新能源与储能联合规划方法及其在电力系统中的应用

引言

储能技术在新能源电力系统中具有多种作用。通过合理选择和应用储能技术，可以提高电力系统的可靠性、灵活性和稳定性，降低能源消耗和环境污染。选择合适的储能技术需要考虑系统需求、成本效益、环境影响等因素，并综合考虑多种技术的组合应用，以实现最佳的能源管理和利用。

1 储能技术在新能源电力系统中的应用场景

储能技术在新能源电力系统中的应用场景广泛且多样。首先，在新能源发电领域，储能技术可以有效解决风能和太阳能等间歇性能源发电的不稳定性问题，通过储存多余电能并在需求高峰时释放，提高新能源发电的可靠性和利用率。其次，在电网侧，储能技术能够参与电网的调峰调频、黑启动、电压支撑等辅助服务，增强电网的灵活性和韧性。最后，在用户侧，储能技术还可以作为分布式能源系统的重要组成部分，实现用电负荷的削峰填谷、需求侧响应等功能，降低用户的用电成本并提高能源利用效率。

2 新能源与储能联合规划方法及其在电力系统中的应用措施

2.1 优化电力市场运营

新能源与储能的联合规划不仅有助于提升电力系统的稳定性，还能优化电力市场的运营机制。在电力市场中，新能源和储能的联合参与，为市场带来了更多的交易主体和交易品种，丰富市场的交易结构。储能系统作为一种灵活的电力资源，其充放电行为可以根据市场价格信号进行灵活调整。当电力市场价格较低时，储能系统可以充电储存电能；当电力市场价格较高时，储能系统则放电出售电能，从而实现套利，不仅有助于储能系统自身的经济收益，还能促进电力市场的价格发现功能，提高市场的资源配置效率。储能系统还可以为新能源发电企业提供辅助服务，如调频、调压等。在电力市场中，辅助服务通常具有较高的价值。新能源发电企业通过配置储能系统，可以提供更加稳定和可靠的电力输出，从而获得更多的市场收益，不仅有助于新能源发电企业的可持续发展，还能推动整个新能源产业的协同发展。

2.2 电磁储能技术

（1）超导储能。超导储能是一种利用超导材料的特殊性质进行储能的技术。超导材料在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的特点，可以实现高效能量储存和释放。超导储能系统通常由超导线圈、超导磁体和制冷设备等组成，适用于大规模储能和高功率需求的场景。（2）电磁蓄能器。电磁蓄能器是一种利用电流在电感和电容器中产生的磁场和电场储存能量的设备。通过充放电过程，电磁蓄能器可以实现电能的存储和释放。电磁蓄能器具有高功率密度、长寿命和快速响应等特点，在调频调压、峰谷填平和备用电源等方面具有潜力。（3）磁能密封储能。磁能密封储能是一种利用旋转机械系统进行能量存储和释放的技术。通过将电能转化为机械能，并存储在旋转的飞轮中，需要时通过回转飞轮释放能量，驱动发电机发电。磁能密封储能具有高功率密度、长寿命和快速响应等特点，在平衡供需和备用电源场景中具有应用潜力。

2.3 电化学储能技术

根据该电场实际情况，在设计与建设储能系统的过程中，基于新能源电场的调度需求以及出力特性等综合角度经过反复优化与论证之后，确定了基于三种不同电池储能构成的混合储能方案。其中以锂电池为主，结合液流电池以及铅炭电池构成了相对稳定的储能系统结构，三种不同的电池储能系统其基本参数有一定差异，在实际中应当妥善加以选择，确保有最为合理的储能效果。对比来讲，锂电池储能系统的能量密度相对较高，充放电效率相对较高，并且具有较长的循环使用寿命，在该电场中加以应用，负责对短时功率加以调节并响应频率。液流电池则具有相对适中的能量密度，自放电功率相对较低，平均每天不超过 0.1% ，进而在该电场中承担长期能量调度与平衡的重要任务。铅炭电池成本相对较低，大电流充放电性能相对较为卓越，可在该电场中提供连续功率支撑服务与爬坡调节支持。运行分析发现，在该电场中应用的混合电池储能系统具有良好成效，除了对以往新能源电场运行过程中出现的影响稳定性的问题起到了有效作用之外，也促使电力消纳水平有所提升。基于这样的结构可证明，在能源互联网的背景下，将混合式电池储能系统应用于新能源电力系统，可充分发挥储能互补优势，最终保障储能系统性能显著提升。

2.4 完善规划保障体系

新能源电力接入引发的管理变革，需要配套的政策体系和人员能力作为支撑。博野公司在实践中发现，政策执行碎片化、技术标准不统一、人员知识结构老化等问题，严重制约规划管理效能的释放。推动制定《分布式电源并网管理规范》，明确不同容量等级光伏项目的接入技术要求，建立规划调整动态修订机制。同时，积极参与省市配电网适应性改造导则编制，通过分类制定光伏接入规则，规范分布式电源发展秩序。在政策执行层面，建立跨部门联合审查机制，确保新能源项目申报、电网改造方案审批、并网验收等环节无缝衔接。

2.5 储能与电网交互协调策略

① 信息交互：储能系统与电网之间需要进行实时的信息交互，以便实现协调运行。信息交互的内容包括电网的负荷需求、电压、频率等运行参数，以及储能系统的充放电状态、剩余容量等状态信息。通过信息交互，电网可以根据储能系统的状态合理安排其参与电网调节的任务；储能系统也可以根据电网的需求及时调整其充放电策略。②协调控制：储能系统与电网的协调控制可以采用集中控制和分散控制相结合的方式。集中控制由电网调度中心统一指挥，根据电网的整体运行情况和储能系统的分布情况，制定全局的协调控制策略。分散控制则由各个储能系统根据自身的状态和局部电网的需求，自主进行充放电控制。为重要负荷提供电力支持；同时，各个储能系统也可以根据自身的剩余容量和局部电网的电压、频率情况，自主调整充放电功率，以维持局部电网的稳定运行。 ③ 市场机制：为了激励储能系统更好地参与电网交互协调，可以引入市场机制。通过市场机制的引导，储能系统可以更加积极地参与电网调节，提高电网的运行效率和可靠性。

2.6 接地故障检测及主动预防

储能电池系统通过变流器实现交流电与直流电之间的转换。在储能系统内部,可以接地的位置主要集中在直流系统的电池组及交流系统并网变压器的星形绕组中性点。对于低压直流侧,存在两种接地方式:不接地和接地。接地方式进一步细分为负极接地和正极接地,且接地方式还可以根据电阻值的不同,划分为高阻接地和低阻接地。下面将深入探讨直流系统侧接地短路的故障检测电路设计,即通过检测电压或电流的变化,判断是否发生接地故障,以实现储能系统在线故障诊断及预防。

结语

综上所述,电力储能技术在全球能源结构转型和新能源电力发展中扮演着至关重要的角色。通过持续的技术创新、政策扶持和多元化应用,有望在未来实现更加高效、经济、环保的能源存储与利用,为全球绿色低碳发展贡献力量。

参考文献

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[2]李华,梁毅,赵琮皓等.计及协同环境价值的新能源与多时间尺度储能联合规划方法[J].电力建设,2023,44(09):24-33.