论规模化储能在风、光发电项目中的应用

1、论规模化储能在风、光发电项目中的应用摘要：目前，全球可再生能源开发利用规模不断扩大，应用成本快速下降， 发展可再生能源已成为全球推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径， 也是中国推进能源生产和消费革命、推动能源转型的重要措施。风力发电和光伏 发电具有无能源消耗、无排放和无污染的优良特性，是可再生能源发展的重要方 向，但同时存在显著的间歇性、波动性与不确定性等问题。随着风、光电容量和 渗透率的不断提高，大规模风电和光伏在带来巨大经济和社会效益的同时，对电 力系统的安全、稳定、可靠运行产生巨大影响，参与调峰调频也对电场的运行调 度提出更高的要求。关键词：规模化储能；发电项目；物理储能引言近

2、年来我国新能源发电发展迅猛，以风力发电、太阳能发电为代表的新能源 项目建设规模正在以前所未有的速度快速增长，可再生能源发电已成为我国电力 的重要组成部分。风光互补发电系统综合了风能和太阳能各自的优势和互补性， 是一种具有较高效率的新能源发电型式，其市场价值和开发潜力巨大。本文结合 新疆哈密地区景峡风光互补示范项目的前期研究工作，根据大规模并网型风光互 补发电系统的特点与要求，对其主要设计特点进行初步的分析，供相关人员参考。1规模化储能相关概述规模化储能主要是指将电能进行一定规模的储存，目前，规模化储能技术主 要分为物理储能、电化学储能以及电磁储能，不同储能方式具有不同特点与适用 场合。对于物理

3、储能，在成本和技术成熟性方面具有较大优势，主要包括抽水蓄 能、飞轮储能以及压缩空气储能，能够对电网稳定性、暂态/动态、频率等方面 进行有效控制。对于电化学储能，主要包括钠硫、液流、铅酸、铅碳以及锂离子 电池，不仅使用方便，整体响应时间也较快，具有较强灵活性。主要应用于风、 光发电储能、改善电能质量、UPS等方面。对于电磁储能而言，主要包括超导电 磁和超级电容器储能，虽然成本较高但响应较快，主要应用于电能质量控制和 UPS等方面，仍处于发展阶段。2论规模化储能在风、光发电项目中的应用2.1电化学储能电化学储能主要通过可充电电池来实现。目前常用的储能电池有铅酸电池、 锂离子电池、钠离子电池、钠硫电

4、池、液流电池等。铅酸电池应用历史悠久，储 能成本低，可靠性好，效率较高，广泛用于交通运输、电力等部门。但铅酸电池 循环寿命短，能量密度低，充电速度慢，而且对环境影响大。目前对铅酸电池的 研究主要集中在循环寿命短的问题上，研究人员通过将碳加入铅酸电池中，可将 电池寿命提升一个数量级以上，提高了电池的工作性能。锂离子电池早期极大地 推动移动电子设备的发展，具有高能量密度、高工作电压、充电效率高、循环寿 命长、无污染等优点，随着国家政策的扶持及新能源发电在电网的高渗透率，锂 离子电池规模化用于电网储能系统，主要用于风光互补系统，提高DG消纳能力。 但锂离子电池存在很大的安全性问题，低温性能差，过充过

5、放能力差。锂电池负 极材料作为电池产业中的关键材料，成本占锂离子电池的25%左右。目前国内外 研究重点在锂电池的负极材料上，最新研究的碳基SnO2复合材料可以进一步提 升电池充放电的稳定性，材料的比容量更高，是有潜力替代石墨的电池负极材料， 也是目前锂电池负极材料领域研究的热点。随着锂离子电池的需求量不断增加， 而锂的储量有限且分布不均，导致性价比不高，而锂电池的安全问题同样不可忽 视，这就制约了锂离子电池在储能行业的发展。钠具有与锂相似的物理化学性质， 同时钠储量十分丰富，约占地壳储量的2.64%，分布广泛、提炼简单。钠离子电 池因具有低成本、高安全性等优势，在大规模储能配置中有较大潜力。然

6、而，钠 离子电池严重缺乏可与锂离子电池中石墨负极作用相当的低压负极材料，在已报 道的钠离子电池电极材料中，层状钛基材料被认为是十分有前途的候选材料，因 为它们固有的较大的中间层间距可快速插入Na+，然而，与碳负极的超低电压相 比，大多数钛基负极的嵌入电压平台通常在0.51.0V。2.2储能技术在并网型风光互补发电系统中的应用储能技术应用于电力系统，无论是应对负荷波动问题还是系统稳定问题，都 受到国内外工业界和学术界的长期关注。应用储能技术，能够有效平抑风电功率 波动，改善风电输出品质，提高供电安全性和可靠性。目前，电能存储方式主要 可分为机械储能、电磁储能、电化学储能等。机械储能包括抽水蓄能、

7、压缩空气 储能和飞轮储能，电磁储能包括超导磁储能和超级电容器储能，而电化学储能则 是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电，主要包括锉离子电池、钠硫电池 和液流电池等，是当前的研究热点。己获得大规模应用的储能技术目前还仅限于 抽水蓄能，而其它储能技术的总装机容量较小，且多为示范应用。随着风电、光 电等大规模新能源发电项目并网需求的不断增长，给电网带来了系统稳定性、电 能质量和运行经济性等一系列需要解决的问题。为增强风光互补发电系统并网后 的系统稳定性和供电电能质量，应选择响应时间较快、具备短时快速功率调节能 力的储能技术如超导磁储能、超级电容储能和电池储能等，通过它们的快速功率 响应，来改善系

8、统的功率平衡水平，实现对电压和电流的瞬时动态补偿，从而有 效增强系统稳定性，改善风电并网带来的电能质量问题为优化新能源发电系统运 行的经济性，则应选用储能容量大的长时间储能系统如抽水蓄能、压缩空气储能 等，通过能量存储实现风电、光电在时间坐标上的平移，并降低新能源接入引起 的系统备用容量增幅，从而改善系统运行的经济性。2.3风、光储联合发电系统运行控制在不同模式下的能量控制策略的实现考虑储能装置的功率出力和电量约束条件，将风、光功率预测技术引入储能 系统的控制过程，以输出功率平滑、可控为目标，以风、光储联合发电系统总出 力与计划出力的匹配程度为量化指标，通过构建递进区间控制的优化目标函数， 并

9、考虑实际条件约束，建立储能优化控制的数学模型，通过物理模拟和仿真手段 相结合实现储能电站的动态控制优化。2.4制定发电功率波动特性平抑策略在风、光发电项目中应用规模化储能技术时，应使用时间序列分析法以及概 率统计分析法分析有功功率波动特性，值得注意的是，应以风电场实际运行数据 为基础，并结合光伏发电能量、风力发电能力的转换过程，获取处理变动率、容 量系数等指标，进而科学、合理评价不同光照水平、风速条件下最大功率追踪能 力以及输出功率波动特性，得到其量化评价，进而制定出能够有效平抑风、光发 电项功率波动特性的策略，保证规模化储能在风、光发电项目中的应用实效性。结语采用单元级一电站级一联合发电系统间接组合建模思路，再经一定的等值方 法将单元级的模型应用于光伏电站和储能电站的聚合建模当中。通过工程实践验 证光储联合发电系统机电模型的正确性，可知规模化储能的应用有利于提高风、 光发电场能源利用率和电量收益。在发电端，储能系统可以快速响应调频服务及 相对可控的持续供电，有效规避了其间断性、不确定性等缺点。通过储能手段平 抑波动，使风、光发电输出功率平稳，并实现风、光发电的削峰填谷。在负荷较 低、电网无法消纳的情况下，把场站所发电能储存起来，按照实际需要有计划地 送