储能技术的应用与作用分析

储能技术是实现灵活用电，互动用电的重要基础，是实现智能化使用能源，解决能源危机的重要技术发展方向，也是发展智能电网的重要基础工作。“储”作为电力系统运行的补充环节，可从时间上有效隔离电能的生产和使用，彻底颠覆电力系统供需瞬时平衡的执行原则，将电网的规划、设计、布局、运行管理以及使用等从以功率传输为主转化为以能量传输为主，给电力系统运行带来革命性的变化，也将对传统电力起到改善和改良的作用。储能技术目前在电力系统中的应用主要包括电力调峰、提高系统运行稳定性和提高供电质量等。能量存储技术可以提供一种简单的解决电能供需不平衡问题的办法。这种方法在早期的电力系统中已经有所应用，例如在19世纪后期纽约市的直流供电系统中，为了在夜间将发电机停下来，采用了铅酸蓄电池为路灯提供照明用电。随着电力技术的发展，抽水储能电站被用来进行电网的调峰。抽水蓄能电站在夜晚或者周末等电网负荷较小的时间段，将下游水库的水抽到上游水库，在电网负荷峰值时段，利用上游水库中的水发电，补充峰荷的需求。液流电池可以用于电站调峰和UPS等。

储能装置在电网中所发挥的作用主要体现在以下几个方面：

（1）削峰填谷

储能发挥削峰填谷的作用，改善了电力系统的日负荷率，使发电设备的利用率大大提高，从而提高电网整体的运行效率。电力生产过程的连续性，要求发、输、变、配电和用电在同一瞬间完成，因此发电、供电、用电之间必须随时保持平衡，而且电力系统必须有一定的发电备用容量。电力的需求在白天和黑夜、不同季节间存在巨大的峰谷差，从建设成本资源保护的角度出发，通过新增发输配电设备来满足高峰负荷的需求变得越来越困难，用户对供电的可靠性和调峰的要求也越来越高。如今，丰富的可再生能源和分布式资源却得到越来越多的应用，这些特点使得分散的储能系统的重要性日益增加。如果能够建立起既经济反应又快速的调峰电站和大规模储能系统，那么可以将低谷电能转化为高峰电能，这是实现发电和用电间解耦及负荷调节的有效途径，也是电力工业市场化的前提。同时，还可以减少电网对发电设备的投资，提高电力设备的使用率，减小线路损耗，提高供电可靠性，创造巨大的经济效益和社会效益。

（2）提供应急电源，提高可靠性，改善电能质量

在发生突发事故和电网崩溃时，为防止医院、消防、通信、银行等重要负荷区电力中断，储能设备将充当不间断电源/应急电源，可为电网恢复争取时间，避免损失扩大。同时，可以借助于电力电子变流技术，实现高效的有功功率调节和无功控制，快速平衡系统中由于各种原因产生的不平衡功率，减小扰动对电网的冲击，改善用户电能质量。对于供电紧张的电力系统来说，分布式储能系统可以有三种方式来实现可靠供电：①电能存储系统可作为电网应急备用电源迅速投入运行，从而提高供电可靠性；②将对供电负荷需求从峰值时刻转移到负荷低谷时刻；③在强制停电或供电中断的情况下向用户提供电能。另外，储能系统还可以通过快速的无功调节来稳定供电端的电压质量。

（3）改善电网特性

将储能设备与先进的电能转换和控制技术相结合，可以实现对电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。受自然条件限制，可再生能源发电具有很大的随机性，直接并入电网会对系统造成一定的冲击，增加系统不稳定的因素。将风能等可再生能源作为储能装置的充电电源，可以为可再生能源的使用提出一个新的思路。储能装置具有转换效率高且动作快速的特点，能够与系统独立进行有功、无功的交换。因此，储能装置可以根据系统负荷变化快速调整出力来稳定系统频率及减少不必要的联络线功率流动。研究表明，储能装置的投入可以有效改善系统频率，解决旋转备用不足的问题。

（4）满足可再生能源系统的需要(www.xing528.com)

预计到2020年，我国以风电、光伏发电为代表的可再生能源装机容量在电源占比中将提升至15%。电力系统对发电装置的安全、可靠要求极为严格，而间歇电源自身的随机波动特性，使之很难胜任这一要求，随着电网中间歇式能源占比的逐年上升，电网将面临考验。通过研发高效储能装置及其配套设备，与风电/光伏发电机组容量相匹配，支持充放电状态的迅速切换，确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用的关键。储能技术将在平抑、稳定风能发电或光伏发电的输出功率和提升新能源的利用价值方面具有重要作用。储能技术在间歇性电源领域的应用，涉及装置集成与系统控制、特性归纳与建模仿真、大电网侧布点选择与储容配置，以及应用优化与经济评估等多项关键技术问题。

风力、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素变化，储能装置可以及时地进行能量的存储和释放，保证供电的持续性和可靠性。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径，同时也增加了分布式发电机组与电网并网运行时的可靠性。

分布式发电系统可以与电网连接，实现向电网的馈电，并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。而一些可再生能源分布式发电系统，受环境因素的影响较大，因此无法制订特定的发电规划。如果配置储能装置，就可以在特定的时间提供所需电能，而不必考虑此时发电单元的输出功率，只需按照预先制定的发电规划进行发电。

随着可再生能源应用规模日益增大，利用高效、安全的大规模储能装置改善风电、光伏等间歇性电源的运行特性，提高其并网应用能力已成为业内共识，并已经取得大量成果。目前，国外已有若干大规模储能系统应用的典型范例。

多年来日本一直致力于具有广泛应用价值的大规模储能系统，日本NGK公司是目前世界上能够生产和应用钠硫电池的大规模储能系统厂商代表，它生产的商业电池使用寿命15年，循环寿命2500次（100%深度充放电）、4500次（90%放电条件，是铅酸蓄电池的近10倍），能源转换效率高于83%。根据应用对功率和储能要求的不同，钠硫电池模块可以组合构成大的储能系统。目前在全世界已经开展200多项钠硫电池储能系统示范应用。早在2000年8月到2002年2月，日本NGK公司在日本NEDO（日本新能源与工业技术发展组织）的支持下，将400kW/800kW·h钠硫电池系统与500kW风力发电机组集成，在丈八岛风电场开展并网示范。实验表明，大规模储能系统可以有效持续地控制系统的功率输出，将风力发电机组的输出波动抑制到2%以下，达到平稳风电的目的。2008年5月，日本青森县安装了34MW钠硫电池系统用于平滑51MW风力电场的出力。由于储能/风电功率比达到2/3，所以风电场输出波动可有效地控制在2%以内，而预测误差则小于10%。

另外，日本住友公司在全钒液流电池的制造具有较强的实力，并安装了大规模储能系统用于日本的示范工程。早在2001年3月，住友公司在NEDO的支持下，在北海道风电场将150kW/900kW·h全钒液流电池与单个270kW风力发电机组集成，用于平衡风力发电与负荷的需求，展示了良好的运行示范结果。2006年，住友公司在NEDO支持下，在北海道的占前（Tomamae）30MW风电场内，以功率的20%配比安装4MW/6MW·h储能系统用于平滑风力风力发电机组输出。

此外，2003年，Pinnacle VRB公司在澳大利亚金岛（Kingland）风电场建成250kW/2MW·h的大规模储能系统，用于平稳风力发电机组输出；2006年在爱尔兰Sorna Hill风电场签订合同建设2MW/12MW·h风电储能系统。

从已有的示范工程或示范实验系统来看，大规模储能系统或充当缓冲单元，或充当电源储备，都有效改善了风电或光伏输出功率的波动性，减轻了间歇电源系统对电网的冲击，并提高了风电或光伏的预测准确度，为可再生能源并网利用和调度带来了便利。目前，风电、光伏等可再生能源在世界许多国家均呈现快速发展的势头，而且面临的问题也不尽相同。由于大规模储能系统在间歇电源系统中的应用还处于起步阶段，大力开展大规模储能系统在风电系统应用技术研究具有重要意义。