樊菊霞，刘锐，易隆岩，程勇
中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 湖南长沙 410000
摘要：储能技术是充分利用可再生能源、提高电力系统稳定性的有效手段。据统计，2020 年3月全球已投运储能项目（含物理储能、电化学储能以及熔融盐储热）累计装机规模达184.7 GW，同比增长1.9%，中国的累计装机规模达到32.5GW，同比增长3.8%。。储能技术按照能量储存方式可主要划分为物理储能、化学储能和其他储能，各有不同的适合应用领域。近年来新能源行业发展迅猛，特高压电网建设加快，清洁能源的建设规模越来越大，但新能源发电的间断性会对电力系统运行稳定性造成冲击，所以在新能源发电快速发展的同时，储能市场将会迎来快速增长。本文主要介绍了目前储能技术的现状及其发展趋势，以及在电力系统发、输、配、用等方面的应用情况，可为储能技术研究和工程实践提供一定的参考。
关键词：储能技术；可再生能源；电力系统.
0 引言
随着智能电网和新能源发电时代的到来，因新能源发电需要储能技术的配合来减少对电力系统运行稳定性的冲击，储能技术的影响日益增大，电力系统的发、输、配、用各个环节均有储能技术的应用[1]。电力储能具有配置方式灵活、环境适应性强且建设周期短、快速响应和双向调节等特点。我国能源革命将在2050年取得阶段性成果，能源清洁化率和终端电气化率将达到50%，储能市场空间巨大。近3年来，在政策支持、储能技术进步、需求增长等因素共同作用下，我国电力储能技术应用快速发展并且具备了一定规模。在电源侧，由于国家政策的补充完善，以及储能市场的快速发展，全国多家知名发电企业已率先开展电力储能技术具体应用研究。在电网侧，为应对新能源大发展和特高压电网建设，加快智能电网建设进度，发挥储能技术调峰调频、系统备用、黑启动、改善电能质量等作用。在用户侧，主要通过峰谷价差下的“谷充峰放”模式，改善电力负荷结构，发挥储能技术削峰填谷、需量管理、需求响应以及虚拟电厂等作用。
随着储能技术日趋成熟，储能产业化会逐步增大，储能技术在各个领域的应用将更加清晰，但一些缺点也在实际工程中暴露出来，如储能项目建设、消防安全等缺少相关标准执行，储能电池选型、电站规划配置、系统集成的理论不完善，缺乏相关工程参考，储能系统调控和运行维护缺少经验，储能电池SOC 标定误差较大，系统调控还未达到最优解等。
本文重点介绍电力储能技术的发展现状，及其在电源、电网、用户等方面的应用情况，并对未来储能技术的发展趋势进行展望，可为后续储能技术研究和工程实践提供一定的参考。
1.储能技术介绍
图-1 储能技术分类
1.1化学储能
化学储能是指将能量以化学能的形式储存起来的技术[2]，是目前微电网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。主要是指电池储能，其在储放电速率、储能效率、储能密度等方面具有明显优势。化学储能在电力系统高峰负荷时通过放电来“削峰”，在电力系统高峰负荷时通过充电来“填谷”，有利于提高电力系统运行的稳定性。然而化学储能的充电电压不能太高，需要配备稳压和限压功能装置。化学储能的充电电流不能过大，需要配备稳流和限流功能装置，所以它的充电回路也比较复杂。而且化学储能充电时间长、充放电次数寿命低，容易对环境造成污染，维修费用高，因此限制了其在储能市场上的应用。目前适合电网规模化应用的化学储能技术主要有液流电池、锂电池、铅酸电池和钠硫电池。
（1）液流电池：液流电池具有能量密度大、转换效率高、安全稳定传输等优点，可进行深度的放电且大电流放电过程并无需进行特殊电压电流保护装置。液流电池适用于平抑新能源发电波动、辅助调峰、边远地区供电、工厂及办公楼供电。
（2）锂电池：相较于铅酸蓄电池，锂电池具有安全性高、能量密度高、充放电效率高的优点，并且可通过串联获得高电压、并联提高其容量，但因其核心材料价格较高导致费用较高并且电池寿命较短。近年来锂电池各项关键技术取得重大突破以及具有环境友好型的特点，使得其在国防军工、智能电网、新能源发电、新能源汽车等行业大放异彩。
（3）铅酸电池：铅酸电池具有容量大、成本低、维护简单等优点，但有循环寿命短、自放电率高、重金属污染、储能密度低、循环寿命短、受温度影响大、深度放电会缩短电池寿命等缺点。目前铅酸电池在备用电源领域应用规模最大。
（4）钠硫电池：钠硫电池具有能量密度高、充放电效率高、运行成本低、占地面积小、维护方便等优点。但放电深度和循环寿命有待提高，运行需要额外装备保持其在300℃的高温环境运行，运行故障时温度可达到2000℃，具有安全隐患。钠硫电池系统在提高电力系统运行稳定性方面已有应用。
1.2超导储能
超导储能系统(SMES)利用由超导线圈将电网供电励磁产生的磁场能量直接储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电[3]。
SMES与其他储能技术相比，由于可以长期无损耗储存能量，能量返回效率90%以上；能量响应速度快，通常在毫秒级。但超导体价格太高、一次性投资太大限制了其在储能市场的发展。随着高温超导和电力电子技术的发展，超导储能装置逐渐在电力系统中得到应用。
1．3飞轮储能
飞轮储能技术是一种物理储能方式[4]，提出将电网富余的发电能量转化为飞轮的动能并在负荷高峰时候释放出来缓解电网压力。随着现代电力电子技术、高新材料和磁悬浮技术现代电力电子技术的重大突破，飞轮储能才走向实际工程。飞轮储能具有高储能量、寿命长、建设周期短、效率高等优点，但是飞轮储能的运行维护费用昂贵且放电持续时间短。
1．4抽水储能
抽蓄电站是电力系统中的“巨型电池”，电站在夜晚用电低谷时将所发出的电能转换成水的势能，在用电高峰时期或电能短缺时将势能转化成电能以保证负荷的运行[5]。其特点是：技术相对成熟、使用寿命长、功率容量大，但其响应速度相对较慢，并且对于选址的要求也相对较高。因抽水储能技术相对成熟性价比高，在未来的储能应用中仍占据主导地位。
2.储能技术在电力系统中的作用
2.1提供短时供电
并网运行模式和孤岛运行模式是微电网典型的运行模型。微电网在运行正常时与电网并网运行；当微电网发生电能质量事件时，微电网将及时与常规配电网断开切入孤岛运行模式。然而微电网切换模式时会导致功率缺额，储能装置则能保证微电网在两种模式中无缝切换，维持电力系统的稳定。在新能源发电空窗期，储能系统向系统中的用户持续供电，进而减少电力系统负荷波动。
2.2电力调峰
由于微电网中的微源主要由分布式电源组成，其负荷量一直处于波动状态，并且微电网的规模较小，系统抗风险能力差，大负荷的波动会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响，进而影响电力系统运行稳定性。为了满足电网高峰时期的负荷，就必须增加发电机，但是启动发电机的费用昂贵，成本太高。而在微电网中配置储能装置则可以解决这个问题，储能装置能在负荷谷底时储存新能源发电的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。储能系统可以为微电网并网提供缓冲，对提高电力系统稳定性的作用越来越重要。
2.3改善微电网电能质量
随着制造业对电能质量的要求逐步提高，电力系统对微电网并网的要求越来越高。微电网要与大电网并网运行，其电压闪变、电压不对称、功率因数以及电流谐波畸变率必须与电网保持一致或接近相等。此外，微电网必须提高电能质量，尽量减少停电次数、供电电压和频率异常波动次数。合理配置储能系统对提高微电网电能质量起着十分重要的作用，储能系统可以通过控制微电网并网逆变器向电网和负荷提供有功和无功，提高电能质量。对于不能持续稳定发电的微电源，配置储能系统后就可以很好地解决电压暂降等电能质量问题。在微电网的电能质量调节装置，针对系统故障引发的电压骤升、电压骤降、瞬时停电等问题，通过储能装置进行有功或无功补偿来平滑电网电压的波动。当微电网与大电网并联运行时，微电网起着有源电力滤波器的作用来补偿谐波电流和负载尖峰；当微电网处于孤岛运行模式时，储能系统能够维持微电网自身电压稳定。
2.4提升微电源性能
可再生能源由于其能量本身具有不确定性，输出的电能可能随时发生变化，不具有稳定输出电能的特性。当外界的条件变化时，微源的输出能量就会发生变化，这就决定了系统需要配置储能装置储存能量来保证其向电力系统稳定输送能量。如太阳能发电在夜间无法发电，风力发电在无风的情况下无法发电，或者其他类型的微电源不处于其发电时期，这时系统中的储能装置就能起过渡作用来维持稳定输出电能。
3.结论
国家战略之一是大规模储能，国家出台了很多政策推进储能行业的发展，储能技术日臻完善，在电力系统中发挥了重要作用，降低了新能源发电并网对电力系统稳定性的风险，大量的示范工程践行了其可行性和有效性，尤其是共享储能这一崭新商业模式的推广，为新能源发电厂提供弃风弃光电量的存储与释放，可有效缓解清洁能源高峰时段电力电量消纳困难，同时充分利用电网现有资源。多个国家已经把储能技术作为支撑智能电网和新能源发电的重要手段，开展了大量的储能示范工程项目，有效地推动了储能产业的发展。
参考文献
[1]马霁旻, 马元培. 刍议能源互联网背景下的电力储能技术[J]. 科技创新与应用, 2020(31).
[2]杨裕生. 电化学储能研究22年回顾[J]. 电化学, 2020(4).
[3]郭文勇, 蔡富裕, 赵闯,等. 超导储能技术在可再生能源中的应用与展望[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(08):2-19.
[4]宋兆鑫, 张建成, 赵霁晴,等. 针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制[J]. 电力建设, 2019, 40(003):42-50.
[5]郭志忠, 叶瑞丽, 刘瑞叶,等. 含抽水蓄能电站的可再生能源电网优化调度策略[J]. 电力自动化设备, 2018, 038(003):7-15.
作者简介：樊菊霞（1973-）女，汉，山西运城人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：电气工程。