电化学储能技术在电力系统的应用研究

■国网山东滨州供电公司俞馥佳

2020 年9 月22 日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。同时根据规划，到2030 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12 亿千瓦以上。这对可再生能源消纳提出了新的要求。

电力储能技术是针对电力系统调峰调频和新能源消纳的重要手段。根据能量形式的不同，目前电储能主要分为机械储能、电磁储能和电化学储能三类，如储能技术分类表所示。

在多种储能技术中，能量和功率密度高、占地面积小、对环境条件要求低的电化学储能，近年来得到一定的发展。受益于近年来不断扩大的电动汽车市场，以锂离子电池为主的电化学储能元件性能大幅改善且成本逐年下降，可以应用在电力系统的发输配用任意一个环节。

电化学储能技术应用场景

本文结合我国近年来的储能发展情况，对储能技术在电力系统的应用场景按照电源侧、电网侧、用户侧和辅助服务领域四大类进行详尽梳理。

电源侧。近年来由于火电机组建设速度大大放缓、建设成本大大提高，东部地区多个工业城镇的峰时用电缺口问题显著。电力储能系统在电源侧首先可以取代部分新建发电机组，有助于减少投资和节能减排。同时，储能系统可以辅助火电机组动态运行，能够提高机组效率，并使备用容量更可控。对于近年来出现的分布式可再生能源大规模并网问题，储能系统能够对可再生能源进行电能时移并平滑其出力波动，解决可再生能源发电的间歇性、波动性、随机性和反调峰问题，进行爬坡率控制，减少弃风弃光，促进并网消纳。

电网侧。储能系统能够有效缓解发电或负荷中心的线路阻塞问题，优化电力系统潮流分布，提高供电质量。同时，随着用电规模不断提高，使用相对少量储能电站可以延缓或完全避免输配电设施升级改造，减少建设投资，提高设备利用率。另一方面，我国发电资源与用电负荷的逆向分布，决定了大容量远距离电力输送会长期存在，需要储能系统来提升特高压交直流电网的安全稳定运行能力，如针对直流闭锁等故障进行紧急功率支援。此外，储能系统作为变电站直流电源可以提高电网供电质量和可靠性。

用户侧。储能系统能够通过峰谷差价套利降低用电成本；适用两部制电价的工业用户还可以通过削峰填谷进行容量或需量电费管理。同时，储能系统还能够助力用户参与需求侧响应，提供辅助服务来获利。此外，配备储能系统还可以提高用户侧电能质量、作为备用电源保证供电可靠性。

辅助服务领域。储能系统可以被用来进行电力系统调频，降低电源侧火电机组调频压力并提高机组运行经济性，保持电力系统频率稳定。其次，储能系统可以提供电压支撑，在电源侧可以降低火电机组提供无功补偿的压力并提高经济性，在电网侧则可以保证电能质量。储能系统还可以进行调峰，有利于降低电源侧传统火电调峰的成本。同时，储能系统作为一种灵活可控的备用容量可以进一步保证供电可靠性和电能质量。此外，储能系统还可以在黑启动时为电力系统灵活地提供功率和能量，以激活输配电线路并为发电厂启动提供电能。

储能技术分类表

电化学储能技术存在的问题

一方面，当前电化学储能系统的安全依然无法得到很好的保障，事故频发。据公开报道，截至2021 年5 月，韩国发生电化学储能火灾事故至少28起；2019 年4 月，4 名消防员在美国亚利桑那州锂离子电池储存设施的火灾和爆炸中受重伤。国内方面，2018年8月初，江苏一储能项目中的磷酸铁锂电池集装箱起火并烧毁；2021 年4 月16 日，在北京集美大红门25 兆瓦时直流光储充一体化电站项目事故中，一人遇难，两名消防员牺牲，一名消防员受伤，直接财产损失1660.81万元。

另一方面，电化学储能系统功能一般较为单一，例如用于调峰的电池储能系统难以应对调频等问题。但是随着应用场景的多样化和复杂化，同一电化学储能系统可能需要同时满足调频、调峰、平滑出力和输电网支撑等不同时间尺度、不同出力精度的功能需求。

再一方面，在当前的商用电化学储能技术中，对于电池长期运行过程中的健康状态衰减关注不足，难以为调度准确提供最大可利用容量信息，容易出现电池达不到预设充放电容量的情况，导致需要增加投资进行冗余配置。此外，电储能系统固有的安全性问题和不一致问题带来高维护成本，急需探寻新的技术方案进行优化。

电化学储能技术应用展望

为进一步推动电化学储能技术应用，应重点推进以下工作。

首先，必须对安全问题给予足够重视。加快电化学储能安全技术标准落地，构建储能建设、运维的质量管控体系，将相关标准要求落实到储能技术监督的各个环节，保障接入电力系统的储能设备安全可靠。

其次，进一步进行功能集成，拓宽单套电化学储能系统的盈利手段，提升系统性价比。同时，在传统电池荷电状态均衡的基础上进行着眼于长期稳定运行的健康状态监测与管理，进行二者的耦合估计，为电力调度机构时刻提供最为准确的储能系统实时最大可利用容量信息。

再次，建设更加先进的中压直挂型电化学储能系统，提高系统整体效率；开展荷电状态和健康状态多维度均衡，降低维护成本，保证储能电池长期运行的安全与稳定；面向配电网的供电临时性增容、不停电检修、保供电等应用场景，开发试点移动式储能车，最大程度地为电力系统安全稳定运行保驾护航。

最后，建设储能云平台，实现省域电网范围内电源侧储能系统管理监测、电网侧储能运营分析、用户侧储能潜力发掘及移动式储能的灵活调控。综合而言，开展“固定式为主+移动式为辅，智慧协同、主辅互补”的储能系统建设，助力电力系统安全稳定运行。■