新能源發電系統中儲能系統的應用探究

李中奇

（南京南瑞繼保工程技術有限公司， 江蘇 南京 211102）

0 引言

2022 年，我國發布了《關于促進儲能技術和產業發展的若干意見》，提出到2030 年建設一批示范性儲能項目，推動儲能技術的研發創新和產業化應用。在此背景下，儲能技術不斷創新，成本也逐漸下降，儲能系統在新能源發電系統中的應用前景更加廣闊。因此，深入探究儲能系統的應用策略，優化其在新能源發電系統中的角色，將為實現可持續、穩定地能源供應體系提供有力支持。新能源發電在輸出波動性方面存在一定挑戰，而電網儲能系統的引入有助于平衡電網負荷，提升電力系統的穩定性。因此，未來的發展趨勢將更加側重于探索可靠的電網儲能解決方案，以應對電力系統的日益復雜的運營環境。

1 儲能系統分類與工作原理

1.1 機械儲能

機械儲能系統是一類將能量以機械形式存儲的儲能技術，其工作原理基于能量的動態轉換和儲存，主要包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能和液壓儲能等不同類型[1]。

1）壓縮空氣儲能。壓縮空氣儲能系統通過將電能轉化為機械能，將空氣壓縮儲存于儲氣罐中，當電力需求增加時，釋放壓縮空氣來驅動渦輪機發電，此系統能夠快速響應電力需求，提供較大的儲能容量，適用于長時間的能量儲存和釋放。

2）飛輪儲能。飛輪儲能系統則利用高速旋轉的飛輪來存儲機械能，通過電機將電能轉化為飛輪的旋轉動能，再在需要時將其轉化為電能[2]。飛輪儲能系統具有快速響應能力，適用于短時間內的高功率輸出，如頻率調節和瞬時負荷平衡。

3）液壓儲能。液壓儲能系統將電能轉化為液壓能，通過液壓泵將液體儲存于儲液器中，需要時通過液壓馬達將液體轉化為機械能，推動發電機發電。液壓儲能系統在能量密度和響應速度方面表現出色，適用于中長時間的能量儲存和釋放。

1.2 電化學儲能

電化學儲能是一種利用電化學反應將電能轉化為化學能，或者將化學能轉化為電能的儲能技術。電池是一種將化學能轉化為電能的裝置，其內部通過電化學反應將儲存的能量轉化為電能輸出。電池技術的種類繁多，其中最常見的是鋰離子電池，被廣泛應用于移動設備、電動車輛和儲能系統中。鋰離子電池通過鋰離子的嵌入和脫嵌來實現電能的儲存和釋放，具有高能量密度和較長的壽命。此外，鈉離子電池、鉛酸電池等也在特定領域得到應用。電化學儲能系統具有能量密度高、響應速度快、循環壽命長等優勢，適用于多種應用場景。然而，電池技術仍面臨著成本、循環壽命和環境影響等方面的挑戰，需要進一步地研究和改進。

2 新能源發電系統中的新型技術分析

2.1 太陽能發電技術

通過光伏板將太陽輻射轉化為電能，太陽能發電系統為新能源發電領域注入了更多的清潔、可持續能源。然而，太陽能發電具有間歇性和波動性，其能源輸出受到日照強度、天氣等因素的影響，限制了其穩定供電能力。這時，新型儲能技術的應用顯得尤為重要。以鋰離子電池為代表的電化學儲能技術，已成為太陽能發電系統的主要儲能解決方案之一。根據數據統計，電化學儲能技術在太陽能發電系統中能夠提高自給率約20%～30%。通過將白天過剩的太陽能儲存起來，晚上或陰雨天釋放，太陽能發電系統的穩定性和可靠性得到了顯著增強。此外，壓縮空氣儲能技術也逐漸在太陽能發電系統中得到應用。通過將太陽能產生的電能用于壓縮空氣，存儲在儲氣罐中，然后在需要電能時釋放，壓縮空氣儲能系統為太陽能發電提供了一種高效的能量存儲方式，提升了系統的可用性。

2.2 風能發電技術

風能發電技術是一種重要的可再生能源形式，利用風的動力將其轉化為電能，這一技術的核心是風力發電機，它由風輪、發電機和塔架等組成。當風吹過風輪時，風輪葉片受到氣流的沖擊而轉動，驅動內部的發電機產生電能。風能發電技術有許多優勢。首先，它是清潔能源，不產生溫室氣體和污染物，對環境友好。其次，風能廣泛分布，可在全球大部分地區獲得，具有很高的可再生性。此外，風能發電具有可預測性，通過氣象數據分析可以比較準確地預測風能的產生，有助于電網的穩定運行。風能發電也可以與其他能源形式相結合，形成混合能源系統，進一步提高能源的穩定性和可靠性。然而，風能發電技術也存在一些挑戰，風能的利用需要具備適宜的風速，因此并非所有地點都適合建設風電場。此外，風能的不穩定性也可能影響電網的平穩運行，需要采取儲能等措施進行調節。風力發電機的制造和安裝需要大量投資，但隨著技術的發展和規模的擴大，成本逐漸下降。風能發電技術作為清潔、可再生的能源形式，在未來能源體系中將扮演越來越重要的角色。

2.3 地熱能發電技術

地熱能發電技術是利用地球深部的熱能來產生電力的一種可持續能源形式，這一技術主要利用地殼內部的熱量積累，通常通過鉆探深井將地熱能帶到地表。地熱能發電可以分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用通過將地熱水蒸氣直接用于加熱建筑、溫室或工業過程，而間接利用則通過地熱水蒸氣驅動渦輪發電機產生電能[4]。地熱能發電具有許多優勢。首先，地熱能是一種穩定的能源來源，不受天氣條件和季節變化的影響，可以實現持續穩定的電力供應。其次，地熱能發電不會產生溫室氣體和空氣污染物，對環境友好。此外，地熱能在適宜的地區廣泛分布，尤其適合用于偏遠地區或島嶼等電力供應相對困難的地方。然而，地熱能發電技術也面臨一些挑戰。首先，它的利用受限于地熱資源的地理分布，只有在一些特定地區才能夠充分利用。其次，鉆探和開發地熱能資源需要高成本投資，可能存在經濟上的考慮。此外，地熱能開發過程中需要注意地下水的管理，以避免地下水資源受到破壞。

3 現階段我國儲能系統的應用現狀

當前，隨著新能源發電技術的快速發展，儲能系統作為其關鍵支撐正日益受到廣泛關注。不同類型的儲能技術在實際應用中展現出了卓越的潛力，從平衡能源波動到優化能源管理，再到支撐電網穩定，都在新能源領域展現出獨特的價值。然而，儲能系統的最優應用策略仍需深入探究，以更好地引領新能源發電系統朝著更穩定、可持續的方向發展。

3.1 新能源電站建設

我國新能源電站建設模式目前呈現多元化趨勢，主要涵蓋了地面光伏電站、地面風電基地以及抽水蓄能電站等多種模式。地面光伏電站的發展路徑主要集中在政府引導、開發商投資和企業運營等途徑，在政府政策層面的引導下，為光伏+儲能模式的發展提供了支持。同時，不少開發商也將目光投向了光伏領域，通過投資建設光伏電站來獲取可再生能源的收益。2022 年，我國太陽能發電站建設取得了很大成果，具體建設情況及相關指標見表1。此外，對于儲能技術的應用，國家發改委也已制定了明確的政策，根據《可再生能源電價附加資金管理辦法》要求，儲能裝置在新能源發電系統調峰方面發揮著重要作用，作為補充能源的角色備受重視。

表1 太陽能發電站建設情況

3.2 大規模儲能電站建設

2022 年，作為全面推進“十四五”規劃的重要節點，我國在可再生能源領域取得了令人矚目的進展。過去的一年，可再生能源的增設規模達到1.52 億kW，占國內新發電裝機容量的76.2%，成為新增電力裝機的主要來源[5]。這一趨勢推動可再生能源在全國發電總裝機容量中的比例提升至47.3%。并且，可再生能源在全社會用電量中貢獻了31.6%，總年發電量達到2.7 萬億kW·h。特別值得關注的是，風電和光伏發電在這一年的年發電量首次突破1 萬億kW·h，幾乎接近國內城鄉居民的日常用電總和，這無疑彰顯了可再生能源在國內能源結構中的日益重要地位。可再生能源不僅為中國的能源供應安全提供了堅實保障，同時也在全球范圍內發揮著日益明顯的影響。數據顯示，2022 年全球新增可再生能源裝機容量達到2.95 億kW，增長率高達9.6%。中國成為全球可再生能源發電新增裝機容量最大的貢獻者，其占比高達全球新增裝機容量的51.7%。現階段，我國可再生能源發電的新增裝機容量占全國新增裝機容量的76.2%，正成為電力裝機的主體力量，這一勢頭進一步表明了中國在可再生能源領域的引領地位以及對可持續能源發展的堅定承諾。

3.3 電化學儲能發電系統

電化學儲能發電系統作為一種關鍵的能源儲存技術，正在全球范圍內迅速發展，并在能源轉型中發揮著重要作用。其主要應用于平衡能源供需、提升電網穩定性以及促進可再生能源的高效利用等領域，其現狀可從技術創新、市場應用和發展前景等方面進行分析。首先，在技術創新方面，電化學儲能發電系統經歷了顯著的進步。新型電池技術如鋰離子、鈉硫、鈉離子等不斷涌現，提高了儲能密度和循環壽命。此外，電池的智能化管理和控制系統的不斷完善，使得儲能系統能夠更好地響應電網需求，實現智能充放電，進一步提升了系統的性能和可靠性。其次，在市場應用方面，電化學儲能發電系統已經在能源領域得到廣泛應用。不僅在大規模儲能電站中被廣泛采用，而且在分布式能源系統、微電網和家庭儲能方面也表現出強大潛力。此外，政策的支持和市場化機制的推動，加速了電化學儲能發電系統的商業化應用。在電力市場中，儲能系統的靈活性賦予其調峰、削峰填谷等功能，提升了電網的穩定性和可靠性。

4 結語

本文對新能源發電系統中儲能系統的應用策略進行了探究分析，以及不同類型儲能技術在新能源發電系統中的應用現狀進行了全面梳理。通過深入研究，深刻認識到儲能技術在解決新能源波動性、提高電力系統魯棒性以及優化能源管理等方面的重要作用。在國家政策的引領下，越來越多的地區將儲能技術作為能源領域的重點發展方向，并制定了一系列支持政策。儲能技術的進步將不僅為能源結構的升級換代帶來巨大機遇，更有助于構建更加清潔、可持續的能源供應體系。