1、内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n产业研究储能在高比例新能源电力系统中的应用及展望张金平1,周 强1,王定美1,李 津1,刘丽娟1,张 玉2(1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0;2.兰州陇能电力科技有限公司,甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要:储能能够实现电力供需的时间转移,发挥“库存”效果,在双碳目标的驱动下,新能源快速发展,电力系统对于储能的功率支撑和调节能力需求加快增长。为此本文介绍了储能技术的类型,并分析了储能在发电侧、电网侧、用户侧应用场景,在此基础上,结合当前我国电网和新能源发展实际情况,展望了未来储能系统在电力系统中
2、应用需要研究的问题。关键词:储能;新能源;电力系统;应用场景 中图分类号:TM 7 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 8-0 0 9 7-0 3A p p l i c a t i o na n dP r o s p e c t o fE n e r g yS t o r a g e i nH i g hP r o p o r t i o nN e wE n e r g yP o w e rS y s t e mZ h a n gJ i n-p i n g1,Z h o uQ i a n g1,W a n gD i n g-m e i1,L i J i
3、 n1,L i uL i-j u a n1,Z h a n gY u2(1.S t a t eG r i dG a n s uE l e c t r i cP o w e rC o m p a n yE l e c t r i cP o w e rS c i e n c eR e s e a r c hI n s t i t u t e,L a n z h o u,G a n s u,7 3 0 0 7 0;(2.L a n z h o uL o n g N e n gE l e c t r i cP o w e rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yC
4、o.,L t d.,L a n z h o u,G a n s u,7 3 0 0 7 0)A b s t r a c t:E n e r g ys t o r a g ec a nr e a l i z e t h e t i m es h i f to fp o w e rs u p p l ya n dd e m a n d,a n de x e r t t h ee f f e c to f i n-v e n t o r y.D r i v e nb yt h ed u a l-c a r b o ng o a l,n e we n e r g yw i l ld e v e l o
5、 pr a p i d l y,a n dt h ep o w e rs y s t e m sd e m a n df o rp o w e r s u p p o r t a n da d j u s t m e n t c a p a c i t yo f e n e r g ys t o r a g e a c c e l e r a t e sg r o w t h.S o t h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h e t y p e so fe n e r g ys t o r a g e t e c h n o l o g i e s,t
6、h e na n a l y z e st h ea p p l i c a t i o ns c e n a r i o so fe n e r g ys t o r a g eo nt h ep o w e r-s i d e,g r i d-s i d e,a n du s e rs i d e.F i n a l l y,t h ep r o b l e m st h a th o wt ob e t t e rp r o m o t ee n e r g ys t o r a g ea p p l i e dt op o w e rs y s t e mn e e d e dt ob
7、 e f u r t h e r s t u d i e da r ep r o s p e c t e dc o n s i d e r i n gt h ed e v e l o p m e n to fp o w e rg r i da n dn e we n e r g y i nC h i n a.K e yw o r d s:E n e r g ys t o r a g e;N e we n e r g y;P o w e rs y s t e m;A p p l i c a t i o n基金项目:国网甘肃省电力公司科技项目(5 2 2 7 2 2 2 0 0 0 2 R)作者简
8、介:张金平(1 9 8 5),男,甘肃省金昌市,研究生,工程师,从事新能源发电及并网技术0 引言高比例新能源接入电网会造成系统输出功率随机波动,进而加剧电网调峰调频负担;同时高比例新能源发电接入系统,会替代部分常规机组,进一步削弱了电网调节能力,给电网安全稳定运行带来全新挑战1。储能可以实现能量的时移应用,可有效平抑风、光等可再生能源的间歇性,是未来电力系统必要的组成部分。围绕高渗透率新能源接入的电力需求响应,储能所能发挥的作用和地位得到显著提升。因此,对储能在高比例新能源电力系统中应用场景研究,已成为目前学者关注的问题2。综上,本文介绍了现阶段储能技术的类型,并分析了储能在发电侧、电网侧、用
9、户侧应用场景,在此基础上展望了未来储能技术在电力系统中应用需要研究的问题。1 储能技术分类及发展现状随着新能源发电渗透率的大幅提升,电力系统对储能的需 求 日 益 剧 增。2 0 2 1年 中 国 储 能 装 机 功 率 达4 3.4 4 GW,其中抽水储能占比最大,占中国储能的8 6.5%;其次为电化学储能,占中国储能的1 1.8%3,如图1所示。抽水蓄能寿命和持续充放电时间长,但响应速度相对较慢,对地理环境要求高。电化学类储能是利用化学反应直接转化电能的装置,具有配置灵活,响应速度快且不受外部条件限制等优点,目前电化学储能技术包括锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主的电化学储能技术,各类储能
10、技术性能如表1所示4。图1 2 0 2 1年中国储能装机规模分布79DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.08.0342 0 2 3年第8期表1 各类储能技术性能比较储能类型响应时间放电时间系统效率优点应用场合机械储能抽水储能分钟级数小时数天7 0%8 5%适于大规模,技术成熟负荷调节、频率调节、系统备用压缩空气分钟级数小时数天6 5%7 5%容量大、成本低调峰填谷电化学储能锂离子电池豪秒级数小时7 0%8 0%比能量高,比功率高,响应速度快。调峰、调频、容量备用铅酸电池豪秒级数小时6 0%7 0%技术成熟,成本低。削峰填谷、容量备用液流电池豪秒级数小时6 5%
11、7 5%寿命长,适于组合。调峰、调频、U S P电磁储能超导储能豪秒级几分钟9 0%9 5%响应快,比功率高。电能质量控制,U P S超级电容豪秒级几十秒9 5%响应快,比功率高。频率调节2 储能在高比例新能源电力系统中的应用“风光领跑、多源协调”将成为未来中国电源的发展趋势5。未来在提升电力系统灵活调节能力,保障电力供应可靠性过程中,储能将承担多方面的重要任务。按照不同应用场景分为发电侧储能、电网侧储能和用户侧储能三大类。2.1 电源侧储能应用场景储能系统具有快吐纳能量的能力,在电源侧配置储能可以辅助火电机组提高调峰调频性能、有效平抑制新能源电力的随机波动,提升新能源电站的主动支撑电网能力,
12、储能在电源侧的具体应用场景如图2所示。图2 电源侧储能应用场景(1)辅助火电机组参与调频调峰服务。在国家双碳目标驱动下,新能源快速发展,电网调峰调频需求加大,采用储能系统和火电机组联合运行可缩短机组响应时间,提高调节速率及调节精度,同时提高系统应急调峰调频能力,增加新能源的消纳量,降低系统的运行成本6。(2)平抑新能源电站出力波动。高比例新能源接入电网会造成系统输出功率随机波动。在风电场或光伏电站侧配置储能,利用储能系统平滑新能源出力,提升新能源场站可调度性,促进新能源消纳和并网友好性。中国张北国家风光储输示范工程应用磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、全钒液流电池、铅炭电池、超级电容储能平滑风光出力波
13、动,提升整体电站的输出控制水平,使其更适应网源友好的要求。(3)提升新能源电站的主动支撑电网能力。储能灵活调节特性可以辅助新能源电站为系统安全稳定运行,提供必要的频率、电压和转动惯量等支撑,提升新能源电站的主动支撑电网能力。目前储能在风电机组电压穿越改造和新能源虚拟同步发电机技术方面已开展相关工程应用和示范。其中基于储能技术的低电压穿越技术与其他低电压穿越技术相比,高效可靠,成本适中7-8。在模拟同步发电机的调节特性方面,2 0 1 6年,国家电网公司在张北风光储示范电站开工建设了首个应用于大电网的V S G示范工程,示范工程采用的两种P V-V S G改造方案均在直流侧配置储能电池以提供调频
14、有功支撑9。2.2 电网侧储能应用场景在电网侧,储能系统主要用于参与电网的调峰调频、布置于电网关键枢纽处为系统提供所需的功率电压支撑、优化电网潮流分布延缓电网建设资。储能在电网侧的具体应用场景如图3所示。图3 电网侧储能应用场景(1)参与电网调峰调频。电网侧的储能系统作为有功无功调节电源,可参与电网调峰调频,缓解系统调峰压力,并在电网频率发生波动时能够提供有效的功率支撑,提高新能源利用率,促进新能源消纳1 0。(2)延缓输配电设备扩容升级等。储能系统应用于电网中可有效缓解电网电能分布不均衡的问题,达到削峰填谷的效果,能够有效降低电源侧、电网侧、发电侧配置的备用容量,避免出现电力设备闲置的情况,
15、同时缓解电网扩容与负荷增长间的矛盾,延缓现有输配电线路和配电站的升级改造。(3)参与电网紧急控制。在电网故障或异常运行情况下,电网侧储能可参与电网紧急控制,瞬时提供有功、无功支撑,有效降低频率越限和失稳风险,保障系统安全稳定运行。(4)优化电网潮流分布。随着新能源渗透率不断提高,电网不确定性增大,导致系统潮流分布随机性增强,削弱电网传输能力。通过对电网测储能快速精准调节,可以优化潮流分布,缓解断面潮流越限和输电通道阻塞,降低输变 电 损 耗,提 高 线 路 传 输 能 力,保 证 电 网 运 行 的 稳定性1 1。2.3 用户侧储能应用场景用户侧储能应用主要是提高供电可靠性和通过峰谷套利盈利模
16、式削峰填谷,缓解供需紧张矛盾。利用价格激励措施,发挥用户侧储能的削峰填谷、需求响应作用,提高电网灵活调节能力,缓解供需紧张、调峰能力不足等问题。89内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n随着新能源汽车市场占有量逐步攀升,引导电动车辆用户在不同电价方案下充放电行为策略,使电动汽车根据电网调度需求参与电网调峰,充分发挥电动汽车动力电池的储能作用,提升电网的稳定性1 2。随着分布式光伏系统装机容量的增加和渗透率的提高,储能成为分布式光伏发电系统的必要配置。储能系统可以平抑光伏发电系统出力波动,通过将电压与频率维持在合理水平,有助于提高光伏系统安全性与供应质量,同时提高新能源消纳率。3 需要研究的关键问题及解决思路“双碳”目标的提出,新能源规模化速度将持续加快。为确保高占比、不确定性新能源电力供应可靠和有效消纳,对储能在电力系统多环节发挥调节支撑作用带来挑战,相关问题有待进一步研究:(1)储能优化配置方面。随着高渗透率新能源接入,使得储能配置需要兼顾单个或多个应用场景下的技术指标和经济指标,因此考虑储能设备的经济性、技术性问题以及应用场景的多元性,如何对储能进行合理配置成为亟待解