技术文章

安科瑞 刘秋霞

摘 要：储能系统对于新能源发电系统的稳定性和可靠性具有重要作用，能够实现能源的平稳输出和调峰填谷。同时， 储能系统还可以提高电网的功率质量和有效利用可再生能源。因此，文中将从储能系统理论基础出发，通过对光伏、地热能、 风能等多种新能源发电方式中储能系统的应用进行分析，为新能源发电系统的储能系统应用提供理论支持和实际指导。 关键词：新能源发电；储能系统；电网

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引言

随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的增强，新能源发电技术得到了迅速发展。然而，由于新能源发电具有间歇性和不稳定性的特点，储能系统的应用显得尤为重要。储能系统不仅能够平滑输出功率波动，提升电网的稳定性，还能在电力需求高峰时段提供电力支持，提高经济效益。

1 储能系统理论基础

1.1 储能系统的概念

储能系统是一种在电力系统和能源管理中的关键技术，它能够将多余的电能在生产过剩时储存起来，并在电力需求高峰或电源不足时释放出来。这种系统不仅能够提高能源利用效率，还能平衡供需差异，确保电力系统的稳定运行。储能系统的应用场景非常广泛，包括但不限于电网调峰、备用电源、新能源并网、微电网和电动汽车等领域 。在电网调峰方面，储能系统可以在电力需求低谷时储存过剩的电能，并在高峰时段释放，以平衡电网负荷，减少电网的压力。在备用电源应用中，储能系统可以在突发情况下提供紧急电力供应，保障电力的连续性和可靠性。从技术角度来看，储能技术可以分为多种类型，主要包括电化学储能、物理储能、热储能和化学储能等。如图1所示。

图1 储能技术分类

电化学储能是目前应用广泛的一种储能方式，主要包括锂离子电池、铅酸电池和钠硫电池等。物理储能则包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。热储能主要通过储热材料将热能储存起来，而化学储能则利用化学反应过程储存和释放能量。随着可再生能源的快速发展和智能电网技术的进步，储能技术将在能源系统中扮演越来越重要的角色。它不仅有助于提高可再生能源的利用率，减少对化石能源的依赖，还能够推动能源结构优化和能源系统转型，为实现可持续发展目标提供强有力的技术支撑。

1.2 储能系统的特点

1.2.1 高效能量转换和存储

储能系统能够将电能高效地转换为其他形式的能量（如化学能、机械能、热能等）并储存起来，在需要时再将其转换回电能。以电化学储能为例，锂离子电池具有高能量密度和高效率的特点，能够快速响应电力需求变化。

1.2.2 灵活性和可扩展性

储能系统可以根据需求进行灵活配置，从小规模的家庭储能系统到大规模的电网级储能系统都可以实现。此外，储能系统的模块化设计使其可以方便地进行扩展，以满足不断增长的能源需求。

1.2.3 快速响应能力

储能系统能够在毫秒级时间内响应电力需求的变化，这是传统发电方式难以实现的。这种快速响应能力对于平衡电网频率、提供备用电源和支持电力市场的稳定运行至关重要。

1.2.4 环境友好性

许多储能系统具有较低的环境影响。例如，电化学储能系统在储存和释放能量的过程中不会产生有害排放物，热储能技术可以利用太阳能等可再生能源进行储热，减少对化石燃料的依赖。

1.2.5 多功能性

储能系统不仅可以储存电能，还可以提供多种附加服务，如电压调节、频率调节、无功功率补偿等。这些服务有助于提高电力系统的稳定性和可靠性。

1.2.6 经济性

尽管初始投资较高，但储能系统在其生命周期内可以通过提高能源利用效率、减少电网建设成本和降低备用电源成本等方面实现经济效益。此外，随着技术进步和规模效应，储能系统的成本正在逐步下降。

2 新能源发电系统中储能系统的应用

2.1 光伏发电中的应用

光伏储能发电系统主要包括光伏阵列、逆变器、双向DC-DC变换器、储能电池等如图2所示。储能系统在光伏发电中的应用不仅可以平滑输出功率，还可以提高电能的利用率。具体而言，当光照充足、光伏阵列产生的电能超过负载需求时，多余的电能可以通过双向DC-DC变换器储存在 储能电池中；而在光照不足或夜间，储能电池则可以释放电 能，补充光伏阵列发电的不足，从而保障供电的连续性和稳 定性。

为了提升光伏发电系统的整体性能，需要对储能电池 进行选择，可以采用液流电池、锂离子电池、钛酸锂电池等 多种储能技术。不同类型的储能电池在能量密度、充放电效 率、使用寿命、成本等方面各有优劣，应根据具体的应用场 景和需求进行合理选择 。同时，需要对智能能量管理系统 （EMS）进行优化和配置，以有效协调光伏发电、储能系 统和负载之间的能量流动。EMS通过实时监测光伏阵列的 发电情况、储能电池的充放电状态以及负载需求，动态调整 系统的运行策略，以实现能量利用率。例如，EMS 可以在电价较高时优先使用储能电池供电，降低用电成本； 在电网出现故障时，EMS可以迅速切换到储能模式，保障 供电的连续性

图2 光伏储能发电系统

2.2 地热能发电中的应用

地热能发电储能系统主要包括地蒸汽机组、蓄热装置、 仪器仪表监控系统、蒸汽机组、电能储存装置等。其中，地 热水泵站负责将地下的高温地热流体抽取到地面。这些流体 可以是高温水或蒸汽，取决于地热资源的类型。然后将这些 流体输送到蓄热装置中进行储存和调节。蓄热装置可以根据 需要将高温流体的热能转化为电能，或者在需求低谷期保存 热能，在需求高峰期释放热能，以此来平衡供需。仪器仪表 监控系统是通过对蓄热装置与蒸汽机组温度、压力、流量等 参数的实时监测和分析，可以及时发现和解决潜在问题，确 保发电系统的安全和高效运行 。现代化的监控系统还可以 与储能装置联动，根据实时数据自动调整储能策略，实现能 源的至优配置。

蒸汽机组是利用地热流体中的热能来驱动涡轮机发电的 关键设备。高温蒸汽通过管道输送到蒸汽机组，推动涡轮叶 片旋转，从而带动发电机产生电力。蒸汽机组的效率和性能 直接影响地热能发电系统的整体效益。为了提高发电效率， 现代蒸汽机组通常采用高效的热交换技术的材料，以 减少热能损失和设备磨损。电池储能装置在地热能发电中的 应用主要是为了平滑电力输出，提升电网稳定性。地热能发 电具有一定的间歇性和波动性，电池储能系统可以在电力输出不足时迅速补充电力，同时在电力过剩时存储电能，以备 后用 。常见的电池储能技术包括锂离子电池、钠硫电池和 全钒液流电池等。这些电池系统不仅具有快速响应能力，还 能在一定程度上延长地热能发电设备的使用寿命。地热能发 电储能流程如图3所示。

图3 地热能发电储能流程

2.3 风能发电中的应用

在风能发电系统中，储能系统的应用主要包括平滑输出功率波动、频率调节与电压支撑、削峰填谷、备用电源等方面。在平滑输出功率波动方面，由于风力的不稳定性，风能发电系统的输出功率会随之波动，甚至在短时间内出现较大的起伏。此类波动不仅影响电网的稳定性，还可能对用电设备造成损害。储能系统可以通过及时储存和释放电能，平滑风能发电系统的输出功率波动。例如，在风速较高时，储能系统可以储存多余的电能，而在风速降低时，储能系统可以释放电能，保证输出功率的稳定性。在频率调节与电压支撑方面，风能发电系统的输出功率

波动会导致电网频率和电压的变化，进而影响电力质量。

储能系统可以通过快速响应，参与频率调节和电压支撑。当电网频率因负荷增加而下降时，储能系统可以快速释放电能，提高频率；反之，当频率因负荷减少而上升时，储能系统可以吸收多余电能，降低频率，实现电压支撑功能，维持电网电压的稳定性。削峰填谷方面，储能系统可以在电网负荷低谷时充电，在负荷高峰时放电，从而实现削峰填谷，优化电网的负荷分布，提高电网的运行效率 。在备用电源方面，储能系统还可以作为备用电源，提供应急电力供应。当风能发电系统故障或风力骤减时，储能系统能够迅速响应，提供必要的电力支持，保证重要负荷的持续供电。

2.4 燃气轮机发电中的应用

燃气轮机发电储能是通过燃料供给系统将天然气输送到燃烧室。天然气在燃烧室内与空气混合燃烧，产生高温高压的燃气。这些高温高压的燃气迅速膨胀，并流经透平叶片，推动透平旋转。透平叶片通过轴连接到发电机，透平的旋转带动发电机的转子旋转，从而在定子中产生电流，完成电能的转换。将电能储存到储能系统中，以便在电力需求高峰期或电网出现故障时进行释放和使用。如图4所示。在燃气轮机发电储能过程中，储能系统可以帮助平衡燃气轮机发电的输出波动。燃气轮机的启动和停止时间较长，且燃料燃烧效率和发电效率容易受环境温度和负荷变化的影响。

通过储能系统的调节，可以在短时间内补偿输出功率的波动，确 保电网的稳定运行。在负荷较低时，燃气轮机的效率较低， 部分燃料会被浪费。储能系统可以在这种情况下存储多余的 电能，并在电力需求高峰期释放，减少燃气轮机的启动和停 止次数，从而提高整体的能源利用效率。 此外，通过安装仪器仪表对燃气轮机发电系统进行实时 监测和数据采集，结合智能控制系统，可以实现对储能系统 的精准管理。通过对燃气轮机发电过程中的各种参数，如燃 料消耗率、发电功率、排放物质等的实时监测，可以为储能 系统提供准确的数据支持，从而优化储能系统的运行策略。 在电力需求波动较大的情况下，智能控制系统可以根据实时 数据调整储能系统的充放电策略，确保电网的稳定性，并有 效降低燃气轮机的运行成本。

图4 燃气轮机发电储能工作流程

3、平台介绍

3.1平台简介

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。既可以用于储能一体柜,也可以用于储能集装箱,是专门用于设备管理的一套软件系统平台。

3.2产品规格

3.3系统功能

3.4应用范围

3.5配套产品

4 结束语

综上所述，储能系统的应用在提高新能源发电系统的稳 定性和可靠性方面起着至关重要的作用。同时，通过合理的 储能系统配置和运行策略，可以有效平衡不同时间段的能源 供需矛盾，提高电网经济运行水平。例如在光伏发电中可以 通过储能系统的调峰填谷功能，有效降低光伏发电系统对传 统电网的依赖度，实现对负荷的可控性提升，进而提高电网 的安全性和稳定性。因此，对储能系统的应用进行深入分析 和研究，对于推动新能源发电系统的发展具有重要意义。

参考文献

［1］汪 阳（贵州金元集团威宁能源公司运检中心，贵州 毕节553204）

［2］杜芳.储能技术在新能源电力系统中的应用分析[J].中国高新科技,2020,(20):17-18.

［3］马继磊.浅谈新能源发电系统中储能系统的应用分析[J].中国设备工程,2021,(12):96-97.

［4］安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版。