1.4 新能源技术中的储能技术

目前，除技术最成熟、应用最广泛的抽水储能技术外，国内外开展了多种新型储能技术的研究探索，并建成了众多兆瓦级及以上的储能示范工程。投入应用的较为成熟的储能技术有电化学储能、相变储能、机械储能和电磁储能等；示范工程的应用领域涉及可再生能源并网、分布式发电及微网、输配电及辅助服务等。根据美国能源部信息中心项目库的不完全统计，近10年来，由美国、日本、欧盟、韩国、智利、澳大利亚及我国等实施的兆瓦级及以上规模的储能示范工程达180余项，图1.20给出了兆瓦级及以上储能示范工程情况，从图中看到，化学储能示范工程数量近百项，其他形式的示范工程数量总和超过80项。

从储能类型上看，兆瓦级及以上储能示范工程中化学储能示范工程数量占比为53%，相变储能占比34%，机械储能占比6%，其他类型涉及压缩空气储能、电磁储能和氢储能等。各类型储能示范工程数量自2010年后每年增长幅度以锂离子电池储能为最大，钠硫电池储能次之，如图1.21所示。

图1.22给出各类型兆瓦级及以上储能示范工程应用领域情况。从图中可以看到，储能技术在各领域应用的数量逐年增长趋势。在2010年，储能在分布式发电与微网领域应用最少，其他3个领域相当；自2011年后，储能在可再生能源发电领域的应用增长最快，居于领先地位；储能在分布式发电与微网领域的应用呈现抬头态势，并在2012年超过在辅助服务领域的应用项目数。

储能系统一般由两大部分组成，即由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入系统。储能装置主要实现能量的储存、释放及储存环境和储存模式的控制，电网接入系统的主要功能有：充放电控制、电流变换、功率调节控制、运行参数检测与监控、安全防护等。

储能系统的容量范围大，从几十千瓦到几百兆瓦；应用范围广，贯穿于发电、变电、输电、配电和用电的各个环节。应用于电网的三种储能系统及其在容量范围、主要应用和储能方式几个方面的比较见表1.4。

储能电池系统一般由电池柜、电池模块、模块连接母线和直流开关等组成。电网接入系统的组成部分包括电源逆变器、系统控制器、监测传感器和变压器等。电池在负荷低谷充电时，电网接入系统工作在整流状态，相当于一个大功率负荷；而在负荷高峰放电时，电网接入系统工作在逆变状态，相当于一个可实现稳定功率输出的电源。监控系统由不同的监控系统的组合，包括电池监控系统、并网监控系统以及PCS自身监控系统等，功能完善的监控系统是储能系统安全可靠运行的保证。

1.大规模储能系统工程应用实例

中国电力科学研究院许守平、惠东等评述了大规模储能系统发展现状及示范应用，详细地介绍了各类储能技术的国内外项目的安装地点、应用功能、储能系统规模和投产时间。这里仅重点介绍大型铅酸蓄电池储能系统和大型锂离子电池储能系统的工程应用情况。表1.5为国内外大型铅酸蓄电池储能系统一览表，从表中可以发现美国早在1987年就开始了大型铅酸蓄电池储能系统的研发和应用，最大规模达到36MW，相应储能容量达到9000kW·h。国内起步较晚，但浙江温州市洞头县鹿西岛并网型微网示范工程中心的规模达到2MW，相应储能容量达到4000kW·h。从应用功能看，主要用于孤立电网、太阳能发电和风能发电等的平衡负荷、调频、削峰填谷等，从而提高系统稳定性，改善电能质量。

表1.6给出了国内外大型锂离子电池储能系统一览表，从表中可以发现锂离子电池储能系统作为新型的储能系统，国内外起步时间差不多，且国内发展势头强劲，其应用功能与铅酸蓄电池储能系统相同。

2.国内典型的储能项目实例

（1）上海。2006—2007年，国家电网公司、上海市科学技术委员会和科技部分别下达经费共计4910万元，支持上海电网储能技术研究建设项目。到2011年年初，该项目已完成总额定容量410kW/（1300kW·h）电池储能系统的建设，分布在上海漕溪变电站、前卫变电站和白银变电站。其中，漕溪变电站建成镍氢电池［6组，额定容量为100kW/（200kW·h）］、锂离子电池［3组，额定容量为100kW/（200kW·h）］和铁电池［2组，额定容量为100kW/（80kW·h）］储能系统；前卫变电站建成全钒液流［额定容量为10kW/（20kW·h）］储能系统；白银变电站建成钠硫电池［18组，额定容量为100kW/（800kW·h）］储能系统。

（2）浙江。浙江温州洞头鹿西岛并网型微网示范工程中心是国家“863”计划“含分布式电源的微电网关键技术研发”课题的两个示范工程之一。在鹿西岛上建设的风力发电系统、光伏发电系统、储能系统、微电网中央运行监控及能量管理系统以及单户模式微网系统，能实现并网和孤网两种运行模式的灵活切换，可以为全岛用户提供清洁可再生能源。大楼被150块太阳能板包围，这些太阳能板分布在楼顶和大楼附近的山坡上，总容量约300kW。为应对台风，加固之后的太阳能板可经受70m/s的风速。两台风电机组由10kV线路与大楼相连，总容量可达1560kW。在控制大楼内，还安装着由铅酸蓄电池组、超级电容和双向变流器组成的储能系统。储能系统是在微网控制综合大楼内配置2MW×2h的铅酸蓄电池组、500kW×30s的超级电容和5台500kW的双向变流器。储能系统与风力发电系统、光伏发电系统共同组成一个风光储并网型微网系统，可以实现并网和孤岛两种运行模式的灵活切换。当太阳能、风能这类分布式电源足够岛上用电时，微网控制系统会把多余的电送入大电网，当分布式电源不足的时候则由大电网来供电，形成双向调节、灵活平衡，这也是“含分布式电源的微电网关键技术研发”课题的重要研究内容。该工程的投运充分开发和利用了岛上丰富的风能、光能等绿色资源，利用可靠的微型智能供电网络有效地解决了海岛电力供应问题；也是对分布式电源、储能和负荷构成的新型电网运营模式的有益探索，对推动新技术在海岛电网应用具有积极意义，为浙江乃至全国海岛供电提供了范本。

（3）河北。基于河北张北风光储输示范工程，探讨如何发挥化学储能系统的出力特性和调节作用，得出风光储联合发电系统的出力特性和联合发电组合方式。该示范工程总体规划建设风电500MW，光伏发电100MW，储能系统70MW；一期建设风电98.5MW，光伏发电40MW，储能系统20MW，配备建设一座220kV智能变电站。该示范工程结构如图1.23所示。它利用风力发电和光伏发电的天然互补性，通过储能装置的快速调节作用，使风光储联合发电功率输出平稳，减少对系统的冲击，使风力发电和光伏发电等不稳定的发电系统变得稳定可控，提高了电能质量，易于电网接纳。

图1.24为风光储输示范工程某典型日风力发电、光伏发电日出力曲线和总出力曲线，图1.24（a）为当日的风力发电出力曲线，图1.24（b）为当日光伏发电出力曲线，图1.24（c）风光联合发电出力曲线，在夜间光伏不出力，而白天风电出力较小，通过风光互补，风光联合出力功率变化较小，验证了风力发电、光伏发电的天然互补特性，更符合电网稳定运行需求。单独风力发电出力偏差在30%左右，而当风光比例为1∶1时，联合出力偏差可以减小到12%。因此，有效利用风光互补作用，可以有效降低联合出力的波动性，改善出力特性。