新能源發電側儲能技術和應用研究

張振宇

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

社會發展和電力應用是息息相關的，電力是重要的基礎性能源，其平穩有序的供應直接影響著社會的生產生活。但是，風電新能源生產在緩解能源緊張和生態污染的同時，在具體的并網中也存在一些問題，影響其應用效率和成本。對此，研究新能源發電側儲能技術十分必要，這對于新能源的高效、安全、低碳應用都至關重要。在儲能領域，要體現以設計為先導，以技術為起點，以市場為導向，不斷探索和試驗，目前，與此相關的項目正在我們多個地區實施，水光能互補、軍民融合、可再生能源建設、光伏儲能、發電項目以及這些儲能技術如何在新一輪能源轉型中發揮優勢和作用，是值得探討的重要話題，需要進一步研究。能源轉型承載著人們對美好生活的需求和向往，相關研究可以共同探討風能和太陽能儲能電站的項目規劃、安全建設、系統集成技術應用、運行模式、電網接入、標準體系和評估機制、調度模式、儲能項目提交、審批流程和體制機制等，有利于繼續為儲能行業的持續穩定發展做出更多貢獻。

1 新能源發電側儲能系統重要性

就新能源發電工程來看，作為一種可循環利用、可再生能源，新能源類型多樣，如太陽能、風能、地熱能、海洋能、核聚變能等，目前新能源已經實現了在很多社會生產和生活領域的應用。如太陽能在生活中應用比較多，在解決能源供應緊缺問題的同時，也讓能源應用的便利性不斷提升。傳統能源在具體開發利用中，導致地球環境破壞嚴重，加上能源緊缺加劇，對新能源的使用是必然趨勢。在發電過程中進行新能源，可以減少對傳統能源的消耗，有利于環境保護和成本控制。新能源發電優勢眾多，但是在新能源發電側，儲能一直是一個重要技術性問題。新增發電的隨機性、中斷性和波動性難以控制，容易在弱電網地區造成電網電壓和頻率穩定問題。同時，一些地區風電停電率居高不下，除了減緩用電量增速，保持高裝機低負荷外，新能源發電和輸電線路需要進一步改善。在新能源發電方面，建設大型儲能電站具有規模大、設備單位成本低、土地建設投資少、電網支撐投資少等優勢，有利于促進可再生能源消納，緩解風電停電等日益突出的問題，提高電網安全穩定運行。

目前的城市生產和生活離不開電能支持，而通過新能源發電側儲能系統應用，能夠帶來多方面積極影響。

（1）促進火電機組調峰能力增強。在電網的具體運行中，需要大量裝機容量供熱機組，但是多數情況下，在進入供暖期后，電網調峰能力下降，對相應儲能系統的電網調峰能力有重要影響，在新能源發電側儲能系統中，應用有效的儲能技術，可以促進大容量儲熱目標實現，強化機組在供暖期的調整能力。

（2）增強電網穩定性。目前，我國對可再生能源的開發和研究力度還在持續加大，而在用的傳統機組容量降低容易導致系統慣性不足，對電網安全和穩定運行會造成一定危害，而借助快速響應的儲能系統應用，可以對過程中出現的頻率波動進行控制，確保電網的安全、穩定、有序運行。

（3）減少電網峰谷差。電網峰谷差大，而使用峰谷電價且電力用戶負荷峰谷差突出的電力用戶，可以通過用戶或第三方投資建設儲能系統，實現價格套利，還可以參與競爭，這對于降低電網峰谷差是有利的。

（4）減少斷面受阻。目前電網的覆蓋面比較廣，送電距離長，可以在新能源發電側，配置大規模儲能系統，不斷降低因為斷面受阻導致的棄風棄光電量問題。

2 新能源發電側儲能方式

在目前的新能源發電中，儲能方式主要結合的儲能原理包括機械儲能、電化學能力存儲、電磁儲能等。通過對電能向其他能的轉換存儲，在需要的情況下，再將其轉化為電能傳輸出去。其中，機械儲能包括抽水儲能、飛輪儲能等。前者指的是在電力系統中應用廣泛的儲能技術，在削峰填谷、調相以及緊急事故處理等過程中應用，對于促進相關電站以及核電站的運行效率提升具有積極作用。后一種儲能方式能夠根據相應容量建造，實際儲存能量的釋放時間從幾小時到幾天不等，其儲能綜合利用效率約為70%～85%。相對而言，抽水蓄能模式可以滿足大規模的儲能需求，但是因為水文條件影響，這種儲能方式對于環境造成的破壞比較嚴重，因此使用受限。而飛輪儲能模式主要是通過電動機帶動飛輪高速轉動，將電能轉化為動能儲存，在需要的情況下，再通過飛輪轉動帶動發動機發電來輸出電能。這種儲能技術模式應用中，需要不斷研究提升能量密度的復合材料以及超導磁懸浮技術，這對于降低能量損耗至關重要。通過提升復合材料能量密度，可以提升系統儲能密度，降低系統體積和重量。此外，電化學儲能原理是通過對電能轉化為化學能的方式對其進行存儲，在需要時將其轉化為電能傳輸出去，這種儲能方式是通過鋰電池、鉛酸蓄電池等儲能。

3 新能源發電側儲能技術應用

就儲能技術在電網中的具體應用來看，其優勢眾多，能夠促進可再生能源滲透率，推進分布式發電發展，還能提高電網運行的安全和穩定性，確保調峰充分，降低高峰負荷及對應電網投資和電源投資。此外，通過電價設計，還能促進電力市場自由化發展，但是，目前電池儲能依然是分布式電網發展中面臨的突出技術難題。就目前新能源發電側儲能技術應用來看，主要包括以下幾種。

3.1 電化學儲能技術

這種儲能技術在目前新能源發電側的應用是最為普遍的，其重要性不言而喻。就新能源發電技術應用來看，電化學儲能技術主要是通過鋰離子電池、液流電池以及鉛酸電池，基于全新的全釩液流儲能系統技術，對全釩液流電池以及鋰離子電池進行性能的對比分析，研究兩者的各自優勢和不足。相對來說，全釩液流電池的使用安全性更高，能夠滿足電網安全儲能和運行的需要，還具備長時間充放電的應用特點，所以，目前在新能源發電側儲能中的應用比較普遍。在“十四五”期間，電化學儲能作為支撐能量轉換的關鍵技術將呈現快速發展趨勢。據相關機構統計顯示，2020 年，我國電化學儲能新投產規模將達到1.56GW，首次突破GW 大關。隨著國內新能源占比的不斷提升，儲能系統成本作為電力營銷推廣的一部分逐步解決，儲能及備用設備行業將加速增長。

3.2 儲能系統PCS 技術

PCS 即儲能功率變換器，這一設備通過和電池組以及電網連接，能夠對電路拓撲結構進行優化，還能實行控制策略制定和參數設置，包括多種運行模式，相關模式之間可以實現靈活切換，可以將多個PCS 模塊并聯起來運行，實現多儲能系統的SOC 控制目標。

3.3 廣域儲能調度技術

在新能源發電側的儲能中，儲能配合新能源運行，一般以日調節為主，結合新能源運動出力。通過對新能源波動情況的把握，相應運行方式和新能源出力特征也不一樣，在新能源大發的情況下進行充電操作，然后到新能源出力的情況下降低放電。

3.4 儲能系統能量管理技術

在新能源發電側儲能技術應用中，通過不斷優化能量管理技術的應用，能夠讓新能源消納能力得以提升，從而不斷提升發電質量。

4 新能源發電側儲能技術發展展望

隨著全球能源模式從傳統化石能源向清潔高效能源發生根本性轉變，我國能源結構也在經歷前所未有的深刻調整。從電力能源結構總量、裝機容量增長結構、單位能源生產成本構成來看，清潔能源發展迅速，已成為我國加快供給結構的重要力量。能源部門改革。發展儲能產業是一個涉及多行業、多部門、多縣（市、區）的系統工程。要切實加強組織領導，拉緊責任鏈條，形成合力。嚴格實施創新發展戰略，集聚創新人才和資源等多種要素，發揮資源優勢，積極發展儲能等戰略性新興產業，加快新舊動能轉換，促進產業中高水平發展聚焦交付，推進儲能能源產業健康快速發展，尋求發展新的經濟增長點。

現有的新能源發電側儲能技術應用中都存在一定的能源資源利用效率不足問題，未來在技術研發過程中，針對新能源發電側儲能系統設計和技術開發中，要重點研發的雙高儲能器件應用市場及產品技術，例如，中車新能源對公司最新研發的3.6V-20000F 混合電容產品。

功率型儲能器件在高功率電源、電力能源、軌道交通、新能源汽車以及工業領域都有眾多應用。超級電容器雖然是一個很好的選擇，但其也有自身天然的短板，即能量密度不足，難以滿足更多的使用需求。通過從產品結構、材料肌理和制造工藝多個角度同時進行創新研發，徹底打破國外技術壟斷，實現高比能超級電容器的規模化應用。這種基于新能源的雙高儲能器件已經在有軌電車、純電動公交、電力能源等多個領域實現了商業應用，應用成效顯著。

此外，目前一些新能源儲能項目也在積極推進中，如300MW 光伏“新能源+儲能”項目建設，在具體推進中，要解決問題，推動工作。通過倒排工期、掛圖作戰，堅持問題導向，把握原則，解決好項目推進中的問題；同時要成立專班，壓實責任，進一步明確各自分工，密切溝通配合，確保項目如期竣工投入使用。這些項目和技術研發工作的開展，對于促進新能源發電側儲能技術應用和發展，提升儲能和轉化利用效率都有重要價值，也是未來技術的研究和發展方向。

5 結語

現階段，全球性的生態環境危機加劇，人們的生態環保意識不斷增強，需要在社會生產和生活中強化新技術應用，確保環保和社會的可持續發展目標實現。新時期，創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念及實現能源的“四個革命”“一個合作”，是我國能源可持續發展的重要保證。國家通過儲能示范工程建設，推動儲能技術的發展和應用，降低儲能建造成本，為大規模新能源接入電力系統，為國民經濟發展和人民生活水平提高提供更大空間。從目前新能源發電側儲能技術的應用情況來看，包括多種儲能技術類型，不同的儲能技術應用有其不同的優勢，也存在一些不足，但是總體來看，新能源發電側目前的儲能技術應用中，相關技術本身都存在一些優缺點，研究新能源發電側儲能技術應用，能夠促進技術的研究和發展，為新時期新能源發電側改善儲能技術，提升能源利用效率具有重要意義。