储能在电力系统中的应用

（2）并网运行的一般要求 分布式电源所产生的电能具有显著的随机性和不确定性特征，并网对系统的影响主要取 决于其穿透功率极限，根据欧洲国家的一些统计数据，穿透功率达到10%是可行的。所以， 除非很大的负荷就在并网逆变器附近或者电网很弱，可以认为DG发出的功率完全被电网吸 收，但能量存储可起到平抑系统扰动、维持发电/负荷动态平衡、保持电压/频率稳定的重要 作用。要达到维持发电/负荷动态平衡的目的，储能必须具有大容量能量/功率吞吐能力。而 为了保持系统电压/频率稳定，储能就得具有ms级响应速度和一定容量的功率补偿能力。 （3）分布式电源的类型 1）风力发电：风电是典型的随机性、间歇性电源，风电接入电网造成的影响主要有： ①风电的随机波动对电力系统是扰动源，对电力系统的稳定运行构成威胁；②电网故障时风 电机组受低电压穿越能力的限制将自动脱网，导致电网运行情况恶化；③风电的波动性还会 造成系统接入点的电压波动，带来闪变等电能质量问题。 2）太阳能光伏发电：太阳能光伏发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然 因素而变化，接入电网造成的影响主要有：输出功率不稳定，影响电力系统的稳定性；依靠 逆变器实现并网，不仅会向电网注入谐波，还可能会产生冲击；光伏发电并网系统基本上为 纯有功输出，需配置适当的无功补偿装置。 3）其它形式的电源：微型燃气轮机发电、燃料电池发电和生物质能发电与传统的发电 技术类似，在接入电网的过程中不会引入太多问题。而其它的生物质能发电、海洋能发电和 地热发电等。目前还处于实验阶段，技术还不够成熟。 （4）电网运行存在的问题 1）稳定性问题：由于风电机组在启动及运行过程中需吸收大量无功，光伏发电基本发 出纯有功功率，电源的无功储备不足，易引起电网公共接入点的电压波动，引起电压稳定性 问题；风电机组和光伏发电都依靠逆变器接入电网，而逆变器并不具有同步发电机的自同步 性，导致系统调频困难，引起频率稳定性问题。 2）低电压穿越问题：低电压穿越指机组在电网公共接入点电压跌落时保持并网状态， 并向电网提供一定的无功功率以支撑电网电压，从而穿越低电压区域的能力。若风电机组和 光伏发电机组不具备低电压穿越能力，电网的瞬时严重故障将导致大量机组自动切除，严重 影响电网的安全运行。 3）电能质量问题：大量风电机组和光伏发电机组的接入，由于机组本身输出功率的不 稳定以及并网变流器的原因，会带来电压波动、闪变和谐波等电能质量问题。
影响小
影响大
几乎无影响 影响较大
影响大
占地要求
小
小
小
小
较大
小
小
运行温度要 求
-40℃ ～50℃
-50℃ ～80℃
4～77k
-20℃ ～60℃
10℃～35℃
300℃ ～350℃
-20℃ ～70℃
大规模储能 技术成熟度
较不成熟
采购难易
较难
成本（美元 /kw/年）
40～80
环境影响
无
较不成熟 较容易 80～90
4
（5）储能系统的应用 当前，解决风电并网和光伏发电并网对电网的影响的措施可以从两方面入手，一是从电 网角度，提高电网的灵活性，使电网具备一定的柔性；二是从分布式电源角度，为分布式电 源配备储能装置。储能技术属于柔性输电技术范畴，在分布式电源并网的应用中，储能装置 可通过适当的充放电，平滑电源的输出功率，从而减少分布式电源对电网产生的一系列不良 影响。储能技术应用主要有以下三个方面： 1）风电平衡：将非高峰用电时段的风能储存起来，然后在以后的用电高峰时段供输配 电公司使用，提高风电实际价值。 2）辅助服务：储能已经成为电力市场提高电力效能，提供频率调整的一种手段。这样 可以实时控制电力供求的不平衡，同时也适应于储能技术的循环性能。利用飞轮储能和锂离 子电池储能技术，电力生产商可以将精力从调整电力输出转向如何以有成本效益的方式发电 上来。 3）终端用户整合：从商业和居民用户的角度来讲，采用储能技术可以降低终端用户电 力服务的成本，同时提升服务质量。储能产品能够提供紧急备用电力，更全面地参与需求响 应程序，以更可靠的方式整合基于家庭的可再生能源，以及更高效地完成电动汽车的充电。 储能系统在分布式电源中的应用主要是以下几个方面： 1）增强稳定性。储能系统能够快速吸收或释放有功及无功功率，改善系统的有功、无 功功率平衡水平，增强稳定性。用于提升系统稳定性的储能系统通常对储能容量的要求不 高。但应具备短时释放或吸收高功率的能力。 2）增强LVRT功能。LVRT属于电磁暂态过程。为吸收此瞬态过程中的多余能量以保护风 电机组和光伏发电机组免遭破坏，必须选择快速响应的储能系统．采用合适的储能系统配以 合理的控制策略才能达到理想的效果。 3）提高供电电能质量。储能系统在提高电能质量方面的应用主要集中在降低电压波 动、电压暂降等方面。提高电压波动、电压暂降等电能质量主要是短时功率的动态补偿，需 要储能系统具备ms级功率动态调节的能力。
大容量
成本高
UPS、电能质量、输配电系 统稳定性
参考资料：供用电2010.08
目前，储能技术取得比较大的发展，各类储能装置的充放电特性已被充分认知，大容量 的储能装置已经投入工业试运行；统筹风电、太阳能光伏、储能装置和负荷的微网技术研究
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已经达到实用化阶段。各类大容量级先进电力储能装置的特点、技术、市场和价格等层面综
基于电网稳定性和经济性考虑，分布式发电系统要存储一定数量的电能，用以应付突发 事件。现代储能技术已得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用，可以
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改善电能质量、维持电网稳定；在分布式电源不能发电期间向用户提供电能。 （1）分布式发电的特点 分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的配置较小的发电机组，以满足特
90～230
200～315
响应时间
<1s
<1s
<5ms
<10s
<10s
<10s
<10s
效率
约90% 约80%～90% 90%以上 约60%～80%
约80%
约80%
约95%
十万次以
பைடு நூலகம்
数万次至
充放电寿命
数万次以上
1500～3000次
上
数十万次
数万次
4500次
3000次以上
深度放电影 影响很小 影响极小
响寿命
合分析对比见表2。
表2 各储能形式对比表
储能方式
飞轮
超级电容
超导
铅酸电池
蓄电池
钒电池
钠硫电池
锂离子电池
容量密度 （Wh/kg）
40～230
0.2～1
1～10
30～50
80～130
150～240
150～240
功率密度 （W/kg）
5000以上 100～5000 107～1012
75～300
50～140
储能技术 抽水蓄能 压缩空气储能 飞轮蓄能 铅酸电池 锂电池 钠硫电池 液流电池 超级电容器 超导电磁储能
表1 各种储能优缺点对比表
优点
缺点
应用方向
大容量、低成本
场地要求特殊、建设周期长
削峰填谷、调频调相、系统 备用、黑启动
大容量、低成本
场地要求特殊
削峰填谷、调频调相、系统 备用、黑启动
技术成熟
能量密度较低
2、储能技术的发展概况
储能是一种多学科的战略性前沿技术，是电网的重要技术支撑。储能在大规模可再生能 源并网、分布式发电方面，以及在传统电网的升级改造上都能起到重要作用。
风能、太阳能等新能源发电具有随机性、波动性，它们的并网可能对电网整体效率造成 负面影响，储能技术对于解决新能源电力稳定可靠地并入电网，为用户提供高质量、实用的 电力提供了有力的保障，也是智能电网建设的重点之一。储能是通过介质或者设备，利用化 学或者物理的方法把能量存储起来，根据应用的需求以特定能量形式释放的过程。储能技术 主要有机械（物理）储能、电化学储能、电磁储能、和相变储能四大类型。其中机械储能包 括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能及高温熔岩等；化学储能包括铅酸、锂离子、钠硫和 液流等电池储能；电磁储能包括超级电容储能、超导储能和超级电池；相变储能包括变相蓄 热技术和变相蓄冷技术等。各储能优缺点对比表如表1所示。由于各种储能技术都存在一定 的优势和局限性，因此针对不同的应用领域，多种技术并存是未来储能技术发展的趋势。
储能技术最突出的优点是快速精确的功率响应能力。在电力系统运行中，AGC主要通过
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实时调节电网中的调频电源的有功出力，实现对电网频率及联络线功率进行控制，解决区域 电网的短时随机功率不平衡问题，因此调节速率快、调节精度高的电源能够帮助电网更高效 地完成AGC控制目标。储能系统能够在1秒之内完成AGC调度指令，与火电机组相比，反应时 间相差超过60倍。
电力系统中储能技术的应用
李西贝
1、新型储能技术发展现状
电力储能技术是智能电网、可分布式发电、微电网以及可再生能源并入常规电网不可或 缺的支撑技术，有助于电网系统的安全、稳定、高效运行，大规模储能技术有望将可再生能 源发电并入常规电网的比例提高到20％以上。据专家预测，从2011年到2021年，储能技术应 用领域的全球总投资将超过1220亿美元，其中用于可再生能源并网(特别是风电）和电力市 场削峰填谷的投资将分别占5O％和3l％。
无
不成熟 很困难
200 无
极为成熟 很容易
25 较大
较成熟
很成熟
不成熟
较容易
较难
较容易
60
85
120
无
无
无
参考资料：广东科技（2012.10）P111
随着新能源技术的发展，储能技术也将随着朝转换高效化、能量高密度化和低成本化方 向快速发展，储能装置将成为智能电网不可或缺的关键环节，在智能电网中调峰、调频、电 压补偿等方面发挥重要作用，确保系统安全、可靠、高效、绿色的运行。
定用户的需要或支持现存配电网的经济运行，是发电单元和储能单元的组合，光伏、风电和 燃料电池都是非常典型的分布式电源，包括微型燃气轮机发电、燃料电池储能、可再生能源 如太阳能和风力发电等。具有以下特点：①非常接近终端用户；②容量很小，一般为几十千 瓦到几十兆瓦；③能孤立运行或者并网，一般接在380V或10kV线路上。此外，光伏发电中的 储能装置，常处于放电状态，放电深度不规则，而且一次充电时间短。而风电系统中的储能 装置，放电时间分布比较均匀，充放电率比光伏大得多，也很少会处于欠充电状态。
4、储能技术发展前景及展望
目前电网面临新的挑战：第一，能源变了，电网中的电从传统振动筛生产厂家的煤电转 变为绿色的可再生能源电力。可再生能源发电的特点是波动性间歇性。第二，电网要高效减 排。极端天气频发要求我们增强供电的可靠性，传统电网无法解决这些问题。因此，电网的 即发即用模式需要转变。储能的定位就是由功率传输到电量传输，正是从输电网到能源转变 的核心技术。
最近十多年来，多种新型储能技术及应用在全球电力系统中得了长足发展。目前，应用 最广的储能技术是抽水蓄能储能，其能量转换效率在70％～75％。其巨大的储能力能够很好 地解决电力系统运行中负荷和可再生能源的调峰需求。但由于受建站选址要求高、建设周期 长和动态调节响应速度慢等因素的影响，该技术的大规模推广应用受到一定程度的限制。目 前全球抽水储能电站总装机容量9000万千瓦，约占全球发电装机容量的3％。
调峰、频率控制、UPS、电 能质量调节等
投资低、建设快
寿命低、有污染
电能质量、可靠性、频率控 制、黑启动、UPS
大容量、高密度、高效率
成本高
各种应用
大容量、高密度、高效率
成本高、安全隐患
各种应用
大容量、长寿命
能量密度较低
电能质量、可靠性、频率控 制、削峰填谷、能量管理
长寿命、高效率
能量密度较低
电能质量、输配电系
最新发展起来的储能技术（如锂离子电池、飞轮储能、超级电容、钠硫电池、钒液流电 池等）在使用寿命、功率和容量的规模化、运行可靠性、系统制造成本等方面已经获得了突 破，具备了进入电力行业应用的基础条件。具体而言，当前先进的储能技术具有以下特征： 一是功率外特性好，以成熟的电力电子技术为基础，实现快速、精确的有功无功灵活的功率 输出；二是系统规模大，单个系统规模已经可以达到20兆瓦以上；三是运行寿命长，用于电 网自动发电控制（AGC）调频的储能系统设计寿命已经可以达到10年以上，其中电力电子设 备的设计寿命超过15年；四是运行可靠性高，美国20MW飞轮储能系统投运两年以来，系统可 用率达97％以上[1]。
3、储能技术在分布式发电中的应用
当今社会对电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高，传统的大电网供电方式由于自 身的缺陷已经不能满足这种要求。智能电网储能技术是解决可再生能源间歇性供电问题最有 效的方法，利用储能技术，尤其是将分布式储能技术应用到一些变电站，建造低成本、高密 度和分散式的储能装置，对保证电网的稳定性和可靠性有很大的好处，对发展大电网技术也 很有利。目前，大电网与分布式发电相结合被世界上很多能源电力专家公认为是能够节省投 资、降低能耗、提高电网安全性和灵活性的主要方法，是21世纪电力工业的发展方向[3]。