鄭文進 孫 怡

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司）

0 引言

隨著社會的進步，人們對于電能的需求以及依賴感越來越強。但傳統(tǒng)的發(fā)電方式對于環(huán)境以及能源造成了極大的負擔，新能源發(fā)電開發(fā)和應用迫在眉睫。而新能源發(fā)電方式的隨機性和波動性對電力系統(tǒng)的性能造成了一定的影響，需要我們不斷的進行優(yōu)化和改進，才能夠促進電力行業(yè)的發(fā)展。

1 儲能系統(tǒng)簡介

電力系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)是一種能夠存儲和釋放電能的裝置，它可以在需要時存儲電能和釋放電能。這種系統(tǒng)通常用于平衡電力系統(tǒng)中的負載，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。在電力系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)主要應用于以下場景［1］： （1）平衡電網(wǎng)負荷。當電網(wǎng)負載過高時，儲能系統(tǒng)可以將電能儲存起來，以備將來使用；當電網(wǎng)負荷過低時，儲能系統(tǒng)可以將電能釋放出來，用于提高電網(wǎng)的負載能力。 （2）提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障或異常情況時，儲能系統(tǒng)可以起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用，避免電網(wǎng)出現(xiàn)大規(guī)模的波動和故障。（3）提高電網(wǎng)的效率。通過使用儲能系統(tǒng)，可以降低電網(wǎng)的峰谷差，提高電網(wǎng)的效率。目前，常見的儲能系統(tǒng)包括電池儲能系統(tǒng)、超級電容儲能系統(tǒng)、機械儲能系統(tǒng)等。儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)電側應用類型及典型特征詳見下表。

表 儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)電側應用類型及典型特征

2 在電力系統(tǒng)中應用儲能系統(tǒng)的意義

儲能系統(tǒng)的開發(fā)和應用，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的調峰和調頻功能，提高了電力系統(tǒng)的負荷響應能力。維持電力系統(tǒng)中恒定的相電壓，能抑制電氣雜散振蕩，提高電氣元件的穩(wěn)定性。保障電力系統(tǒng)的功率平衡，可解決電壓閃變等問題，提高電能質量。儲能系統(tǒng)可以解決可再生能源的隨機性，提高可再生能源的利用率。儲能系統(tǒng)可以改善電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。儲能系統(tǒng)可以優(yōu)化電網(wǎng)運行，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟性［2］。

3 儲能系統(tǒng)對電力系統(tǒng)性能的影響

3.1 儲能系統(tǒng)的模型及調頻調峰

儲能系統(tǒng)可以作為調峰調頻電站，通過快速響應和低成本的優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)火電站靈活性不足的問題。儲能系統(tǒng)的調峰調頻作用是其在電力系統(tǒng)中的作用之一，由于儲能系統(tǒng)并不承擔基本的負荷，其響應十分迅速，因此才用作調峰調頻。儲能系統(tǒng)的爬坡率為：

式中，t為時刻；為t時刻儲能系統(tǒng)的復合變化率；為儲能系統(tǒng)的實際出力。在這一基礎上，儲能系統(tǒng)的最高放電率不能超過裝機容量的上限。

儲能系統(tǒng)可以通過快速響應和低成本的優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)火電站靈活性不足的問題，從而起到調頻的作用。儲能系統(tǒng)的調峰調頻作用可以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低電網(wǎng)負荷，減少能源浪費，達到節(jié)能減排的效果。

3.2 對電網(wǎng)性能的影響

通過調節(jié)無功功率，儲能系統(tǒng)可以有效地維持母線電壓，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)通常通過調節(jié)電壓來實現(xiàn)其功能。具體而言，儲能系統(tǒng)可以通過以下方式完成電壓調節(jié)： （1）電壓調節(jié)器。儲能系統(tǒng)通常配備一個電壓調節(jié)器，它可以控制儲能電池的輸出電壓，從而控制系統(tǒng)的電壓。當系統(tǒng)電壓過高時，電壓調節(jié)器會降低電池的輸出電壓，從而降低系統(tǒng)的電壓；當系統(tǒng)電壓過低時，電壓調節(jié)器會升高電池的輸出電壓，從而增加系統(tǒng)的電壓。（2）電池管理。儲能系統(tǒng)通常使用電池作為儲能單元，電池的輸出電壓是儲能系統(tǒng)輸出電壓的基礎。電池管理軟件可以控制電池的充放電，從而控制系統(tǒng)的電壓。當系統(tǒng)電壓過高時，電池管理軟件會減少電池的放電電流，從而降低系統(tǒng)的電壓；當系統(tǒng)電壓過低時，電池管理軟件會增加電池的放電電流，從而增加系統(tǒng)的電壓。 （3）負載調整。儲能系統(tǒng)可以通過調整負載來調節(jié)系統(tǒng)的電壓。當系統(tǒng)電壓過低時，儲能系統(tǒng)可以增加負載，從而減少系統(tǒng)的電流；當系統(tǒng)電壓過高時，儲能系統(tǒng)可以減少負載，從而增加系統(tǒng)的電流。總之，儲能系統(tǒng)可以通過電壓調節(jié)器、電池管理和負載調整等方式來完成電壓調節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

在事故狀態(tài)下，儲能系統(tǒng)可以快速投入運行，保證電力供應的連續(xù)性。在電力系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)可以作為一種備用電源來提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。以下是儲能系統(tǒng)實現(xiàn)事故備用的幾種方式：（1）作為緊急備用電源。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障或斷電時，儲能系統(tǒng)可以迅速啟動并輸出電力，以保障重要負載的用電需求。（2）作為調峰調頻電源。儲能系統(tǒng)可以在需要時快速響應調度指令，調整負荷和發(fā)電機的運行，以適應電網(wǎng)負荷的變化。 （3）作為黑啟動電源。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障或斷電時，儲能系統(tǒng)可以作為黑啟動電源，為重要負載提供電力，以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。（4）作為備用容量。當電網(wǎng)負荷超出常規(guī)電源的容量時，儲能系統(tǒng)可以作為備用容量，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性?？傊瑑δ芟到y(tǒng)可以作為一種可靠的備用電源，在電力系統(tǒng)中起到重要的作用，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

儲能系統(tǒng)通過在負荷低谷時充電、高峰時放電來降低電網(wǎng)負荷，減少能源浪費，達到節(jié)能減排的效果。在負荷高峰期，儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收多余電力；在負荷低谷期，向電網(wǎng)輸出多余電力，這有助于平衡電網(wǎng)負荷，提高電網(wǎng)運行效率。電力系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)可以通過以下幾種方式實現(xiàn)節(jié)能減排作用：（1）需求響應。通過智能響應，儲能系統(tǒng)可以預測負荷波動，實時調整充放電策略，平衡電網(wǎng)負荷，這有助于提高電網(wǎng)運行效率，降低電網(wǎng)運營成本。（2）黑啟動。在電網(wǎng)故障或停電的情況下，儲能系統(tǒng)可以快速響應，儲存或釋放電力，幫助電網(wǎng)恢復正常運行，這有助于提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。 （3）微電網(wǎng)。通過組成微電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)可以平衡電網(wǎng)負荷，提高電網(wǎng)運行效率。在微電網(wǎng)中，儲能系統(tǒng)可以控制微電源的輸出功率，提高微電網(wǎng)的運行效率?？偟膩碚f，儲能系統(tǒng)可以在電力系統(tǒng)中發(fā)揮多種作用，有助于提高電網(wǎng)運行效率，降低電網(wǎng)運營成本，實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.3 分布式儲能

通過在局部電網(wǎng)中布置儲能系統(tǒng)，可以增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性，同時減少對大電網(wǎng)的依賴。電力系統(tǒng)的分布式儲能系統(tǒng)是一種連接于微電網(wǎng)或配電網(wǎng)、能夠根據(jù)需要靈活地儲存能量的系統(tǒng)。它包括多個分散的、并聯(lián)的儲能單元，例如鋰離子電池或其他電池、超級電容器、物理儲能單元（如儲能水箱）以及其他能夠儲存和釋放能量的設備。這些設備能夠儲存和釋放電能，并且能夠響應電力系統(tǒng)的調度指令或供需關系變化，以平衡電力系統(tǒng)的負荷［3］。

分布式儲能系統(tǒng)的主要優(yōu)點包括能夠根據(jù)需要靈活地儲存能量，能夠提高電力系統(tǒng)的供電可靠性，能夠提高電力系統(tǒng)的運行效率，能夠降低電力系統(tǒng)的成本，能夠提高電力系統(tǒng)的可再生能源利用率，以及能夠提高電力系統(tǒng)的供電質量。此外，分布式儲能系統(tǒng)還能夠提高微電網(wǎng)或配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，能夠為微電網(wǎng)或配電網(wǎng)提供高質量電能，提高微電網(wǎng)或配電網(wǎng)的調度效率，從而提高其供電可靠性。

4 新能源發(fā)電概述

新能源發(fā)電方式區(qū)別于傳統(tǒng)的發(fā)電方式，新能源發(fā)電方式主要有以下幾種： （1）太陽能發(fā)電。利用太陽光的能量發(fā)電，包括太陽能光伏發(fā)電、光熱發(fā)電和太陽能熱水器。（2）風力發(fā)電。利用風能發(fā)電，包括陸地風力發(fā)電機和海上風力發(fā)電機。 （3）生物質發(fā)電。利用生物質能發(fā)電，包括生物質氣化發(fā)電、生物質熱解發(fā)電和生物質生物發(fā)電。 （4）地熱發(fā)電。利用地熱能發(fā)電，包括地熱蒸汽發(fā)電、地熱熱水發(fā)電和地熱斯特林發(fā)電。 （5）海洋能發(fā)電。利用海洋能發(fā)電，包括波力發(fā)電、潮汐能發(fā)電和海浪發(fā)電等。

5 新能源發(fā)電的重要意義

新能源發(fā)電對于人類社會的發(fā)展具有極為重要的意義。首先，隨著人類社會的發(fā)展，常規(guī)能源面臨危機，而新能源發(fā)電可以緩解常規(guī)能源的緊張狀況。同時新能源發(fā)電具有環(huán)保性，可以減少環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境。其次，發(fā)展新能源發(fā)電技術是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要條件，它可以促進清潔、高效、可持續(xù)的能源系統(tǒng)的形成，從而促進經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。新能源發(fā)電可以促進產(chǎn)業(yè)結構調整，提高能源利用效率，降低能源消耗。

6 新能源裝機容量對于發(fā)電系統(tǒng)性能的影響

新能源的裝機容量增加可以促進新能源發(fā)電技術進步和電網(wǎng)調節(jié)能力提升，使新能源發(fā)電更接近負荷中心，消納更多清潔能源，提升能源利用效率，這有助于降低傳統(tǒng)能源的消耗，減少污染和溫室氣體排放。

另一方面，新能源發(fā)電的隨機性和波動性為電力系統(tǒng)的調度和管理帶來了挑戰(zhàn)。隨著新能源裝機容量的增加，電力系統(tǒng)對調峰和調頻的需求越來越高，這需要我們不斷提高技術和管理水平，以更好地應對新能源發(fā)電的隨機性和波動性帶來的影響。具體影響的大小和方向取決于許多因素，包括新能源發(fā)電的技術類型、裝機容量的大小、電力系統(tǒng)的其他組成部分等。

6.1 發(fā)電能力的影響

隨著新能源發(fā)電裝機容量的增加，電力系統(tǒng)的發(fā)電能力也會相應提高，從而滿足更多的用電需求，緩解能源壓力。新能源發(fā)電機組的裝機容量對電力系統(tǒng)供電能力的影響是多方面的。首先，新能源發(fā)電機組的裝機容量增加，特別是風能和太陽能發(fā)電，可以顯著提高電力系統(tǒng)的總裝機容量，從而提高電力系統(tǒng)的供電能力。其次，新能源發(fā)電機組的隨機性、間歇性和波動性等特性，可能會給電力系統(tǒng)的調度和運行帶來挑戰(zhàn)，需要采取一系列技術和管理措施來應對。例如，在新能源發(fā)電不穩(wěn)定的情況下，需要配置儲能系統(tǒng)、調峰系統(tǒng)等，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，新能源發(fā)電機組的裝機容量增加，也可能會對電力系統(tǒng)的運行成本和周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。例如，新能源發(fā)電的快速增長可能會導致化石能源消耗的減少，從而降低溫室氣體排放，有助于應對氣候變化。因此，新能源發(fā)電機組的裝機容量對電力系統(tǒng)供電能力的影響是復雜的，需要綜合考慮技術、經(jīng)濟、環(huán)境和社會等多方面因素。

6.2 穩(wěn)定性的影響

新能源發(fā)電受天氣和環(huán)境等因素的影響，具有一定的波動性和隨機性，這會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而儲能系統(tǒng)的引入可以平衡這種波動，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6.3 調度能力的影響

新能源發(fā)電具有一定的間歇性和隨機性，這會給電力系統(tǒng)的調度帶來困難。而儲能系統(tǒng)的引入可以平滑新能源發(fā)電的波動性，提高電力系統(tǒng)的調度能力。

新能源（如太陽能和風能）具有隨機性和波動性，因此很難與傳統(tǒng)電力負荷的需求量相匹配。這就需要對電力系統(tǒng)的調度進行優(yōu)化，以保證電力供需的平衡。一種有效的解決方案就是增加新能源的裝機容量，隨著新能源裝機容量的增加，電力系統(tǒng)的調度會變得更加靈活，對電力的需求也會得到更好的滿足。

然而，新能源的發(fā)展也帶來了新的問題，如電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。為了解決這些問題，新能源的并網(wǎng)技術需要進一步發(fā)展，同時需要建立相應的儲能系統(tǒng)，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。儲能系統(tǒng)的主要功能是平衡電網(wǎng)負荷，解決新能源的隨機性和波動性問題，以及增強電網(wǎng)的可靠性。在電力系統(tǒng)中，儲能技術能夠起到有效的平衡負載需求和可再生能源的作用，幫助提高電力系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。

7 結束語

總的來說，新能源裝機容量和儲能系統(tǒng)對電力系統(tǒng)性能的影響是相互補充的。新能源裝機容量的增加可以增強電力系統(tǒng)的隨機性和波動性，而儲能系統(tǒng)的應用則可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在未來，隨著科技的發(fā)展和新能源技術的進步，我們可以更好地利用這兩種技術實現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行，提高電力系統(tǒng)的性能。