储能在新能源中的应用分析

华润电力技术研究院有限公司 唐芳纯

新能源行业特别是风能和太阳能发电受外部环境的变化输出功率呈现出间歇性和波动性，储能技术可解决发电中弃风弃光、平滑输出、跟踪出力并可参与电网调频的业务，在国家的政策指导下各地发布了辅助调频、新能源发电的相关政策，促进了储能技术商业化的步伐；通过分析储能在风能和太阳能发电中的常用几种应用方式特点为储能技术在风能和太阳能发电中的应用提供参考。

2020年全国新增风力发电装机7167万kW、太阳能发电装机4820万kW，风光新增装机之和约为1.2亿kW，占总电源新增装机容量的63%左右；为落实“30·60”碳达峰、碳中和目标，风能、太阳能发电总装机容量到2030年时将达到12亿kW以上。

风能和太阳能发电的间歇性、不稳定性的特点对电网系统的稳定性和安全性带来较大的负面影响；储能技术的应用可以快速响应电网系统对新能源系统出力的要求，实现功率动态调节，减少外部条件对新能源发电影响，实现新能源发电可控性从而减少对电网冲击，对提高电力系统灵活性和促进可再生能源消纳具有重要意义。

1 储能的应用场景

按储能时长的不同应用场景可分为容量型、能量型、功率型和备用型四类。

1.1 容量型储能场景

一般要求连续储能时长不低于4h，如削峰填谷和离网储能场景。容量型储能技术种类包括抽水蓄能、压缩空气、储热蓄冷、储氢储碳、钠硫电池、液流电池、铅炭电池等。

1.2 功率型储能场景

一般要求连续储能时长在15～30min，如调频和平滑功率波动场景，储能系统可实现瞬间吸收或释放能量支撑功率的快速变化的要求。功率型储能技术包括超导储能、飞轮储能、超级电容器、钛酸锂电池、倍率≥2C型磷酸铁锂电池或三元锂电池。

1.3 能量型储能场景

该场景介于容量型和功率型之间，一般要求连续储能时长在1～2h之间，可实现调峰调频和紧急备用等复合应用场景，如独立储能电站、电网侧储能，0.5C或1C型磷酸铁锂电池。

1.4 备用型储能场景

一般要求储能时长不低于15min，在电网断电或电压不稳定时作为不间断电源提供紧急电力，如数据中心和通讯基站备用电源等。储能设备包括铅酸电池、梯级利用电池、飞轮储能等。

2 储能的应用方式

储能在风电场应用方式可分为集中式和分散式，在光伏电站应用方式包括直流侧或交流测安装储能设施。

2.1 风电场分散式应用方式

在风电机组输出交流测并联储能装置可与风电机组共用箱变，并利用储能装置在限电时充电储能在风速低时放电从而达到减少弃风，以及利用储能装置提供电网调频辅助服务；系统拓扑如图1所示。

图1 交流测分散式系统拓扑图

图2 直流侧分散式系统拓扑图

图3 集中式储能系统拓扑图

图4 交流测储能拓扑图

图5 直流侧储能技术拓扑图

在风电机组直流侧并联储能装置（超级电容），机组可参与一次调频功能服务，并同时能增强机组的低、高电压穿越能力；同超速减载运行控制方法、转子惯量和预留备用容量参与一次调频相比，增加储能装置的风电机组可以始终运行在MPPT模式，系统拓扑如图2所示。

2.2 风电场集中式应用方式

在风电场35KV交流测并联储能装置，风电场可利用储能系统对发电量进行削峰平谷及参与电网调频辅助服务，并可解决转子惯量方式参与一次调频时在转速恢复时发生频率二次跌落问题，系统拓扑如图3所示。

2.3 光伏电站储能应用方式

在光伏电站增加储能装置，光伏电站可利用储能系统充放电可解决弃光，并实现平滑功率波动和削峰平谷，及参与电网调频辅助服务；应用中有交流测和直流侧增加储能设备，系统拓扑如图4、图5所示。

直流侧增加储能设备可解决储能系统与光伏电站间接入匹配问题，同交流侧增加储能设备相比具有优势，其一利用原系统的逆变设备、升压设备和电缆线路减少占地和投资，其二光伏电站出线容量没有变化减少相关审批手续等问题。

3 总结与展望

目前，国内储能行业处于发展阶段，相关的政策法规需进一步完善；在电网侧储能设施不计入电网企业输配电业务成本核算情况下要保证电网安全情况下，电网公司或地方要求新能源发电端预留备有容量用于电网一次调频，需解决好商业化模式以打破一方投资、多方受益及无人买单的“怪圈”；建立建全储能标准体系促进行业有序发展，提升全行业的盈利能力保证行业健康快速发展；并应提前布局电池寿命到期后的回收及处理问题，避免二次污染。