摘要：在新能源发电系统中，储能装置的使用是可持续能源供应的主要保证。基于此，本文研究了储能系统在新能源发电系统中的应用。
关键词：新能源;储能系统;应用
近年来，我国大力发展绿色交通，为环保做出了巨大贡献。在此背景下，新能源正在逐步取代传统能源，成为经济发展及提高技术水平的重要基础。储能系统在新能源发电系统中开始向高科技方向转变。与传统电池相比，它具有更长使用寿命和更高储能效率等特点，取得了重大的技术突破，为储能系统的发展提供了足够动力。
一、新能源发电系统
当前，主流的新能源生产系统是光伏、风力发电。其中，光伏发电是利用半导体光生伏特效应将光能转化为电能，通过逆变器将直流电转化为与电网同步交流电的发电系统。风力发电原理由风驱动风机叶片旋转，带动发电机将机械能转换为电能，并通过控制系统并入电网。但由于新能源生产效率低，风电、光伏电站建设所需地面面积大，如采用多晶硅光伏电站，在平地建设下，100MW光伏電站占地面积约2000～2500亩。此外，以光伏和风电为主的新能源发电系统发电不稳定性显著，受天气影响大，日发电时间有限。
二、新能源发电系统中储能系统相关技术
1、储能技术作用
①提高电性能质量。新能源并网运行要满足电能质量要求，相对而言，孤岛运行的新能源系统电能质量受天气影响更明显，波动剧烈。储能装置有稳定潮流、维持母线电压稳定及调频等功能。
②削峰填谷。当前的能源生产及消耗策略是即发即用，电网负荷具有波动性。用电高峰期，发电机组运行率高，用电低谷期，发电机组运行率会降低，所以一些发电机组整体利用率会降低，造成资源浪费。如火电机组调峰，当前通过火电机组降出力是电网主要调峰手段之一，火电机组降出力后，燃料利用效率会降低。因而，通过降低火电机组出力进行调峰，不仅会缩短火电机组发电时长，造成发电设备浪费，也会造成燃料浪费。储能系统可有效解决这一问题，在低功耗时段储存过剩电能，在用电高峰期释放电能，达到调峰效果。
③短期供电。电网运行中若发生断网事故，发电系统将立即进入孤岛运行。储能装置通过控制系统校正电压及频率偏差，实现从并网模式到孤岛运行的平滑切换。全球大面积停电频发，大面积停电将对生产生活产生不利影响。此外，由于新能源产生的能量受天气影响大，储能系统在极端天气条件和风光资源不稳定时能维持负荷的正常运行。
2、储能系统分类与工作原理
①机械储能。常见机械储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。实际应用中，抽水储能占大部分份额。抽水储能是将水从低位抽到高位，将电能转化为水的动力势完成充电过程，其放电过程与水电站发电相同，建设地址主要为“临水建”。压缩空气储能系统通过压缩机将空气压缩至不小于10MPa高压状态，并储存在储气罐中，完成充电过程。放电过程是高压气体通过膨胀机驱动发电机组发电，压缩空气储能充放电是电能与空气或储热介质的内能相互交换过程，压缩空气能的建设地址也受地域限制。飞轮储能也是一种机械储能装置，它将电能和飞轮动能转换，实现充放电。抽水储能与压缩空气储能是大型储能系统，在调峰、平滑出力、黑启动等方面有着广泛应用。飞轮储能具有良好的不间断供电和调频等作用。
②电化学储能。其通过电极与电解液间的化学反应完成充放电过程，工作原理与常规可充电电池原理一致。在早期阶段，铅酸蓄电池用于电化学储能，目前磷酸铁锂电池得到了广泛应用。同时，三元锂电池、钒液流电池和钠硫电池也属于电化学储能。
③其他储能。储能系统有很多种，包括电磁储能（如超导储能和超级电容等）、化学储能（如储氢和合成燃料等），以及熔盐、固体储热等形式的储能系统。
三、新能源发电系统中储能系统的应用
1、储能技术在不同发电系统中的应用
1）光伏电站储能应用。①光伏离网系统。早期光伏离网系统得到广泛应用，系统主要配备光伏组件、控制器和蓄电池。充电时，光伏组件通过控制器将所发直流电存储在蓄电池中。放电时，蓄电池通过逆变器及放电控制器将直流电转换为交流电，接入负载。铅酸胶体蓄电池主要用于早期的离网系统，家用离网系统和光伏路灯是最常见的工程案例。②光伏微网系统。有许多户用光伏及小型工商业分布式应用，光伏微网系统在离网系统基础上具有并网功能。大电网停电后，光伏发电系统可从并网状态切换到孤岛运行，实现平滑切换。③大型光伏电站配置储能系统。在大型光伏电站中，电网调峰的作用是通过在电站交流侧配置储能系统来实现。目前，许多省市已明确了大型地面光伏电站配备储能系统的比例，光伏电站与储能系统功率按10：1配置，并且储能系统充电时间要求不小于2h。
2）“风储”发电应用。风电站储能系统的主要功能也是为提高风电场稳定性。通过为每台风电机组配置双向变流器及储能系统，能有效提高机组输出性能稳定性。即使在极端条件下，储能系统也能满足吸收及储存多余功率的所有要求，而不会损坏风力涡轮机，并通过性能改善电压管理。
3）风电储一体化发电。2020年，发布了电源网荷储存指导意见，为风光储一体化等多能互补发展模式提出了明确方向。通过在风电和光伏发电系统中配置储能系统，建设“风光储”一体化发电项目，利用储能发电优化风光互补电站发电性能，实现“风”、“光”“储”相辅相成，共同完成发电任务。储能装置在低谷期充电，在高峰期放电，以确保发电系统顺利运行。目前，新能源发电的不稳定性与电网负荷间的矛盾日益突出。在我国2030、2060年实现“碳达峰”、“碳中和”能源目标下，“十四五”期间将有更多大型装机容量。
2、不同储能技术的应用
1）超导储能。超导储能是以电磁能形式在超导体中储存电能，具有功率密度高、效率高、响应快、环保、使用寿命长等特点。应用于新能源发电系统，具有平滑出力及调频功能，对提高新能源发电的电能质量有很好的效果。在应用方面，国际上已有一些工程实例，如美国及日本已有10MW工程应用案例，美国也组装完成了100MW机组，而国内主要是基于仿真研究或小容量样机应用研究。目前，就全球超导储能技术而言，10MW超导储能技术相对成熟，具有一定的商业化可行性，100MW机组的研究应用正在进一步研发中。日本超导储能研究协会对抽水储能及低温超导储能进行了全生命周期的比较研究，就单位功率成本而言，“超蓄”是“抽蓄”的40～50%，在经济性方面具有良好的商业化可行性。
2）超级电容储能。利用电容器储能原理，商用超级电容主要是双电层电容，属于静电储能。通过化学气相沉积等工艺，在电容电极附近形成双电层，该储能材料在功率密度、转换效率和污染等方面有着良好性能。一些研究人员利用大容量、无限周期充电特点，将超级容量及功率器件组成的电路连接在发电阵列和负载间，通过补偿电压改变光伏电池的输出，以改变光伏阵列的输出特性，实现功率点跟踪。
3）飞轮储能系统是一种新型储能装置，是机械能及电能的交换装置。充电时，电机带动飞轮转动，实现电能向机械能的转换;在储能阶段，飞轮在真空中保持高速旋转;放电时，高速旋转的飞轮带动发电机发电，将机械能转化为电能，为负载供电。
参考文献
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