移動式儲能電站發展現狀及市場前景探析

江卓， 夏向陽

（長沙理工大學，湖南長沙 410114）

0 引言

當前新能源發電、微電網和智能電網等應用范圍逐步擴大，而傳統電力系統中也出現了很多新問題，要重點解決電力系統振蕩后穩定性問題，提高電能質量與供電可靠性，確保工業用戶用電成本有效降低。移動式儲能電站雖然容量不大，但卻擁有位置靈活、反應時間短等特點，可以用于應急電源，在穩定電網等方面應用潛力巨大。

1 移動式儲能電站特點分析

電池儲能系統在輸變電、電網發電上應用價值很大，其中固定式儲備電站容量通常很大，典型功率基本上超過了1 MW，可運行數小時，在發電、輸電和變電等環節應用[1]。在接入發電時能夠顯著提升大規模風、光發電安全并網運行能力；在接入輸電側，可以讓電能得到高效利用，為輸電過程穩定奠定基礎，減少資金上的投入。變電側主要具備削峰填谷的作用，避免負荷失衡，讓供電環節不會發生峰谷差現象。由于系統涉及儲能電池、電能管理和功率轉換等部分，并在能量管理系統中有效調度控制儲能系統，容量通常很小，具有位置靈活、移動方便和長途運輸等優勢，現場安裝操作也很簡單，能夠快速響應，在可靠性與安全性上有保障。圖1所示為移動式儲能電站接入配電網和微電網示意圖。配電網末端能夠保證供電穩定性與可靠性，在微電網中移動式儲能電站可以與電網進行能量交換，保證電網運行更加穩定[2]。移動式儲能電站還具備應急電源功能，為重要負荷備用電源。

圖1 移動式儲能電站接入配電網和微電網示意圖

2 移動式儲能電站發展現狀

2.1 儲能技術分類

移動式電池儲能系統詳見圖2，該系統利用特定裝置或物理介質以多種方式儲存各種形式能量。現階段大規模儲能技術應用水平還不能達到電力系統需求，而適合新能源接入應用儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能以及電化學儲能等。其中抽水蓄能技術較為成熟，其他儲能技術應用不夠成熟，而鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等新型電化學儲能技術發展速度很快，發展潛力較大，應用前景也很廣闊[3]。對移動式儲能電站來說，常用儲能方法包括鉛酸電池、鉛碳電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池和飛輪儲能等。移動式鋰電池技術的發展能有效帶動其他領域技術更新與升級。

圖2 移動式電池儲能系統

2.2 電池管理系統

當前在大容量儲能系統中采用鋰離子電池為儲能載體，突出問題是電池成組設計后，相比于電池單體在安全性能、使用壽命上有所降低，嚴重時可能出現電池燃燒或爆炸等情況，其原因是電池性能方面差異非常顯著[4]。特別是單個電池在性能上不同，容量小的電池充電時極易發生過充的現象，放電中也產生過放問題，對電池造成嚴重破壞。單體鋰電池過充/放電，將大幅提高內阻，系統安全與壽命都會受到影響。小容量電池最先出現損壞，會降低容量并增大內阻，長期使用中會造成全部電池在性能上越來越差。一般來說電池通過上萬個單體電池串并形成，能滿足系統容量方面的要求，通常情況下要達到100 kW/15 min。系統中串聯了64個電池模塊，各電池模塊有8個電池單體，電壓最高為900 V。為提高整組電池效果，既要維持單體電池電性能不變，同時必須注意加大電池管控力度，確保大容量電池組始終處于穩定狀態，需要設置電池管理系統。該系統可以監測電池的電壓、電流、溫度、電池荷電、電池健康等，以提高蓄電池充放電過程中的安全性。發生問題時能報警，便于及時采取處理措施，優化控制蓄電池運行，提高其安全性、可靠性和穩定性。電池管理系統直接影響著儲能效果，關系著整個儲能系統運行的有效性。

2.3 功率轉換系統

在電池儲能載體與電網交互過程中，離不開儲能功率轉換系統，對該系統工作狀態進行控制，讓能量在儲能電池與交流電網中實現雙向互動。圖3為移動式儲能電站電源系統構成，在能量流動過程中，系統可以對其控制，同時網側功率因數、有/無功功率之間的交換也處于控制之中，可以進行整流或逆變等方式運行。在整流運行過程中，系統在電網中完成電能交換后，可以滿足儲能電池充電要求，逆變條件時電網可以接收系統的電能，滿足電網供電需求[5]。系統結合電網反饋狀態要求，有針對性地改變有功或無功功率的傳輸。在系統通過對直流母線端與電池組的連接，調節VSC調制比m與功角差δ，讓VSC四象限運行不受影響，實現有功與無功之間的正常交互，這樣PCC點電壓和頻率也始終處于穩定狀態。

圖3 移動式儲能電站電源系統

2.4 能量管理系統

在移動式儲能電站設計能量管理系統，能夠提高監測與控制的效果，實現保護目標，特別是能夠讓儲能電池、電池管理與功率轉換系統得到控制，確保相關參數可以及時優化與調節。現場設備向系統上傳數據，在對各項數據處理過程中，可以發揮控制與報警等功能，并對未來發展趨勢進行準確研判，提高對儲能系統各方面情況的監控效果，同時根據電池系統、功率轉換系統運行狀態，對電池系統、功率轉換系統等采用最優運行算法[6]。對電池系統、功率轉換系統等參數實現改進與優化，讓移動式儲能電站始終保持良好運行狀態。若現場設備發生故障，能量管理系統能夠對其實現故障診斷。系統為分層分布式，主要包括間隔層和站控層，前者包括保護、測控、規約轉換器等部分，后者主要包括監控主機、工程師站、遠動、高級策略控制器等部分，兩者通過千兆以太網進行連接。

3 移動式儲能電站市場前景分析

隨著儲能技術與應用策略越來越成熟，并在各項標準規范上進行統一，同時大幅度降低成本，實現規模化生產目標，有利于實現我國能源結構向低碳化轉型的目標[7]。未來儲能電站市場規模增長速度將在10%以上，預計到2026年市場規模能夠達到2800億元。在社會經濟快速發展過程中，公共活動也日益多樣化，電力部門要重視做到“現場保電”工作，需求方面也更多。政府、銀行和電力等部門均配置固定式UPS供電保障機房，而臨時會議場所、搶險、救災、賽事等，為了滿足其不間斷供電保障需求，若是采取固定式UPS，不僅成本較高，也很難真正滿足移動保電要求，這讓移動式儲能電站有了廣闊應用前景。

移動式儲能電站是一種新型儲能車載化應用，現階段還缺少具體標準，且工信部尚無申報車輛公告目錄，這對移動式儲能電站發展造成了一定限制。而作為儲能的飛輪儲能系統，不包含鉛酸蓄電池、鉛碳電池、鋰離子電池、超級電容等儲能組，能夠用于移動式儲能電站的儲能，市場前景也很好。飛輪儲能最初被應用于航天中，通過電能驅動飛輪高速旋轉，電能可轉換成機械能；在飛輪慣性下可帶動電機發電，儲存的機械能轉變為電能。與傳統電池技術不一樣，飛輪儲能具有短時、高頻次以及大功率放電等優勢，不僅能夠快速響應，可靠性與安全性較強，也延長了使用壽命，能夠滿足低碳、節能和環保等要求。

近幾年發展起來的鋰離子電池儲能不僅能量密度較高，生產成本也很低，使用壽命較長，已經在大數據中心、醫院、機場以及通信等應急備用電源中應用非常廣泛。在線路檢修過程中，可以發揮臨時供電保障作用，也適用于山區、城市商業區等調整用電負荷峰谷。當前電動汽車非常流行，移動式儲能電站也能滿足其充電要求[8]。隨著其標準的逐步制定，各項要求與規范也日益明確，在工信部公告目錄開放后，將進一步豐富移動式儲能電站的儲能分類，大幅度提高其容量，滿足各種社會活動需求。

4 結束語

當前我國對可再生能源越來越重視，其是推動綠色低碳發展、提高生態文明建設效果的有效途徑。面對嚴峻的“雙碳”形勢，風力發電、光伏發電、生物質能發電等新能源發展越來越快，而移動式儲能車站不僅機動靈活、響應迅速，也能夠方便操作與維護，將在更多領域發揮作用。因此，要結合移動式儲能電站發展現狀，深入分析其未來應用前景，調整其開發方向，確保在電力保障、應急通訊、搶險救災、軍事指揮、野外勘探等方面發揮更大作用。