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储能新型电力系统的关键一环

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  • 时间:2025/3/27 13:19:11
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导读储能是新能源发展的必备基础设施:以风光为例的可再生资源发电具有极强的不可控性,为了维持电网供电方和用电方的平衡,保障电网安全,有必要引入储能作为灵活性调节资源。传统的抽水蓄能和新型储能例如电化学储能、压缩空气储能等技术百花齐放。目前全球储能市场呈现中美大储、欧洲户储的格局,未来,储能将为电力部门碳中和做出巨大贡献。01新型电力系统必须依靠储能进行调节年3月15日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建新型电力系统,为新时代能源电力发展指明了科学方向,也为全球电力可持续发展提供了中国方案。年1月,国家能源局发布了《新型电力系统发展蓝皮书(征求意见稿)》,提出新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提,以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标,以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务,以源网荷储多项协同、灵活互动为坚强支撑的新时代电力系统。储能作为新型电力系统四大部门的关键一环,其重要性不言而喻。图1光伏、风电出力和负荷曲线(资料来源:《面向园区微网的“源-网-荷-储”一体化运营模式》)电能是一种即发即用的能量,发电侧和用电侧的功率必须匹配,才能保障电网的稳定。根据EIA预测,到年,风光发电将占可再生能源发电量的72%,相比年占比提升近一倍。与传统火电可调节性强不同,风光发电具有低惯量、低阻尼、弱电压支撑的特点。也就是说,风光发电具有巨大的波动性,会使发电侧和用电侧的平衡更加难以实现。因此,为保持电网的平衡,很多时候风光发电并未接入电网而被浪费,产生“弃风弃光”现象。年,我国弃风、弃光量超过亿千瓦时,对应价值超过亿元。配备储能可以完美地解决该问题:当发电侧功率过高时,储能将多余电量储存起来;当用电负荷过高时,储能将此前储存的电能释放出去,从而实现能量的实时匹配,确保电网安全稳定。图年各月份弃风、弃光率(图源:全国新能源消纳监测预警中心)02储能的应用场景涵盖电力系统的各个方面储能按照应用场景可以分为发电侧储能、电网侧储能和用电侧储能。其中发电侧储能和电网侧储能被称为表前储能,用电侧储能被称为表后储能。用电侧储能按照主体不同可进一步划分为工商业储能和户用储能。发电侧储能主要用于电力调峰、辅助动态运行、系统调频和可再生能源并网;电网侧储能主要用于缓解电网阻塞、延缓输配电扩容升级、调峰调频;用电侧储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性。图3储能在发电侧、电网侧和用电侧的应用场景(图源:派能科技)一般而言,表前储能和大工商业储能功率往往大于30MW且能量大于30MWh,在国标《电化学储能电站设计规范》中被定义为大储,户用储能和小型工商业储能被定义为小储。03新型储能技术百花齐放锂电池储能商业化程度最好储能,即把电能转化为其他形式的能力储存起来,需要使用时再将其转化为电能。储能根据能量形式可分为抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能、机械能储能等多种技术种类。一、抽水储能抽水蓄能是最主流的传统储能技术。抽水蓄能电站由存在一定落差的上水库、下水库和连接两个水库的引水系统、地下厂房(可逆式水轮机组)组成。利用下半夜过剩的电力驱动水泵,将水从下水库抽到上水库储存,在白天和前半夜将水放出发电,并流入下水库。抽水蓄能具有技术成熟、储能容量大、系统效率高、运行寿命长、安全性能高等优势,是目前最主流的储能方式。抽水蓄能的造价已相对平稳,单GW静态投资额为53.67亿元。截至年底,我国抽水蓄能累计装机容量达到45GW,占所有储能装机规模的79%,同比增长24%,装机规模据全球首位。图4抽水蓄能原理(图源:数字经济网)图5我国储能装机结构(图源:CNESA)然而,由于水库建设周期长,抽水蓄能电站建设的地理条件苛刻(上下水库需达到40-m的高度差)等因素,抽水蓄能未来的发展空间相对有限。《新型电力系统发展蓝皮书(征求意见稿)》计划,年装机规模达到GW,相比年年化增长13%图6全球主要国家抽水蓄能装机容量(GW)(图源:IRENA,Statista)二、电化学储能如图5所示,以锂离子电池为代表的的电化学储能是新型储能中目前占比最高的储能技术。完整的电化学储能系统包括电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。图7电化学储能系统结构示意图(图源:派能科技)电池组是储能系统最主要的构成部分,用来储存能量;电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等;能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度;储能变流器是连接交流和直流的装置,实现交直流的双向转换,可控制蓄电池的充电和放电过程。从成本结构来看,储能电池成本占比60%以上,储能PCS成本占比约10%图8储能系统工作原理图(图源:阳光电源


本文编辑:佚名
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