储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用

储能在新能源、分布式电源与 电网协调发展中的作用

杜 丹 刘 谊

（华北电力大学经济与管理学院，北京 昌平 102206）

【摘 要】随着新能源发电和分布式电源的并网容量不断增加，对电网在电压质量、功率稳定、网络损耗、供电可靠性水平等方面有了更高的要求。储能有利于提高新能源和分布式电源的消纳能力，促进新能源和分布式电源开发利用，在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用越来越重要。文章从新能源、分布式电源与电网协调发展需求出发，分析了储能在发电侧、大电网、配电网及用户侧的作用。

【关键词】储能；新能源；分布式电源

【中图分类号】TM61 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2019)01-0014-03

The Role of Energy Storage in the Coordinated Development of New Energy,

Distributed Power and Power Grid

Abstract: With the increasing of the grid-connected capacity of new energy power generation and distributed power, higher requirements are put forward for the power network in terms of voltage quality, power stability, network loss and power supply reliability level, etc. Energy storage is conducive to improving the absorption capacity of new energy and distributed power, promoting the development and utilization of new energy and distributed power. It plays an increasingly important role in the coordinated development of new energy, distributed power generation and power grid. Based on the demand of coordinated development of new energy, distributed power and power grid, this paper analyzes the function of energy storage in power generation side, large power network side, distribution network and user side.

Key words: energy storage; new energy sources; distributed power

1 引言

随着风电和光伏发电等可再生能源的快速发展，储能在整个能源电力体系中的作用越来越重要，应用范围涉及发、输、变、配、用各环节[1-3]，储能方式主要可分为机械储能、化学储能和电磁储能等[4]。储能技术的类型、容量、功率等技术特性和相关经济特性各有不同，应在不同的电力系统特性和不同应用环节中进行合理选型，以发挥出储能技术的最大价值。

储能不仅可以解决新能源发电的波动性、间歇性等问题，还可以提高电网柔性和本地消纳新能源的能力，随着新能源的不断发展，在电源结构中的占比将不断提高，因此储能的需求将更加迫切，应用前景十分广阔。

再生能源并网和电网侧领域分列二、三位，所占比重分别为25%和14%。按技术类型分析，锂离子电池累计装机规模366.38MW，所占比重近70%，应用覆盖集中式可再生能源、辅助服务、电网侧及用户侧储能应用全领域；铅蓄电池累计装机规模143.78MW，占据27%，用户侧是其主要应用场景。累计装机规模前五名的省份和自治区依次为：江苏、青海、广东、西藏、山西，装机规模分别为118.97 MW、71.16 MW、40.72 MW、38.54 MW和36MW，如图1所示。

2 我国储能发展情况

近几年，储能技术快速推广，我国出台了系列政策鼓励促进储能的发展。截至2018年6月底，我国已投运电化学储能项目累计装机532.7MW。在应用分布上，用户侧领域的累计装机规模最大，为264MW，所占比重达到50%；集中式可

图1 国内电化学储能技术分布与应用分布

【收稿日期】2018-11-12

【作者简介】杜丹（1994－），女，山东济南人，华北电力大学经济与管理学院学生，研究方向为新能源和分布式电源技术经济。 - 14 -

3 储能在新能源、分布式电源与电网

协调发展中的作用

电力系统是复杂的系统工程，长期以来电力行业始终对储能技术存在着“刚性期盼”。由于电能的生产、输送和消费瞬间同时完成的特征，电网必须保持电力生产和消费实时平衡。人类一直在探索通过储能技术使得电力发、输、配、用实时平衡的刚性电力系统变得更加柔性，提高电网运行的安全性、经济性和灵活性。近年来，随着新能源和分布式电源的快速发展，对储能发展提出了新的应用需求。

按照电力系统发、输、配、用各个环节的特性，以及储能技术在每个环节可以实现的功效，可以总结出储能技术在新能源、分布式电源与电网协调发展的发电侧、大电网、配电网及用户侧的作用，如图2所示。

图2 储能的作用

3.1 储能在发电侧的作用

对于传统火电机组，储能应用于发电侧，可以提高机组效率、辅助动态运行、取代或延缓新建机组。一方面，根据日前发电曲线和调度中心的实时指令来对储能系统进行充放电，可以调节发电机组的总输出，使发电机组可以在接近额定功率的条件下运行，增强了发电厂整体的调峰能力；另一方面，发电机组在用电低谷时段对储能系统进行充电，可以在用电高峰时段满足高效、快速地向负荷放电的同时还可保证电网的稳定运行。

对于风电、光伏发电等新能源，储能作为一种新兴技术，不仅可以解决新能源发电的波动性、间歇性等问题，还可以提高电网柔性和本地消纳新能源的能力。储能在风电场中的作用主要是增加风电调节能力、跟踪计划出力、平滑风电输出等。储能在集中式并网光伏电站中的作用主要是电力调峰、控制电能质量、保证系统稳定等。

3.1.1 通过储能系统“低充高放”，实现风电和光伏发电的峰

谷转移

通过储能系统将电网不能消纳的风电和光伏发电存储起来，充放电的时间节点完全取决于调度的要求。在这样的模式下，储能系统的工作方式相对固定，一般根据风电和光伏发电输出功率的高峰与低谷区域选取储能系统工作方式的切换点。

在风电和光伏发电达到高峰期时，储能系统进入充电状

态，吸收风力发电输出富余的电能，若储能系统仍未充满，还可从大电网吸收电能；在风电和光伏发电跌入低谷期时，储能系统进入放电状态，释放储存的能量，从而实现风电和光伏发电的峰谷转移。

3.1.2 跟踪计划出力，提高新能源并网能力

跟踪计划出力，是指根据计划出力曲线，控制储能系统的充放电过程，使得实际输出功率尽量接近计划出力，从而增加新能源发电输出功率的准确性, 提高电力系统的利用率以及新能源的并网能力。储能应用于跟踪计划出力的能量调度策略为：一是尽可能充分利用新能源发电，即首先让新能源发电满足负荷需求，若有富余的能量则对储能系统进行充电。二是当尽可能利用新能源发电仍不能满足负荷的需求时，若储能系统能量充足，则考虑由储能系统进行放电，提供能量满足负荷所需。三是若计划出力曲线超出了储能型风电场和光伏发电场的调控范围，则尽可能地调控储能型风电场和光伏发电场输出功率接近计划出力曲线。 3.1.3 平滑新能源发电出力，满足系统运行要求

平滑新能源发电出力，是指通过对储能系统进行频繁充放电操作，平滑新能源发电短时输出，使其输出的爬坡率和爬坡幅度满足电网调度要求，减少由于风和光伏的随机性和不稳定性，带来的风电和光伏发电的波动性。储能系统可以通过合适的逆变控制策略，实现稳定电压、调整相角、有源

滤波等电能质量的控制，从而改善风电和光伏发电的特性，控制电能质量，保证系统稳定,使风力和光伏电站可以在一个相对稳定的输出水平运行。

3.1.4 与现有发电厂联合运行，提供辅助服务

通过与现有发电厂联合运行，提高常规电源频率响应特性，提供调频等辅助服务也是储能参与发电侧应用的重要途径。从储能应用于调频辅助服务获取的收益（辅助服务补偿费用）来看，主要包括三部分：一次调频考核费用，AGC调节考核费用，以及AGC调节补偿费用。而根据储能电池参与电力辅助服务市场的形式不同，储能和辅助服务规则范围内的发电厂联合运营，提供调频辅助服务是储能最有可能在电力市场获得收益的模式。

3.2 储能在大电网的作用

3.2.1 快速响应出力负荷变化，满足电网安全稳定运行的要求 针对电网运行体系各个环节的特殊需求，大容量储能在接入现有电网后，能够满足电网安全稳定运行的要求。一方面，引入储能后可以有效地实现需求侧管理，平滑负荷，消除昼夜间峰谷差；另一方面，能够更有效地利用电力设备，降低供电成本，是提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

储能应用于电网调频的作用十分重要。调频是维护电网安全运行的关键技术。随着未来新能源发电在电网中的比重增加，电网中必须配备快速响应出力负荷变化的电力资源，才能满足电力系统安全稳定运行。因此，区域内的调频资源越能快速、准确地响应电网的调度指令，对电网就越安全有

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利。从储能技术本身所具有的特性来看，储能具有快速（毫秒级）、精确控制充放电功率的能力，与传统调频手段相比，储能应用于电网调频具有一定的竞争优势。有报告指出，在同等规模下，储能进行调频的效率是水电机组的1.7倍、燃气机组的2.7倍、火电机组和联合循环机组的近20倍。并且美国的一些研究机构、电网运营商、储能技术厂商等相关单位的验证、研究与实际测试均表明，储能应用于调频的效果远好于火电机组，对系统整体调频控制有很好的改善作用。另外，美国电科院（EPRI）的报告也指出，储能应用于调频是在所有电力系统储能应用中价值最高的。

3.2.2 满足尖峰负荷容量需求，延缓输配电设备投资

电网公司为了应对电网负荷峰谷差的日益扩大和高峰负荷的不断增加，需要连续投资发输配电系统来满足尖峰负荷的容量需求，从而导致系统整体负荷率和资产的综合利用率偏低。而储能系统可在用电低谷时作为负荷存储电能量，在用电高峰时作为电源释放电能，在一定程度上，储能系统起到了减小峰谷差、移峰填谷的作用。输配电系统在应对负荷高峰时段或尖峰时段运行时需要投入大量的电力资产。然而这部分资产的利用率很低，新建、扩建也要面临输电走廊、环境等多方面因素制约。此时配置储能的作用就体现在：可以减缓输配电系统的升级改造，延缓因负荷变化而带来的电力系统的设备投资以及新建调峰电站投资。这其中的获利取决于输配电系统升级改造和储能系统建设与运维之间的成本对比。 3.2.3 抑制风光发电出力波动性，提高新能源消纳能力

随着科学技术的发展，新能源发电的发展越来越快，所占的比例也越来越大。但是在新能源发电中，风能和太阳能发电具有间歇性、不稳定性，就给电网接入带来了随机性和波动性。欧洲有关机构研究结果表明，如果风电和光伏发电等新能源发电的装机（或电量）占本国发电装机（或发电量）总量的比例超过某一极限值（不同系统，极限值不同），就必须要配置大容量储能设施来进一步提高电网接纳新能源的能力。通过大规模储能技术，能够实现新能源发电功率的平滑输出，有效调控新能源发电所引起的电网电压、频率及相位的变化，降低新能源发电输出电压波动对电网造成的巨大负面影响，从而保障大规模风电及太阳能电力并网的安全性，提高电网对新能源的消纳能力。

3.3 储能在配电网及用户侧的作用

目前储能系统用于配电网侧或用户端的主要应用方式是分布式电源和储能的联合运行，或是更高级应用的微网形式。通过分布式电源、储能和用户的协调控制来实现三者的优化运行，能够提高用户用电电能质量，保障大电网短时故障下的可靠供电。分布式储能具有很强的灵活性，能够在应对各类突发事件时作为应急电源，实现按需调配，并且满足危急时刻局部重要地区的用电需求。储能是分布式发电及微网的关键支撑技术，在包含可再生能源技术的分布式发电及微网

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中发挥着重要作用，其作用主要体现在稳定系统输出、备用电源、提高调度灵活性等三个方面。 3.3.1 平滑负荷曲线，稳定系统输出

与未采用储能装置的分布式发电单个用户相比，采用储能装置后用户的负荷曲线变得更加平滑、稳定。采用储能装置后，由分布式发电系统提供所需的平均负荷，储能提供短时峰值负荷。同时储能也能解决分布式电源中电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题，对系统起到了稳定作用。

3.3.2 充当备用电源，满足紧急用电需求

储能可以在分布式发电单元不能正常运行的情况下起备用作用，如在分布式太阳能系统不能发电的夜间，分布式风电系统在无风的情况下，或者其它类型的分布式发电系统检修的情况下等，储能都可以起到备用电源的作用。 3.3.3 实现分布式电源友好发电特性，满足系统调度需求

储能能够使得不可调度的分布式发电系统作为可调度机组运行，从而实现与大电网的并网运行，并在必要时向大电网提供削峰、紧急功率支持等服务。储能的容量越大，系统的调度就更加自由化，但须在调度自由化获取的利益与成本之间找到经济平衡点。

4 结语

文章按照电力系统发、输、配、用各个环节的特性，以及储能在每个环节可以实现的功效，分析了储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用。储能在发电侧可以实现新能源发电的峰谷转移，跟踪计划出力，保证系统稳定运行；在大电网可以快速响应出力负荷变化，满足尖峰负荷容量需求，延缓输配电设备投资；在配电网及用户侧可以充当备用电源，稳定系统输出。新能源规模化接入与消纳、电力系统安全稳定和经济高效运行，以及未来能源互联网的建设，都将储能作为重要基石。储能作为新兴产业，其发展也得到了政府科技部门和能源部门的关注和支持。国家关于储能产业发展的规划的正在逐步建立，应用示范的财政补贴也在逐步推进，可再生能源分布式发电的激励电价正在完善。虽然还有许多问题有待解决，但在政府政策的支持和各方的共同努力下，中国储能产业将得到持续不断的发展。

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