以實(shí)現(xiàn)靈活切換，可以將多個(gè)PCS 模塊并聯(lián)起來(lái)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)多儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC 控制目標(biāo)。

3.3 廣域儲(chǔ)能調(diào)度技術(shù)

在新能源發(fā)電側(cè)的儲(chǔ)能中，儲(chǔ)能配合新能源運(yùn)行，一般以日調(diào)節(jié)為主，結(jié)合新能源運(yùn)動(dòng)出力。通過(guò)對(duì)新能源波動(dòng)情況的把握，相應(yīng)運(yùn)行方式和新能源出力特征也不一樣，在新能源大發(fā)的情況下進(jìn)行充電操作，然后到新能源出力的情況下降低放電。

3.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理技術(shù)

在新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中，通過(guò)不斷優(yōu)化能量管理技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓新能源消納能力得以提升，從而不斷提升發(fā)電質(zhì)量。

4 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展展望

隨著全球能源模式從傳統(tǒng)化石能源向清潔高效能源發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)也在經(jīng)歷前所未有的深刻調(diào)整。從電力能源結(jié)構(gòu)總量、裝機(jī)容量增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、單位能源生產(chǎn)成本構(gòu)成來(lái)看，清潔能源發(fā)展迅速，已成為我國(guó)加快供給結(jié)構(gòu)的重要力量。能源部門(mén)改革。發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)涉及多行業(yè)、多部門(mén)、多縣（市、區(qū)）的系統(tǒng)工程。要切實(shí)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，拉緊責(zé)任鏈條，形成合力。嚴(yán)格實(shí)施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，集聚創(chuàng)新人才和資源等多種要素，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，積極發(fā)展儲(chǔ)能等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)中高水平發(fā)展聚焦交付，推進(jìn)儲(chǔ)能能源產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，尋求發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

現(xiàn)有的新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中都存在一定的能源資源利用效率不足問(wèn)題，未來(lái)在技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，針對(duì)新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)中，要重點(diǎn)研發(fā)的雙高儲(chǔ)能器件應(yīng)用市場(chǎng)及產(chǎn)品技術(shù)，例如，中車(chē)新能源對(duì)公司最新研發(fā)的3.6V-20000F 混合電容產(chǎn)品。

功率型儲(chǔ)能器件在高功率電源、電力能源、軌道交通、新能源汽車(chē)以及工業(yè)領(lǐng)域都有眾多應(yīng)用。超級(jí)電容器雖然是一個(gè)很好的選擇，但其也有自身天然的短板，即能量密度不足，難以滿(mǎn)足更多的使用需求。通過(guò)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料肌理和制造工藝多個(gè)角度同時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，徹底打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)高比能超級(jí)電容器的規(guī)?；瘧?yīng)用。這種基于新能源的雙高儲(chǔ)能器件已經(jīng)在有軌電車(chē)、純電動(dòng)公交、電力能源等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用成效顯著。

此外，目前一些新能源儲(chǔ)能項(xiàng)目也在積極推進(jìn)中，如300MW 光伏“新能源+儲(chǔ)能”項(xiàng)目建設(shè)，在具體推進(jìn)中，要解決問(wèn)題，推動(dòng)工作。通過(guò)倒排工期、掛圖作戰(zhàn)，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，把握原則，解決好項(xiàng)目推進(jìn)中的問(wèn)題；同時(shí)要成立專(zhuān)班，壓實(shí)責(zé)任，進(jìn)一步明確各自分工，密切溝通配合，確保項(xiàng)目如期竣工投入使用。這些項(xiàng)目和技術(shù)研發(fā)工作的開(kāi)展，對(duì)于促進(jìn)新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，提升儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)化利用效率都有重要價(jià)值，也是未來(lái)技術(shù)的研究和發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，全球性的生態(tài)環(huán)境危機(jī)加劇，人們的生態(tài)環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，需要在社會(huì)生產(chǎn)和生活中強(qiáng)化新技術(shù)應(yīng)用，確保環(huán)保和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。新時(shí)期，創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享五大發(fā)展理念及實(shí)現(xiàn)能源的“四個(gè)革命”“一個(gè)合作”，是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的重要保證。國(guó)家通過(guò)儲(chǔ)能示范工程建設(shè)，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，降低儲(chǔ)能建造成本，為大規(guī)模新能源接入電力系統(tǒng)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高提供更大空間。從目前新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，包括多種儲(chǔ)能技術(shù)類(lèi)型，不同的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用有其不同的優(yōu)勢(shì)，也存在一些不足，但是總體來(lái)看，新能源發(fā)電側(cè)目前的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中，相關(guān)技術(shù)本身都存在一些優(yōu)缺點(diǎn)，研究新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用，能夠促進(jìn)技術(shù)的研究和發(fā)展，為新時(shí)期新能源發(fā)電側(cè)改善儲(chǔ)能技術(shù)，提升能源利用效率具有重要意義。