儲能在新能源中的應用分析

華潤電力技術研究院有限公司 唐芳純

新能源行業特別是風能和太陽能發電受外部環境的變化輸出功率呈現出間歇性和波動性，儲能技術可解決發電中棄風棄光、平滑輸出、跟蹤出力并可參與電網調頻的業務，在國家的政策指導下各地發布了輔助調頻、新能源發電的相關政策，促進了儲能技術商業化的步伐；通過分析儲能在風能和太陽能發電中的常用幾種應用方式特點為儲能技術在風能和太陽能發電中的應用提供參考。

2020年全國新增風力發電裝機7167萬kW、太陽能發電裝機4820萬kW，風光新增裝機之和約為1.2億kW，占總電源新增裝機容量的63%左右；為落實“30·60”碳達峰、碳中和目標，風能、太陽能發電總裝機容量到2030年時將達到12億kW以上。

風能和太陽能發電的間歇性、不穩定性的特點對電網系統的穩定性和安全性帶來較大的負面影響；儲能技術的應用可以快速響應電網系統對新能源系統出力的要求，實現功率動態調節，減少外部條件對新能源發電影響，實現新能源發電可控性從而減少對電網沖擊，對提高電力系統靈活性和促進可再生能源消納具有重要意義。

1 儲能的應用場景

按儲能時長的不同應用場景可分為容量型、能量型、功率型和備用型四類。

1.1 容量型儲能場景

一般要求連續儲能時長不低于4h，如削峰填谷和離網儲能場景。容量型儲能技術種類包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲熱蓄冷、儲氫儲碳、鈉硫電池、液流電池、鉛炭電池等。

1.2 功率型儲能場景

一般要求連續儲能時長在15～30min，如調頻和平滑功率波動場景，儲能系統可實現瞬間吸收或釋放能量支撐功率的快速變化的要求。功率型儲能技術包括超導儲能、飛輪儲能、超級電容器、鈦酸鋰電池、倍率≥2C型磷酸鐵鋰電池或三元鋰電池。

1.3 能量型儲能場景

該場景介于容量型和功率型之間，一般要求連續儲能時長在1～2h之間，可實現調峰調頻和緊急備用等復合應用場景，如獨立儲能電站、電網側儲能，0.5C或1C型磷酸鐵鋰電池。

1.4 備用型儲能場景

一般要求儲能時長不低于15min，在電網斷電或電壓不穩定時作為不間斷電源提供緊急電力，如數據中心和通訊基站備用電源等。儲能設備包括鉛酸電池、梯級利用電池、飛輪儲能等。

2 儲能的應用方式

儲能在風電場應用方式可分為集中式和分散式，在光伏電站應用方式包括直流側或交流測安裝儲能設施。

2.1 風電場分散式應用方式

在風電機組輸出交流測并聯儲能裝置可與風電機組共用箱變，并利用儲能裝置在限電時充電儲能在風速低時放電從而達到減少棄風，以及利用儲能裝置提供電網調頻輔助服務；系統拓撲如圖1所示。

圖1 交流測分散式系統拓撲圖

圖2 直流側分散式系統拓撲圖

圖3 集中式儲能系統拓撲圖

圖4 交流測儲能拓撲圖

圖5 直流側儲能技術拓撲圖

在風電機組直流側并聯儲能裝置（超級電容），機組可參與一次調頻功能服務，并同時能增強機組的低、高電壓穿越能力；同超速減載運行控制方法、轉子慣量和預留備用容量參與一次調頻相比，增加儲能裝置的風電機組可以始終運行在MPPT模式，系統拓撲如圖2所示。

2.2 風電場集中式應用方式

在風電場35KV交流測并聯儲能裝置，風電場可利用儲能系統對發電量進行削峰平谷及參與電網調頻輔助服務，并可解決轉子慣量方式參與一次調頻時在轉速恢復時發生頻率二次跌落問題，系統拓撲如圖3所示。

2.3 光伏電站儲能應用方式

在光伏電站增加儲能裝置，光伏電站可利用儲能系統充放電可解決棄光，并實現平滑功率波動和削峰平谷，及參與電網調頻輔助服務；應用中有交流測和直流側增加儲能設備，系統拓撲如圖4、圖5所示。

直流側增加儲能設備可解決儲能系統與光伏電站間接入匹配問題，同交流側增加儲能設備相比具有優勢，其一利用原系統的逆變設備、升壓設備和電纜線路減少占地和投資，其二光伏電站出線容量沒有變化減少相關審批手續等問題。

3 總結與展望

目前，國內儲能行業處于發展階段，相關的政策法規需進一步完善；在電網側儲能設施不計入電網企業輸配電業務成本核算情況下要保證電網安全情況下，電網公司或地方要求新能源發電端預留備有容量用于電網一次調頻，需解決好商業化模式以打破一方投資、多方受益及無人買單的“怪圈”；建立建全儲能標準體系促進行業有序發展，提升全行業的盈利能力保證行業健康快速發展；并應提前布局電池壽命到期后的回收及處理問題，避免二次污染。