多能互补能源系统中储能原理及其应用

多能互补能源系统中储能原理及其应用摘要：随着科技的进步，人们的生活质量稳步提升，对电能需求量不断增加。自然界中的不可再生能源随着逐年发电消耗，存储量越来越低。化石燃料的使用对环境污染愈发严重，绿色可持续发展成为世界能源发展的主题。清洁能源在中国能源体系中的地位不断上升，发展清洁能源将成为我国能源发展的必然趋势。根据风电、光伏发电、生物质能、水电、氢能各自的特点建立多能互补能源系统，可以保证发电侧和用户侧的平衡，有效利用清洁能源。能源体系的多能互补化是未来能源行业发展的重中之重。多能互补可以促进清洁能源快速发展，打开多种电源并存的新局面，也会增加风电、光伏发电的消纳，挺高供电质量，保障电网安全稳定运行，助力“双碳”目标实现。关键词：可再生能源；多能互补；储能技术；碳中和；电化学储能；氢能；压缩空气储能引言电能是现代社会中最重要、最方便的能源，但随着传统能源危机和地区不稳定因素，使得人们不得不寻找其替代品。因此使用可再生能源代替传统能源发电的方式受到越来越多关注和重视，以太阳能发电为代表的可再生能源在解决能源不足、降低环境污染、改善能源结构等方面起到越来越重要的作用。但因为其自身的波动性、随机性强和间歇性明显，对电力系统的供电稳定性运行始终存在着很多不确定性因素，直接影响了光伏发电的大规模发展与应用。针对基于氢储能的光伏并网功率协调控制的研究已经越来越受到国内外学者的重视。当今多数能源系统都是单独设计的，相互间没有协调控制方法。因此提出由电气元件和多能互补策略集成的多能互补新能源电站的直流微电网系统模型，使多种互联能源循环使用，提高能源效率。本文通过对系统功率出力平滑控制的控制研究，结合光能、化学能和电能的优点提出了一种多能互补新能源电站的协调控制策略。1多能互补发电系统概述多能互补发电系统是一种集多种发电方式于一体的联合发电系统，主要依托于风力发电、光伏发电和抽水储能发电。风力发电和光伏发电受时间因素影响较大，抽水储能受地理位置影响较大。通过一定配比，将三者有机结合。风力发电通过自然界的风对风轮做功，带动风力发电机组产生电能，整个发电系统通过核心控制单元控制完成发电，最后通过变压器接入电网；光伏发电通过光伏板接收太阳光，产生的电能存储在蓄电池内，再利用逆变技术将直流电压转换成交流电压接入电网；抽水储能通过水泵将下游的水抽取到上水位，然后利用水的重力势能发电。2多能互补能源系统中储能原理及其应用2.1在多能互补的能源体系中，储能成为不可或缺的关键技术之一储能技术是实现可再生能源大规模接入，提高电力系统效率、安全性和经济性的关键技术，也是提高清洁能源发电比率，推动雾霾治理的有效手段。截至2015年底，全球储能装机总量约167GW，约占全球电力总装机的2.9%；我国储能装机为22.8GW，约占全国电力总装机的1.7%。预计到2050年，我国储能装机将达200GW，市场规模将达2万亿元以上。目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、铅酸电池、锂电池、钠硫电池、液流电池及超级电容器等。不同的储能技术适用于不同的应用场合和领域，根据系统功率与放电时间，可以将储能技术的主要应用领域分为能源管理、电力桥接和电能品质管理三部分。2.2从“融”应对突破技术难关实现“1+1>2”储能与多能互补融合发展是能源改革的跨越式发展，需要很多先进的技术作支撑。国家发展改革委能源研究所原所长韩文科表示，储能不是发电，只是把平时多余出来的峰值发的电储存起来，在消费集中时使用；多能互补，是把很多不好交叉的可再生能源，变成小的、灵活的小系统。因此，随着能源技术不断革新，储能与多能互补融合发展面临着用户侧和电源侧协调发展的技术挑战。业内人士认为，由于多能互补系统发电、多能互补与传统能源调峰、储能等技术不够成熟；风光水火储多能互补系统运行由于缺乏试验平台验证，可靠性不能得以保证。因此，风光水火储多能互补在技术上还存在问题，应从“融”开始，突破技术难关，以达融合发展之功效。“风光水火储多能互补并不是简单的将几个能源相加，需要在技术上进行创新，实现多种能源融合发展。”国家可再生能源学会孟宪淦表示，一方面整合多种能源发电技术，加大风光水火储多能互补关键技术和专用技术以及多能互补控制器等关键设备研发力度；另一方面，搭建好实验平台，为这些技术、设备和系统的可靠性验证提供平台支持。总体来说，储能与多能互补融合发展是新技术、新模式的发展，可把发电和用电集中在一起，避免了投资浪费。随着储能与多能互补融合发展支撑技术的日益成熟，相信一定可以实现“1+1>2”的产出效果。2.3电池储能技术应用电池储能技术的快速发展使得电池储能技术逐渐成熟，利用电池储能技术对多能互补能源系统进行优化的可行性增强。使用电池储能技术可以提高火电机组系统运行的稳定性和经济性。电池储能参与含风、光电系统的调峰和优化，使系统受风、光电出力的影响变小，减少弃风造成的能量损耗，降低光电的不稳定性影响，是现在应用的主要方向。全钒液流电池储能技术在多能互补能源系统的调峰中应用广泛。全钒液流电池具有使用寿命长、反应时间短、安全高效等特点，是大规模高效储能的方式之一。中国科学院大连化学物理研究所和大连融科储能公司合作，成功开发出国内最大功率级即32kW级高功率全钒液流电池电堆。在120mA/cm2电流密度下充放电，能量效率达81.2%。我国建设的全球最大规模的5MW/10MW·h全钒液流电池储能系统成功并网运行，证明我国多能互补能源系统中全钒电池储能技术走在了国际前列。但由于全钒电池体积大、比能量低、密封性不好等原因导致其应用受限。锂离子电池具有电池中最高的能量密度，电池的效率极高，可达95%以上，循环次数在5000次以上，环境污染低，是较理想的储能电池。锂离子储能电池应用于多能互补能源系统的调峰、光伏储能等，有广阔的应用前景。2019年长沙榔梨电池储能电站在电网侧使用锂离子电池储能技术，成功缓解了长沙局部地区高峰期供电压力，同时提升了新能源供电稳定性。2020年广州和佛山利用锂离子电池储能技术对当地电网进行调峰，提高了电网运行灵活性，提升了该区域供电可靠性，支撑电网安全稳定运行。随着锂离子电池的应用越来越广泛，锂离子电池未来可能会使用能量密度更高的正极材料，同时制造成本也会增加，提高锂离子电池性价比也是锂离子电池发展需要考虑的因素。锂离子电池由于电池内部电解液和隔膜材料的性质，电池的受热稳定性、安全性有待提高。结语从应用发展看来，中国通过在“十二五”期间的示范应用，储能技术的应用领域和应用类型逐步清晰，储能的应用价值也日趋明确。新增投运项目全部应用在集中式可再生能源并网、辅助服务和用户侧领域。可见，储能+应用的模式逐渐渗透，通过储能与各种资源的优化配置，来满足不同的需求。在“十三五”期间，储能产业保持健康、可持续的发展态势，突破商业化应用的门槛，实现能源