浅谈新能源发电侧储能技术的应用现状

浅谈新能源发电侧储能技术的应用现状

陆冠权

中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司  广西南宁  530007

摘要：继2020年“双碳”目标的提出，2030年“构建以新能源为主体的新型电力系统”进一步加快了我国大规模开发新能源的步伐。然而，以风电、光伏为代表的新能源具有较强的间歇性、波动性，传统电力系统难以适应大规模新能源并网。随着风电、光伏占比不断提高，势必给电网的安全稳定运行带来新的挑战。合理的储能配置可以有效解决负荷不平衡、电压波动的问题，提升电网接纳新能源的能力，从而得到广泛关注。本文主要针对新能源发电侧储能技术的应用展开研究，重点分析电化学储能技术的应用现状与应用技术路线，希望可以发挥其在新能源发电项目中的作用，助力新能源项目的快速落成。

关键词：新能源发电；侧储能技术；应用

引言

目前，无论是人们生活还是社会生产均对电力能源产生了较大的依赖，电力能源的供应质量直接影响人们生活质量和社会生产的效益，但传统电力生产资源消耗量较大，且对环境的破坏影响不可忽视，如果任由其发展，则会同时加剧能源问题和生态问题，这不仅影响电力行业自身的可持续发展，还可能威胁社会经济的可持续发展。在此种背景下，国家方面为了倡导应用清洁能源，推出了多种政策鼓励清洁能源的研发和应用，并设置了专项基金助力清洁能源的发展。目前，光伏发电和风电装机装机容量占比已经超过全国发电总装机容量的30%，这加剧了电网的不稳定，促使我国的发电侧结构由原本的“源、网、荷”结构转变为“源、网、荷、储”结构，利用储能来稳定光、风电等新能源发电的波动性，使电网处于一个连续稳定的运行状态，提高供电稳定性。

1储能技术应用现状

电能可以转化为化学能、机械能、电磁能等形式达到储存的目的，按不同的转化方式进行分类，可分为电化学能、机械能、电磁能等，机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等形式；电化学储能主要包括锂离子电池、铅蓄电池、液流电池和钠硫电池等电池类型；电磁储能主要包括超级电容、超导磁储能；储热分为显热储热、潜热（相变）储热和化学储热3种形式；常见化学储能主要包括氢储能和合成燃料（甲烷、甲醇等）储能。其中，抽水蓄能目前使用规模最大，具有技术成熟、使用年限长、转换效率高的优点，但选址要求高、建设周期长、响应速度较慢（分钟级）。电化学储能发展速度最快，锂离子电池应用最为广泛，正往大规模电池储能电站方向发展；锂离子电池具有转换效率高、能量密度大、响应速度快（百毫秒级）的优点，但成组寿命低、安全问题有待改进。超级电容具有响应快（毫秒级）、比功率高的优点，但成本高、储能量低，可用于提高电能质量、平抑电压和功率波动。

2新能源发电侧储能技术的应用

2.1 机械储能技术的应用

近年来，随着对机械储能技术研究的不断深入，在技术应用层面取得了较大的进展，其中表现较为突出的是机械储能技术应用过程中，最高可支持10MW级别的压缩空气储能目标。尤其是飞轮储能中，涌现了大量的关键技术，主要以磁悬浮技术和电机系统技术为代表，可以说，该项技术的发展与应用为新能源发电侧储能技术的发展奠定了良好的基础，可有效提升储能技术的应用可靠性。

2.2 电磁储能技术的应用

电磁储能的技术应用优势主要表现为超强的电容储能方面，其平均储能密度可达40Wh/kg左右，且其功率密度也明显优于其他储能技术的功率密度，通常可保持在1Wh/kg左右，此种储能装置配置之后的循环应用功能也较为突出，相关实践应用数据显示，其循环使用的次数最高可达5万余次。

2.3 电化学储能技术的应用

电化学储能技术是多种电化学电池储能应用技术的总称，其中主要包括锂离子电池、铅酸电池以及液流电池等，在实际应用中，三者各具优势，且同时也存在一定的短板，具体表现如下。（1）锂离子电池。其应用优势主要表现如下：①超长的使用寿命。有长寿命之称的铅酸电池的使用寿命为300～500次，而磷酸铁锂电池的循环寿命高达6000次以上（标准充电使用）。同等质量的铅酸电池使用半年以后就会进入维护期，最长使用年限为1.5年，磷酸铁锂电池在同等使用条件下，最长使用年限达10年以上，是铅酸电池的数倍；②耐高温性能较强。其最大热峰值可达500℃；③安全系数较高。有效解决了钴酸锂电池和锰酸锂电池在碰撞情况下发生爆炸风险的问题，磷酸铁锂电池经过层层安全测试，在较为恶劣的运行环境下也不会发生爆炸，相对来说安全系数较高。同时，目前所开发的钛酸锂电池循环使用次数达到20000次左右，有效地解决了低温（-40℃）环境应用，放电倍率也能够达到5C，安全性能更加稳定。（2）铅酸电池。其应用优势主要表现为技术应用成本较低，但由于其存在使用寿命层面的缺陷以及能量密度方面的缺陷，难以满足新能源发电侧储能项目的建设需求，并未得到大范围应用。（3）液流电池。其同样包含众多类型，主要有全钒氧化还原液流电池、锌-氧液流电池、铁铬液流电池等，与其他类型的电化学储能电池相比，存在十分明显的安全使用优势，循环次数高达20000次，寿命较为持久，可以长时间放电，在用电峰期借助该种储能技术缓解供电压力具有积极作用。

3 储能技术应用面临的挑战

   随着新能源发电的高速增长，发电侧储能越来越受到重视，然而在我国储能处于初级阶段，主要表现为：一是各种储能技术繁多，不知如何使用和选择；二是各种相关技术及性能不成熟；三是价格偏高。与国际上较先进的国家相比，我国储能市场还没有建立起相关产业链，仍处于“一窝蜂”上马状态。储能技术应用主要面临以下难题：

   3.1经济性难题。储能成本居高不下是影响储能大规模发展的一个主要因数。当前阶段大多处于示范工程的储能项目由有政策性代替经济性，必然会出现推广难的问题，其关键材料、制造工艺和能量转化效率也是其技术上面临的挑战。

3.2应用性难题。由于储能在电力系统的应用时间短，尤其尚未在电网中大规模应用，电力行业对产品的可靠性要求高，一般需要5年以上的实施可靠性测试和试用才能通过电力用户的最低标准，导致储能产品规模生产前定型周期长；储能产品的方案设计成熟度、可靠性与一定的规模化直接相关。这是储能技术大规模应用面临考验。

4推进我国新能源发电系统中储能技术发展的实施路径

4.1政策导向

当前，我国在新能源发电领域的政策导向越来越明显。国家发展改革委、国家能源局印发《关于进一步完善新能源发电价格形成机制的指导意见》，提出在保证机组安全稳定运行的前提下，通过适当的方式对储能系统实施浮动电价；国家发改委在《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》中明确提出：“建立储能市场机制，研究建立储能电价动态调整机制及电价形成机制”以及“合理确定储能项目电价”“制定储能相关产品标准”。从上述政策导向来看，未来我国将会出台更加完善的国家和地方储能产业相关政策和标准。另一方面，作为未来能源转型发展的基础技术体系之一，发电侧储能正逐渐从辅助服务向市场运营过渡。

4.2政策法规完善、完善监管体系

近年来，随着我国新能源发电装机规模的不断增长，新能源发电项目并网的安全性出现问题，存在不确定性。为避免政策的不确定性对项目投资和运营造成影响，政府在政策上需要继续保持引导方向，加大财政投入力度，提高基础设施建设水平与能力，并积极与产业各方进行沟通，争取政策支持，推动储能发展走向成熟。目前，我国新能源发电并网项目普遍采用集中式管理模式，并网规模较小，缺乏完善的管理和控制体系，无法形成良性的互动关系。

结束语

在多种外部环境的影响下，新能源发电侧储能技术表现出了良好的应用前景，可以将其作为促进电网事业健康稳定发展的关键技术。这主要是由于其在新能源发电项目中的装机与应用，不仅可以起到降低运行成本的作用，还可实现对电力能源的稳定输出，增强发电功率的稳定性，有效解决新能源发电的不稳定因素，使其发电质量持平，维护电力系统的稳定运行。

参考文献

[1]郭子兴.储能技术在光伏发电系统中的应用[J]．电子产品世界，2021，28(11):83-85．

[2]张文建，崔青汝，李志强，等.电化学储能在发电侧的应用[J]．储能科学与技术，2020，9(1):9．