儲能系統分析及其在新能源項目中的應用前景

張靜

摘? 要：2018年，海外市場部投標兩個儲能項目，由于儲能系統的前瞻性，之前的工作對儲能系統的配置并沒有了解。在整個投標過程中海外市場部積累了一些寶貴信息，現就投標項目隊儲能系統進行技術介紹，同時分析一下儲能系統的構成，不同接線優缺點，技術經濟性比較，以及其應用前景，希望在將來的新能源儲能系統的項目中起到指導和借鑒的作用。首先，介紹儲能系統的作用、構成，介紹關鍵設備儲能原件的種類、優缺點;其次，分析儲能系統不同的接線方式及其優缺點;最后，分析儲能系統的應用前景，為后續新能源儲能項目的設計和投標工作提供參考。

關鍵詞：儲能系統? 儲能原件? 交流側儲能? 直流側儲能? 儲能前景分析

中圖分類號：TM73 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0105-02

1? 儲能系統介紹

儲能系統，顧名思義，是由能夠按照要求對電能進行儲存并在合適的時間按照要求釋放的系統簡稱。英文描述為BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM，簡稱為BESS。儲能系統在國內新能源項目已經有較多應用實例，多為試驗性項目，儲能系統在目前的應用場景中按照應用目的分主要有以下幾種：平滑輸出、削峰填谷、減少棄光（風）、優化調度以及微電網。

2? 存儲單元的介紹和分析

儲能系統的核心部件是能夠儲存和釋放電能的電能存儲單元，是儲能項目中最關鍵的系統/設備，整個儲能項目的技術優劣、使用壽命、投資收益等都取決于存儲單元的性能。應用在新能源儲能系統上的儲能原件目前的主流為以下兩種形式：蓄電池和超級電容。

蓄電池是電化學儲能設備，包含鋰離子、液流、鉛碳、鉛酸、鈉硫等各種形式，每一種又可以分為很多細類，此處不展開。電化學能電池的共同點特點為能量密度高，平均輸出電壓高。每一種蓄電池又有其自身的特點，需要根據項目的需求進行分析后選擇。

3? 儲能系統構成及典型接線分析

儲能系統的主要構成為：儲能蓄電池（超級電容也有使用）、蓄電池管理系統（BMS）、雙向儲能變流器（PCS）或雙向DC/DC變流器（DC/DC converter）、電能管理系統（EMS）等。蓄電池管理系統BMS保證蓄電池的正常運行，由蓄電池廠家提供并完成蓄電池和BMS的集成，并由其保證整個蓄電池的運行安全和性能。PCS和DC/DC converter是完成將電能儲能到蓄電池和從蓄電池釋放的設備，電池儲放電時間和功率的控制由PCS或DC/DC converter的功率決定。EMS系統的作用是對整個儲能系統與微電網進行智能分析、能量管理和實時監控。

蓄電池系統目前主要由廠家進行集成，整體性能由廠家進行保證，設備以20ft集裝箱式發貨到現場，集裝箱內接線工作出廠已完成，并配備齊全的暖通，消防系統，安裝工作較為簡單。

目前儲能系統的接線方式主要分為交流側儲能接線方式和直流側儲能接線方式。交流側儲能為從光伏逆變器之后的交流系統進行引接儲能，集中式交流側儲能典型示意圖如圖1所示。

直流側儲能為分布式直流儲能，儲能單元直接從逆變器的直流母線側引出并聯分支，進行分散儲能，釋放電能的交流回路直接采用原光伏逆變器回路進行直交流轉換。

其中在中壓匯流母線段進行的交流側集中儲能目前應用較為成熟，不存在較大的技術風險，也比較適合大規模儲能項目。交流側儲能的優點在于儲能系統與光伏系統相對獨立，可以進行集中控制和管理，調度和控制較為簡單，擴展方便，適用于大規模上網電能的應用。缺點就是因為充放電回路中需要單獨經過逆變和降壓，會增加這部分設備的投入，同時增加了設備和線路損耗，效率較直流側偏低。同時，交流側集中儲能，“棄光”電能無法利用。而直流側儲能，儲能過程不需要降壓變壓器，而是通過DC/DC轉換器進行直流儲能，而且一般不需要額外配置光伏組件，可以直接利用perk hour的“棄光”電能進行儲能，因此設備利用率高，轉化效率高。直流側儲能需要在直流側集合光伏控制單元和電池充放單元，這種形式直流轉換器需要與光伏逆變器進行耦合，會影響到逆變器的MPPT工作精度，降低光伏發電效率，并且此功能傳統光伏逆變器無法承擔，需要專用逆變器配合，一般只適用于小型規模的儲能方案。

目前國內華能清潔能源研究院正在研究并提出了DC/DC控制器原理，可以實現雙擾動源的交互和分時獨立控制，不影響光伏組件最大功率輸出，不再需要與逆變器進行配合。其設備的應用案例為華能青海格爾木集中式光伏電站一期儲能示范項目1.5MW/3.5MWh儲能系統。該項目包含鉛炭電池、磷酸鐵鋰電池等多種儲能電池種類，采用光儲管理系統進行直流側儲能，解決了光伏電站的棄光問題。如果直流側儲能轉化原件可以實現技術上的突破，讓直流側儲能變得便于控制管理，則真正意義上實現了“棄光”的再利用。

綜上，交流側儲能和直流側儲能的主要優缺點如表1所示。

投資方需要根據儲能目的和預期投入來綜合比較選擇最合適的儲能方案。

4? 應用前景分析

由于電網對光伏和風電站的輸出容量隨時進行調整，一些光伏和風項目的“棄光”“棄風”比例非常高，導致電站的投資收入差，對電站造成嚴重的經濟損失。隨著目前一些項目向多種能源互補發電的方向發展，多種能源發電配合和區間調整需要考慮能量存儲和釋放作為調度協調和提高效率，儲能系統將會得到應用。隨著技術革新，如果儲能系統能從產品可靠性、安全性、價格等方面逐步改進，則儲能系統在光伏和風電、一些小規模分散能源、多能互補能源項目上就可以得到大規模的應用，應用前景較為可觀。

參考文獻

[1] （英）戴維·林登，托馬斯B.雷迪，著.電池手冊[M].3版.汪繼強，譯.北京：化學工業制版社，2007.

[2] 彭彬，朱勇，馬天馳.基于應用層邏輯的分布式集群架構在生物計算中的應用[J].計算機系統應用，2007，16（6）：62-66.

[3] 張永東，金晶.儲能技術在電力系統中的應用現狀與前景[J].信息系統工程，2018，289（1）：104.