華潤(rùn)電力技術(shù)研究院有限公司 唐芳純

新能源行業(yè)特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電受外部環(huán)境的變化輸出功率呈現(xiàn)出間歇性和波動(dòng)性，儲(chǔ)能技術(shù)可解決發(fā)電中棄風(fēng)棄光、平滑輸出、跟蹤出力并可參與電網(wǎng)調(diào)頻的業(yè)務(wù)，在國(guó)家的政策指導(dǎo)下各地發(fā)布了輔助調(diào)頻、新能源發(fā)電的相關(guān)政策，促進(jìn)了儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化的步伐；通過(guò)分析儲(chǔ)能在風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電中的常用幾種應(yīng)用方式特點(diǎn)為儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電中的應(yīng)用提供參考。

2020年全國(guó)新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)7167萬(wàn)kW、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)4820萬(wàn)kW，風(fēng)光新增裝機(jī)之和約為1.2億kW，占總電源新增裝機(jī)容量的63%左右；為落實(shí)“30·60”碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量到2030年時(shí)將達(dá)到12億kW以上。

風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性、不穩(wěn)定性的特點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)較大的負(fù)面影響；儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可以快速響應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)新能源系統(tǒng)出力的要求，實(shí)現(xiàn)功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，減少外部條件對(duì)新能源發(fā)電影響，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電可控性從而減少對(duì)電網(wǎng)沖擊，對(duì)提高電力系統(tǒng)靈活性和促進(jìn)可再生能源消納具有重要意義。

1 儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景

按儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的不同應(yīng)用場(chǎng)景可分為容量型、能量型、功率型和備用型四類(lèi)。

1.1 容量型儲(chǔ)能場(chǎng)景

一般要求連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)不低于4h，如削峰填谷和離網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)景。容量型儲(chǔ)能技術(shù)種類(lèi)包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲(chǔ)熱蓄冷、儲(chǔ)氫儲(chǔ)碳、鈉硫電池、液流電池、鉛炭電池等。

1.2 功率型儲(chǔ)能場(chǎng)景

一般要求連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在15～30min，如調(diào)頻和平滑功率波動(dòng)場(chǎng)景，儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)瞬間吸收或釋放能量支撐功率的快速變化的要求。功率型儲(chǔ)能技術(shù)包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、鈦酸鋰電池、倍率≥2C型磷酸鐵鋰電池或三元鋰電池。

1.3 能量型儲(chǔ)能場(chǎng)景

該場(chǎng)景介于容量型和功率型之間，一般要求連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在1～2h之間，可實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用等復(fù)合應(yīng)用場(chǎng)景，如獨(dú)立儲(chǔ)能電站、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能，0.5C或1C型磷酸鐵鋰電池。

1.4 備用型儲(chǔ)能場(chǎng)景

一般要求儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)不低于15min，在電網(wǎng)斷電或電壓不穩(wěn)定時(shí)作為不間斷電源提供緊急電力，如數(shù)據(jù)中心和通訊基站備用電源等。儲(chǔ)能設(shè)備包括鉛酸電池、梯級(jí)利用電池、飛輪儲(chǔ)能等。

2 儲(chǔ)能的應(yīng)用方式

儲(chǔ)能在風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用方式可分為集中式和分散式，在光伏電站應(yīng)用方式包括直流側(cè)或交流測(cè)安裝儲(chǔ)能設(shè)施。

2.1 風(fēng)電場(chǎng)分散式應(yīng)用方式

在風(fēng)電機(jī)組輸出交流測(cè)并聯(lián)儲(chǔ)能裝置可與風(fēng)電機(jī)組共用箱變，并利用儲(chǔ)能裝置在限電時(shí)充電儲(chǔ)能在風(fēng)速低時(shí)放電從而達(dá)到減少棄風(fēng)，以及利用儲(chǔ)能裝置提供電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)；系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 交流測(cè)分散式系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 直流側(cè)分散式系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖3 集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖4 交流測(cè)儲(chǔ)能拓?fù)鋱D

圖5 直流側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)拓?fù)鋱D

在風(fēng)電機(jī)組直流側(cè)并聯(lián)儲(chǔ)能裝置（超級(jí)電容），機(jī)組可參與一次調(diào)頻功能服務(wù)，并同時(shí)能增強(qiáng)機(jī)組的低、高電壓穿越能力；同超速減載運(yùn)行控制方法、轉(zhuǎn)子慣量和預(yù)留備用容量參與一次調(diào)頻相比，增加儲(chǔ)能裝置的風(fēng)電機(jī)組可以始終運(yùn)行在MPPT模式，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2所示。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)集中式應(yīng)用方式

在風(fēng)電場(chǎng)35KV交流測(cè)并聯(lián)儲(chǔ)能裝置，風(fēng)電場(chǎng)可利用儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)發(fā)電量進(jìn)行削峰平谷及參與電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)，并可解決轉(zhuǎn)子慣量方式參與一次調(diào)頻時(shí)在轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)發(fā)生頻率二次跌落問(wèn)題，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D3所示。

2.3 光伏電站儲(chǔ)能應(yīng)用方式

在光伏電站增加儲(chǔ)能裝置，光伏電站可利用儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電可解決棄光，并實(shí)現(xiàn)平滑功率波動(dòng)和削峰平谷，及參與電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)；應(yīng)用中有交流測(cè)和直流側(cè)增加儲(chǔ)能設(shè)備，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D4、圖5所示。

直流側(cè)增加儲(chǔ)能設(shè)備可解決儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏電站間接入匹配問(wèn)題，同交流側(cè)增加儲(chǔ)能設(shè)備相比具有優(yōu)勢(shì)，其一利用原系統(tǒng)的逆變?cè)O(shè)備、升壓設(shè)備和電纜線(xiàn)路減少占地和投資，其二光伏電站出線(xiàn)容量沒(méi)有變化減少相關(guān)審批手續(xù)等問(wèn)題。

3 總結(jié)與展望

目前，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能行業(yè)處于發(fā)展階段，相關(guān)的政策法規(guī)需進(jìn)一步完善；在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能設(shè)施不計(jì)入電網(wǎng)企業(yè)輸配電業(yè)務(wù)成本核算情況下要保證電網(wǎng)安全情況下，電網(wǎng)公司或地方要求新能源發(fā)電端預(yù)留備有容量用于電網(wǎng)一次調(diào)頻，需解決好商業(yè)化模式以打破一方投資、多方受益及無(wú)人買(mǎi)單的“怪圈”；建立建全儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系促進(jìn)行業(yè)有序發(fā)展，提升全行業(yè)的盈利能力保證行業(yè)健康快速發(fā)展；并應(yīng)提前布局電池壽命到期后的回收及處理問(wèn)題，避免二次污染。