新能源发电系统中储能系统的应用探究

李中奇

（南京南瑞继保工程技术有限公司， 江苏 南京 211102）

0 引言

2022 年，我国发布了《关于促进储能技术和产业发展的若干意见》，提出到2030 年建设一批示范性储能项目，推动储能技术的研发创新和产业化应用。在此背景下，储能技术不断创新，成本也逐渐下降，储能系统在新能源发电系统中的应用前景更加广阔。因此，深入探究储能系统的应用策略，优化其在新能源发电系统中的角色，将为实现可持续、稳定地能源供应体系提供有力支持。新能源发电在输出波动性方面存在一定挑战，而电网储能系统的引入有助于平衡电网负荷，提升电力系统的稳定性。因此，未来的发展趋势将更加侧重于探索可靠的电网储能解决方案，以应对电力系统的日益复杂的运营环境。

1 储能系统分类与工作原理

1.1 机械储能

机械储能系统是一类将能量以机械形式存储的储能技术，其工作原理基于能量的动态转换和储存，主要包括压缩空气储能、飞轮储能和液压储能等不同类型[1]。

1）压缩空气储能。压缩空气储能系统通过将电能转化为机械能，将空气压缩储存于储气罐中，当电力需求增加时，释放压缩空气来驱动涡轮机发电，此系统能够快速响应电力需求，提供较大的储能容量，适用于长时间的能量储存和释放。

2）飞轮储能。飞轮储能系统则利用高速旋转的飞轮来存储机械能，通过电机将电能转化为飞轮的旋转动能，再在需要时将其转化为电能[2]。飞轮储能系统具有快速响应能力，适用于短时间内的高功率输出，如频率调节和瞬时负荷平衡。

3）液压储能。液压储能系统将电能转化为液压能，通过液压泵将液体储存于储液器中，需要时通过液压马达将液体转化为机械能，推动发电机发电。液压储能系统在能量密度和响应速度方面表现出色，适用于中长时间的能量储存和释放。

1.2 电化学储能

电化学储能是一种利用电化学反应将电能转化为化学能，或者将化学能转化为电能的储能技术。电池是一种将化学能转化为电能的装置，其内部通过电化学反应将储存的能量转化为电能输出。电池技术的种类繁多，其中最常见的是锂离子电池，被广泛应用于移动设备、电动车辆和储能系统中。锂离子电池通过锂离子的嵌入和脱嵌来实现电能的储存和释放，具有高能量密度和较长的寿命。此外，钠离子电池、铅酸电池等也在特定领域得到应用。电化学储能系统具有能量密度高、响应速度快、循环寿命长等优势，适用于多种应用场景。然而，电池技术仍面临着成本、循环寿命和环境影响等方面的挑战，需要进一步地研究和改进。

2 新能源发电系统中的新型技术分析

2.1 太阳能发电技术

通过光伏板将太阳辐射转化为电能，太阳能发电系统为新能源发电领域注入了更多的清洁、可持续能源。然而，太阳能发电具有间歇性和波动性，其能源输出受到日照强度、天气等因素的影响，限制了其稳定供电能力。这时，新型储能技术的应用显得尤为重要。以锂离子电池为代表的电化学储能技术，已成为太阳能发电系统的主要储能解决方案之一。根据数据统计，电化学储能技术在太阳能发电系统中能够提高自给率约20%～30%。通过将白天过剩的太阳能储存起来，晚上或阴雨天释放，太阳能发电系统的稳定性和可靠性得到了显著增强。此外，压缩空气储能技术也逐渐在太阳能发电系统中得到应用。通过将太阳能产生的电能用于压缩空气，存储在储气罐中，然后在需要电能时释放，压缩空气储能系统为太阳能发电提供了一种高效的能量存储方式，提升了系统的可用性。

2.2 风能发电技术

风能发电技术是一种重要的可再生能源形式，利用风的动力将其转化为电能，这一技术的核心是风力发电机，它由风轮、发电机和塔架等组成。当风吹过风轮时，风轮叶片受到气流的冲击而转动，驱动内部的发电机产生电能。风能发电技术有许多优势。首先，它是清洁能源，不产生温室气体和污染物，对环境友好。其次，风能广泛分布，可在全球大部分地区获得，具有很高的可再生性。此外，风能发电具有可预测性，通过气象数据分析可以比较准确地预测风能的产生，有助于电网的稳定运行。风能发电也可以与其他能源形式相结合，形成混合能源系统，进一步提高能源的稳定性和可靠性。然而，风能发电技术也存在一些挑战，风能的利用需要具备适宜的风速，因此并非所有地点都适合建设风电场。此外，风能的不稳定性也可能影响电网的平稳运行，需要采取储能等措施进行调节。风力发电机的制造和安装需要大量投资，但随着技术的发展和规模的扩大，成本逐渐下降。风能发电技术作为清洁、可再生的能源形式，在未来能源体系中将扮演越来越重要的角色。

2.3 地热能发电技术

地热能发电技术是利用地球深部的热能来产生电力的一种可持续能源形式，这一技术主要利用地壳内部的热量积累，通常通过钻探深井将地热能带到地表。地热能发电可以分为直接利用和间接利用两种方式。直接利用通过将地热水蒸气直接用于加热建筑、温室或工业过程，而间接利用则通过地热水蒸气驱动涡轮发电机产生电能[4]。地热能发电具有许多优势。首先，地热能是一种稳定的能源来源，不受天气条件和季节变化的影响，可以实现持续稳定的电力供应。其次，地热能发电不会产生温室气体和空气污染物，对环境友好。此外，地热能在适宜的地区广泛分布，尤其适合用于偏远地区或岛屿等电力供应相对困难的地方。然而，地热能发电技术也面临一些挑战。首先，它的利用受限于地热资源的地理分布，只有在一些特定地区才能够充分利用。其次，钻探和开发地热能资源需要高成本投资，可能存在经济上的考虑。此外，地热能开发过程中需要注意地下水的管理，以避免地下水资源受到破坏。

3 现阶段我国储能系统的应用现状

当前，随着新能源发电技术的快速发展，储能系统作为其关键支撑正日益受到广泛关注。不同类型的储能技术在实际应用中展现出了卓越的潜力，从平衡能源波动到优化能源管理，再到支撑电网稳定，都在新能源领域展现出独特的价值。然而，储能系统的最优应用策略仍需深入探究，以更好地引领新能源发电系统朝着更稳定、可持续的方向发展。

3.1 新能源电站建设

我国新能源电站建设模式目前呈现多元化趋势，主要涵盖了地面光伏电站、地面风电基地以及抽水蓄能电站等多种模式。地面光伏电站的发展路径主要集中在政府引导、开发商投资和企业运营等途径，在政府政策层面的引导下，为光伏+储能模式的发展提供了支持。同时，不少开发商也将目光投向了光伏领域，通过投资建设光伏电站来获取可再生能源的收益。2022 年，我国太阳能发电站建设取得了很大成果，具体建设情况及相关指标见表1。此外，对于储能技术的应用，国家发改委也已制定了明确的政策，根据《可再生能源电价附加资金管理办法》要求，储能装置在新能源发电系统调峰方面发挥着重要作用，作为补充能源的角色备受重视。

表1 太阳能发电站建设情况

3.2 大规模储能电站建设

2022 年，作为全面推进“十四五”规划的重要节点，我国在可再生能源领域取得了令人瞩目的进展。过去的一年，可再生能源的增设规模达到1.52 亿kW，占国内新发电装机容量的76.2%，成为新增电力装机的主要来源[5]。这一趋势推动可再生能源在全国发电总装机容量中的比例提升至47.3%。并且，可再生能源在全社会用电量中贡献了31.6%，总年发电量达到2.7 万亿kW·h。特别值得关注的是，风电和光伏发电在这一年的年发电量首次突破1 万亿kW·h，几乎接近国内城乡居民的日常用电总和，这无疑彰显了可再生能源在国内能源结构中的日益重要地位。可再生能源不仅为中国的能源供应安全提供了坚实保障，同时也在全球范围内发挥着日益明显的影响。数据显示，2022 年全球新增可再生能源装机容量达到2.95 亿kW，增长率高达9.6%。中国成为全球可再生能源发电新增装机容量最大的贡献者，其占比高达全球新增装机容量的51.7%。现阶段，我国可再生能源发电的新增装机容量占全国新增装机容量的76.2%，正成为电力装机的主体力量，这一势头进一步表明了中国在可再生能源领域的引领地位以及对可持续能源发展的坚定承诺。

3.3 电化学储能发电系统

电化学储能发电系统作为一种关键的能源储存技术，正在全球范围内迅速发展，并在能源转型中发挥着重要作用。其主要应用于平衡能源供需、提升电网稳定性以及促进可再生能源的高效利用等领域，其现状可从技术创新、市场应用和发展前景等方面进行分析。首先，在技术创新方面，电化学储能发电系统经历了显著的进步。新型电池技术如锂离子、钠硫、钠离子等不断涌现，提高了储能密度和循环寿命。此外，电池的智能化管理和控制系统的不断完善，使得储能系统能够更好地响应电网需求，实现智能充放电，进一步提升了系统的性能和可靠性。其次，在市场应用方面，电化学储能发电系统已经在能源领域得到广泛应用。不仅在大规模储能电站中被广泛采用，而且在分布式能源系统、微电网和家庭储能方面也表现出强大潜力。此外，政策的支持和市场化机制的推动，加速了电化学储能发电系统的商业化应用。在电力市场中，储能系统的灵活性赋予其调峰、削峰填谷等功能，提升了电网的稳定性和可靠性。

4 结语

本文对新能源发电系统中储能系统的应用策略进行了探究分析，以及不同类型储能技术在新能源发电系统中的应用现状进行了全面梳理。通过深入研究，深刻认识到储能技术在解决新能源波动性、提高电力系统鲁棒性以及优化能源管理等方面的重要作用。在国家政策的引领下，越来越多的地区将储能技术作为能源领域的重点发展方向，并制定了一系列支持政策。储能技术的进步将不仅为能源结构的升级换代带来巨大机遇，更有助于构建更加清洁、可持续的能源供应体系。