储能系统分析及其在新能源项目中的应用前景

张静

摘  要：2018年，海外市场部投标两个储能项目，由于储能系统的前瞻性，之前的工作对储能系统的配置并没有了解。在整个投标过程中海外市场部积累了一些宝贵信息，现就投标项目队储能系统进行技术介绍，同时分析一下储能系统的构成，不同接线优缺点，技术经济性比较，以及其应用前景，希望在将来的新能源储能系统的项目中起到指导和借鉴的作用。首先，介绍储能系统的作用、构成，介绍关键设备储能原件的种类、优缺点;其次，分析储能系统不同的接线方式及其优缺点;最后，分析储能系统的应用前景，为后续新能源储能项目的设计和投标工作提供参考。

关键词：储能系统  储能原件  交流侧储能  直流侧储能  储能前景分析

中图分类号：TM73    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（c）-0105-02

1  储能系统介绍

储能系统，顾名思义，是由能够按照要求对电能进行储存并在合适的时间按照要求释放的系统简称。英文描述为BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM，简称为BESS。储能系统在国内新能源项目已经有较多应用实例，多为试验性项目，储能系统在目前的应用场景中按照应用目的分主要有以下几种：平滑输出、削峰填谷、减少弃光（风）、优化调度以及微电网。

2  存储单元的介绍和分析

储能系统的核心部件是能够储存和释放电能的电能存储单元，是储能项目中最关键的系统/设备，整个储能项目的技术优劣、使用寿命、投资收益等都取决于存储单元的性能。应用在新能源储能系统上的儲能原件目前的主流为以下两种形式：蓄电池和超级电容。

蓄电池是电化学储能设备，包含锂离子、液流、铅碳、铅酸、钠硫等各种形式，每一种又可以分为很多细类，此处不展开。电化学能电池的共同点特点为能量密度高，平均输出电压高。每一种蓄电池又有其自身的特点，需要根据项目的需求进行分析后选择。

3  储能系统构成及典型接线分析

储能系统的主要构成为：储能蓄电池（超级电容也有使用）、蓄电池管理系统（BMS）、双向储能变流器（PCS）或双向DC/DC变流器（DC/DC converter）、电能管理系统（EMS）等。蓄电池管理系统BMS保证蓄电池的正常运行，由蓄电池厂家提供并完成蓄电池和BMS的集成，并由其保证整个蓄电池的运行安全和性能。PCS和DC/DC converter是完成将电能储能到蓄电池和从蓄电池释放的设备，电池储放电时间和功率的控制由PCS或DC/DC converter的功率决定。EMS系统的作用是对整个储能系统与微电网进行智能分析、能量管理和实时监控。

蓄电池系统目前主要由厂家进行集成，整体性能由厂家进行保证，设备以20ft集装箱式发货到现场，集装箱内接线工作出厂已完成，并配备齐全的暖通，消防系统，安装工作较为简单。

目前储能系统的接线方式主要分为交流侧储能接线方式和直流侧储能接线方式。交流侧储能为从光伏逆变器之后的交流系统进行引接储能，集中式交流侧储能典型示意图如图1所示。

直流侧储能为分布式直流储能，储能单元直接从逆变器的直流母线侧引出并联分支，进行分散储能，释放电能的交流回路直接采用原光伏逆变器回路进行直交流转换。

其中在中压汇流母线段进行的交流侧集中储能目前应用较为成熟，不存在较大的技术风险，也比较适合大规模储能项目。交流侧储能的优点在于储能系统与光伏系统相对独立，可以进行集中控制和管理，调度和控制较为简单，扩展方便，适用于大规模上网电能的应用。缺点就是因为充放电回路中需要单独经过逆变和降压，会增加这部分设备的投入，同时增加了设备和线路损耗，效率较直流侧偏低。同时，交流侧集中储能，“弃光”电能无法利用。而直流侧储能，储能过程不需要降压变压器，而是通过DC/DC转换器进行直流储能，而且一般不需要额外配置光伏组件，可以直接利用perk hour的“弃光”电能进行储能，因此设备利用率高，转化效率高。直流侧储能需要在直流侧集合光伏控制单元和电池充放单元，这种形式直流转换器需要与光伏逆变器进行耦合，会影响到逆变器的MPPT工作精度，降低光伏发电效率，并且此功能传统光伏逆变器无法承担，需要专用逆变器配合，一般只适用于小型规模的储能方案。

目前国内华能清洁能源研究院正在研究并提出了DC/DC控制器原理，可以实现双扰动源的交互和分时独立控制，不影响光伏组件最大功率输出，不再需要与逆变器进行配合。其设备的应用案例为华能青海格尔木集中式光伏电站一期储能示范项目1.5MW/3.5MWh储能系统。该项目包含铅炭电池、磷酸铁锂电池等多种储能电池种类，采用光储管理系统进行直流侧储能，解决了光伏电站的弃光问题。如果直流侧储能转化原件可以实现技术上的突破，让直流侧储能变得便于控制管理，则真正意义上实现了“弃光”的再利用。

综上，交流侧储能和直流侧储能的主要优缺点如表1所示。

投资方需要根据储能目的和预期投入来综合比较选择最合适的储能方案。

4  应用前景分析

由于电网对光伏和风电站的输出容量随时进行调整，一些光伏和风项目的“弃光”“弃风”比例非常高，导致电站的投资收入差，对电站造成严重的经济损失。随着目前一些项目向多种能源互补发电的方向发展，多种能源发电配合和区间调整需要考虑能量存储和释放作为调度协调和提高效率，储能系统将会得到应用。随着技术革新，如果储能系统能从产品可靠性、安全性、价格等方面逐步改进，则储能系统在光伏和风电、一些小规模分散能源、多能互补能源项目上就可以得到大规模的应用，应用前景较为可观。

参考文献

[1] （英）戴维·林登，托马斯B.雷迪，著.电池手册[M].3版.汪继强，译.北京：化学工业制版社，2007.

[2] 彭彬，朱勇，马天驰.基于应用层逻辑的分布式集群架构在生物计算中的应用[J].计算机系统应用，2007，16（6）：62-66.

[3] 张永东，金晶.储能技术在电力系统中的应用现状与前景[J].信息系统工程，2018，289（1）：104.