探究儲能系統和新能源發電裝機容量對電力系統性能的影響

鄭文進 孫 怡

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司）

0 引言

隨著社會的進步，人們對于電能的需求以及依賴感越來越強。但傳統的發電方式對于環境以及能源造成了極大的負擔，新能源發電開發和應用迫在眉睫。而新能源發電方式的隨機性和波動性對電力系統的性能造成了一定的影響，需要我們不斷的進行優化和改進，才能夠促進電力行業的發展。

1 儲能系統簡介

電力系統中的儲能系統是一種能夠存儲和釋放電能的裝置，它可以在需要時存儲電能和釋放電能。這種系統通常用于平衡電力系統中的負載，提高電力系統的穩定性和效率。在電力系統中，儲能系統主要應用于以下場景［1］： （1）平衡電網負荷。當電網負載過高時，儲能系統可以將電能儲存起來，以備將來使用；當電網負荷過低時，儲能系統可以將電能釋放出來，用于提高電網的負載能力。 （2）提高電網的穩定性。當電網出現故障或異常情況時，儲能系統可以起到穩定電網的作用，避免電網出現大規模的波動和故障。（3）提高電網的效率。通過使用儲能系統，可以降低電網的峰谷差，提高電網的效率。目前，常見的儲能系統包括電池儲能系統、超級電容儲能系統、機械儲能系統等。儲能產業發電側應用類型及典型特征詳見下表。

表 儲能產業發電側應用類型及典型特征

2 在電力系統中應用儲能系統的意義

儲能系統的開發和應用，實現了電力系統的調峰和調頻功能，提高了電力系統的負荷響應能力。維持電力系統中恒定的相電壓，能抑制電氣雜散振蕩，提高電氣元件的穩定性。保障電力系統的功率平衡，可解決電壓閃變等問題，提高電能質量。儲能系統可以解決可再生能源的隨機性，提高可再生能源的利用率。儲能系統可以改善電網的薄弱環節，提高電網的可靠性和穩定性。儲能系統可以優化電網運行，提高電網的經濟性［2］。

3 儲能系統對電力系統性能的影響

3.1 儲能系統的模型及調頻調峰

儲能系統可以作為調峰調頻電站，通過快速響應和低成本的優勢，有效解決傳統火電站靈活性不足的問題。儲能系統的調峰調頻作用是其在電力系統中的作用之一，由于儲能系統并不承擔基本的負荷，其響應十分迅速，因此才用作調峰調頻。儲能系統的爬坡率為：

式中，t為時刻；為t時刻儲能系統的復合變化率；為儲能系統的實際出力。在這一基礎上，儲能系統的最高放電率不能超過裝機容量的上限。

儲能系統可以通過快速響應和低成本的優勢，有效解決傳統火電站靈活性不足的問題，從而起到調頻的作用。儲能系統的調峰調頻作用可以提高電力系統的安全性和可靠性，降低電網負荷，減少能源浪費，達到節能減排的效果。

3.2 對電網性能的影響

通過調節無功功率，儲能系統可以有效地維持母線電壓，提高電網運行穩定性。在電力系統中，儲能系統通常通過調節電壓來實現其功能。具體而言，儲能系統可以通過以下方式完成電壓調節： （1）電壓調節器。儲能系統通常配備一個電壓調節器，它可以控制儲能電池的輸出電壓，從而控制系統的電壓。當系統電壓過高時，電壓調節器會降低電池的輸出電壓，從而降低系統的電壓；當系統電壓過低時，電壓調節器會升高電池的輸出電壓，從而增加系統的電壓。（2）電池管理。儲能系統通常使用電池作為儲能單元，電池的輸出電壓是儲能系統輸出電壓的基礎。電池管理軟件可以控制電池的充放電，從而控制系統的電壓。當系統電壓過高時，電池管理軟件會減少電池的放電電流，從而降低系統的電壓；當系統電壓過低時，電池管理軟件會增加電池的放電電流，從而增加系統的電壓。 （3）負載調整。儲能系統可以通過調整負載來調節系統的電壓。當系統電壓過低時，儲能系統可以增加負載，從而減少系統的電流；當系統電壓過高時，儲能系統可以減少負載，從而增加系統的電流。總之，儲能系統可以通過電壓調節器、電池管理和負載調整等方式來完成電壓調節，從而保證電力系統的穩定運行。

在事故狀態下，儲能系統可以快速投入運行，保證電力供應的連續性。在電力系統中，儲能系統可以作為一種備用電源來提高電力系統的可靠性和穩定性。以下是儲能系統實現事故備用的幾種方式：（1）作為緊急備用電源。當電網出現故障或斷電時，儲能系統可以迅速啟動并輸出電力，以保障重要負載的用電需求。（2）作為調峰調頻電源。儲能系統可以在需要時快速響應調度指令，調整負荷和發電機的運行，以適應電網負荷的變化。 （3）作為黑啟動電源。當電網出現故障或斷電時，儲能系統可以作為黑啟動電源，為重要負載提供電力，以保障電網的穩定和安全。（4）作為備用容量。當電網負荷超出常規電源的容量時，儲能系統可以作為備用容量，提高電網的穩定性和可靠性。總之，儲能系統可以作為一種可靠的備用電源，在電力系統中起到重要的作用，提高電力系統的可靠性和穩定性。

儲能系統通過在負荷低谷時充電、高峰時放電來降低電網負荷，減少能源浪費，達到節能減排的效果。在負荷高峰期，儲能系統從電網吸收多余電力；在負荷低谷期，向電網輸出多余電力，這有助于平衡電網負荷，提高電網運行效率。電力系統中，儲能系統可以通過以下幾種方式實現節能減排作用：（1）需求響應。通過智能響應，儲能系統可以預測負荷波動，實時調整充放電策略，平衡電網負荷，這有助于提高電網運行效率，降低電網運營成本。（2）黑啟動。在電網故障或停電的情況下，儲能系統可以快速響應，儲存或釋放電力，幫助電網恢復正常運行，這有助于提高電網的可靠性和穩定性。 （3）微電網。通過組成微電網，儲能系統可以平衡電網負荷，提高電網運行效率。在微電網中，儲能系統可以控制微電源的輸出功率，提高微電網的運行效率。總的來說，儲能系統可以在電力系統中發揮多種作用，有助于提高電網運行效率，降低電網運營成本，實現節能減排。

3.3 分布式儲能

通過在局部電網中布置儲能系統，可以增加電網的穩定性和供電可靠性，同時減少對大電網的依賴。電力系統的分布式儲能系統是一種連接于微電網或配電網、能夠根據需要靈活地儲存能量的系統。它包括多個分散的、并聯的儲能單元，例如鋰離子電池或其他電池、超級電容器、物理儲能單元（如儲能水箱）以及其他能夠儲存和釋放能量的設備。這些設備能夠儲存和釋放電能，并且能夠響應電力系統的調度指令或供需關系變化，以平衡電力系統的負荷［3］。

分布式儲能系統的主要優點包括能夠根據需要靈活地儲存能量，能夠提高電力系統的供電可靠性，能夠提高電力系統的運行效率，能夠降低電力系統的成本，能夠提高電力系統的可再生能源利用率，以及能夠提高電力系統的供電質量。此外，分布式儲能系統還能夠提高微電網或配電網的穩定性和可靠性，能夠為微電網或配電網提供高質量電能，提高微電網或配電網的調度效率，從而提高其供電可靠性。

4 新能源發電概述

新能源發電方式區別于傳統的發電方式，新能源發電方式主要有以下幾種： （1）太陽能發電。利用太陽光的能量發電，包括太陽能光伏發電、光熱發電和太陽能熱水器。（2）風力發電。利用風能發電，包括陸地風力發電機和海上風力發電機。 （3）生物質發電。利用生物質能發電，包括生物質氣化發電、生物質熱解發電和生物質生物發電。 （4）地熱發電。利用地熱能發電，包括地熱蒸汽發電、地熱熱水發電和地熱斯特林發電。 （5）海洋能發電。利用海洋能發電，包括波力發電、潮汐能發電和海浪發電等。

5 新能源發電的重要意義

新能源發電對于人類社會的發展具有極為重要的意義。首先，隨著人類社會的發展，常規能源面臨危機，而新能源發電可以緩解常規能源的緊張狀況。同時新能源發電具有環保性，可以減少環境污染，保護生態環境。其次，發展新能源發電技術是實現可持續發展的必要條件，它可以促進清潔、高效、可持續的能源系統的形成，從而促進經濟和社會的可持續發展。新能源發電可以促進產業結構調整，提高能源利用效率，降低能源消耗。

6 新能源裝機容量對于發電系統性能的影響

新能源的裝機容量增加可以促進新能源發電技術進步和電網調節能力提升，使新能源發電更接近負荷中心，消納更多清潔能源，提升能源利用效率，這有助于降低傳統能源的消耗，減少污染和溫室氣體排放。

另一方面，新能源發電的隨機性和波動性為電力系統的調度和管理帶來了挑戰。隨著新能源裝機容量的增加，電力系統對調峰和調頻的需求越來越高，這需要我們不斷提高技術和管理水平，以更好地應對新能源發電的隨機性和波動性帶來的影響。具體影響的大小和方向取決于許多因素，包括新能源發電的技術類型、裝機容量的大小、電力系統的其他組成部分等。

6.1 發電能力的影響

隨著新能源發電裝機容量的增加，電力系統的發電能力也會相應提高，從而滿足更多的用電需求，緩解能源壓力。新能源發電機組的裝機容量對電力系統供電能力的影響是多方面的。首先，新能源發電機組的裝機容量增加，特別是風能和太陽能發電，可以顯著提高電力系統的總裝機容量，從而提高電力系統的供電能力。其次，新能源發電機組的隨機性、間歇性和波動性等特性，可能會給電力系統的調度和運行帶來挑戰，需要采取一系列技術和管理措施來應對。例如，在新能源發電不穩定的情況下，需要配置儲能系統、調峰系統等，以保證電力系統的穩定運行。此外，新能源發電機組的裝機容量增加，也可能會對電力系統的運行成本和周圍環境產生影響。例如，新能源發電的快速增長可能會導致化石能源消耗的減少，從而降低溫室氣體排放，有助于應對氣候變化。因此，新能源發電機組的裝機容量對電力系統供電能力的影響是復雜的，需要綜合考慮技術、經濟、環境和社會等多方面因素。

6.2 穩定性的影響

新能源發電受天氣和環境等因素的影響，具有一定的波動性和隨機性，這會影響電力系統的穩定性。而儲能系統的引入可以平衡這種波動，提高電力系統的穩定性。

6.3 調度能力的影響

新能源發電具有一定的間歇性和隨機性，這會給電力系統的調度帶來困難。而儲能系統的引入可以平滑新能源發電的波動性，提高電力系統的調度能力。

新能源（如太陽能和風能）具有隨機性和波動性，因此很難與傳統電力負荷的需求量相匹配。這就需要對電力系統的調度進行優化，以保證電力供需的平衡。一種有效的解決方案就是增加新能源的裝機容量，隨著新能源裝機容量的增加，電力系統的調度會變得更加靈活，對電力的需求也會得到更好的滿足。

然而，新能源的發展也帶來了新的問題，如電網的穩定性和可靠性。為了解決這些問題，新能源的并網技術需要進一步發展，同時需要建立相應的儲能系統，以保證電力系統的穩定運行。儲能系統的主要功能是平衡電網負荷，解決新能源的隨機性和波動性問題，以及增強電網的可靠性。在電力系統中，儲能技術能夠起到有效的平衡負載需求和可再生能源的作用，幫助提高電力系統的運行效率和穩定性。

7 結束語

總的來說，新能源裝機容量和儲能系統對電力系統性能的影響是相互補充的。新能源裝機容量的增加可以增強電力系統的隨機性和波動性，而儲能系統的應用則可以提高電力系統的穩定性和可靠性。在未來，隨著科技的發展和新能源技術的進步，我們可以更好地利用這兩種技術實現電力系統的優化運行，提高電力系統的性能。