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一、儲能典型應用場景
儲能技術已逐漸應用于可再生能源平滑并網(wǎng)、峰荷管理、調頻及電能質量改善等場景。按照接入方式歸屬方不同，可分為電源側儲能、電網(wǎng)側儲能、用戶側儲能。
1.1電源側儲能
可再生能源平滑出力與自我消納
光電、風電等可再生能源發(fā)電受外部因素影響大，出力具有隨機性、間歇性和波動性等特點，并網(wǎng)規(guī)模過大時不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，對電網(wǎng)調度運行與控制造成一定的影響。目前主要采用棄光（棄風）的方式以達到維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行的目的，但高比例的棄光（棄風）將會造成能源的浪費，還會對可再生能源滲透率的提升造成限制。利用儲能與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行，可有效平滑發(fā)電出力曲線，使隨機變化的輸出轉變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的功率輸出。儲能技術使可再生能源變得可控可調，有利于滿足并網(wǎng)的各項技術要求，促進光伏發(fā)電及風電可靠安全并網(wǎng)，從而達到可再生能源自我消納的目的，也可進一步促進可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用。
現(xiàn)有研究成果表明儲能應用于平抑波動場景時其配置容量無需太大，可將研究重點集中于儲能的配置方法，例如文獻[1-4]分別研究了超導儲能、飛輪儲能、電池儲能、混合儲能的配置方法。文獻[5]中提出一種平抑輸出功率波動的風光并網(wǎng)聯(lián)合控制策略，但未考慮儲能全壽命周期的經(jīng)濟性，未來也可以將其作為重點研究方向。
調頻調峰
火電機組作為傳統(tǒng)電網(wǎng)調頻的主要方式，調頻性能及質量無法滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，不利于電能質量的提高。針對火電機組響應時滯長的問題，在電源側應用儲能進行輔助調頻，通過改善儲能充放電策略，達到調頻效果，改善電網(wǎng)穩(wěn)定性，適用于火電裝機容量較大的省份。
目前調頻研究多集中于電池儲能參與調頻運行優(yōu)化策略的研究，通過發(fā)揮儲能在調節(jié)精度、響應時間、調節(jié)速率方面的優(yōu)勢，與火電機組聯(lián)合運行優(yōu)化機組AGC（automatic generation control）綜合調頻性能指標，優(yōu)化電池儲能控制器參數(shù)也是參與調頻的一種途徑。安裝在電源側的電池儲能系統(tǒng)還具有四象限調節(jié)能力，可靈活調整有功功率和無功功率的輸入輸出，以增強發(fā)電側頻率和電壓調節(jié)能力。儲能在傳統(tǒng)電源和可再生能源中均有調頻應用，文獻[6]針對傳統(tǒng)電源發(fā)電側提出一種利用電池儲能系統(tǒng)進行輔助調頻的方法，并通過現(xiàn)場測試驗證了此方法對提升傳統(tǒng)火力發(fā)電機組的AGC性能的有效性；在可再生能源發(fā)電側；文獻[7]以提升在不同風速下風力發(fā)電機組并網(wǎng)過程的整體頻率調制性能為目的，提出基于限轉矩控制的新型慣量控制方法。
儲能裝置不同工況下可扮演不同的角色參與系統(tǒng)調峰，在負荷低谷時吸收電能充電，在高峰時輸出電能放電。為充分發(fā)揮有限儲能的調峰作用，還可與常規(guī)手段協(xié)同調峰，從而減小儲能調峰的需求容量，提高電網(wǎng)運行的安全裕度和經(jīng)濟效益。
1.2電網(wǎng)側儲能
儲能裝置在電網(wǎng)側的應用主要安裝在輸配電側，在調頻調峰、備用容量、緩解線路阻塞和維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行等領域中發(fā)揮重要價值。
調頻調峰
電網(wǎng)靈活性的提升需同時提高電網(wǎng)的調頻和調峰能力，儲能以其反應靈敏的特性在調頻領域的應用逐步規(guī)?；?，可有效改善電網(wǎng)抗干擾能力。通過電網(wǎng)側接入的電池儲能系統(tǒng)，參與頻率異常主網(wǎng)的控制，實現(xiàn)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的目的。儲能技術不同，一次調頻效果也有所差別，超級電容器是具有較好調頻效果的常用一次調頻儲能設備；而鋰離子電池一般為傳統(tǒng)發(fā)電機組提供一次調頻服務，文獻[8-9]基于電池儲能一次調頻特性的關鍵影響因素分析，研究了配電側儲能的調頻特性。
可再生能源發(fā)電的電源一般主要分布在重負荷區(qū)，對本就缺少足夠調峰電源的電網(wǎng)提出了更大挑戰(zhàn)，迫切需求更強的調峰能力；而可再生能源接入所導致的滲透率提高，也對電網(wǎng)的調峰帶來了更大的壓力，大大增加了電網(wǎng)調峰的難度。利用儲能進行調峰，可大幅減小配電容量，節(jié)省電力裝備的建設投資，并減少增容費用。
為滿足調峰需求，文獻[10]提出了一種基于邊際負荷值的儲能電站充放電運行狀態(tài)控制方案。針對兩級式并網(wǎng)儲能系統(tǒng)，文獻[11]提出了基于并網(wǎng)點電壓補償?shù)恼{峰控制策略。在調峰儲能選型方面，微中型超導磁儲能系統(tǒng)和混合儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)輔助調峰上均具有較好的應用效果。
備用容量、提高傳輸能力
國內外學者研究儲能應用于備用容量場景的文獻較少。文獻[12]提出在微電網(wǎng)孤島運行時儲能可協(xié)同柴油機、風電機組作為備用容量參與一次調頻。文獻[13]將儲能作為消納風電的重要手段建立了含壓縮空氣儲能電力系統(tǒng)日前-日內協(xié)調調度模型，在制定壓縮空氣儲能系統(tǒng)最優(yōu)運行計劃的同時也制定了最優(yōu)旋轉備用容量承擔方案。
可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)可能引起傳輸線過載，可將阻塞的電能儲存到儲能設備，在線路負荷小于容量時再釋放電能。儲能技術可以替代傳統(tǒng)的電網(wǎng)升級增建措施，以較小的儲能裝機容量達到提高電網(wǎng)的輸配電能力的目的，從而延長原有設備的使用壽命，降低電網(wǎng)改造投資成本。
對于給定系統(tǒng)，可綜合考慮發(fā)電、輸電和儲能的耦合作用機制，開展發(fā)輸儲協(xié)同擴容規(guī)劃或變電站擴容和儲能容量配置的協(xié)調規(guī)劃，從而優(yōu)化系統(tǒng)實時調控能力與傳輸能力。
電網(wǎng)穩(wěn)定運行
電網(wǎng)正常運行時，儲能裝置可通過支撐母線電壓改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可提供無功功率支持，參與輸配電線路的電壓調節(jié)，增強光電、風電系統(tǒng)的低電壓穿越能力。
電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、沖擊性負荷波動、可再生能源并網(wǎng)等情況時會出現(xiàn)電壓波動、閃變的電能質量問題，通過協(xié)調控制可再生電源與儲能裝置，快速排除故障，恢復供電。儲能對電網(wǎng)的補償效果更優(yōu)于傳統(tǒng)的靜止無功補償器和靜止同步補償裝置等補償設備，還可充當備用電源及黑啟動電源，為電力系統(tǒng)提供緊急的有功、無功支撐，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行?？稍偕茉床⒕W(wǎng)可能會引起電網(wǎng)潮流大小、方向的不確定，電壓暫降將導致電壓在短時間內突然下降，導致電能質量問題，嚴重時將造成用電設備停止工作，可通過風-儲聯(lián)合系統(tǒng)等來抑制電壓波動。
為提高系統(tǒng)運行可靠性，維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行，文獻[14]對含儲能的配電網(wǎng)進行了故障恢復策略優(yōu)化以提升電網(wǎng)抵抗自然災害的能力，含有儲能的黑啟動優(yōu)化方案及最佳控制策略、充當微網(wǎng)應急電源、優(yōu)化恢復路徑，以及實現(xiàn)微電網(wǎng)互聯(lián)等也是重要的研究方向。
1.3用戶側儲能
用戶側儲能應用主要為需求側響應和峰谷價差套利。需求響應是指利用價格或其它激勵機制使電力用戶做出響應，改變負荷特性以滿足電力系統(tǒng)運行要求。用戶在電網(wǎng)負荷較小時利用儲能充電，在負荷較大時利用儲能進行供電，達到降低電網(wǎng)負荷的目的，有助于提高用戶負荷調控能力和供電可靠性，具有削峰填谷、需求響應和應急供電等功能。電網(wǎng)負荷峰谷電價相異，在滿足需求側響應的同時還可達到價差套利的目的。
文獻[14]針對鈉硫電池和飛輪儲能系統(tǒng)在紐約市場上的應用，指出儲能裝置在能源套利應用方面具有很強的經(jīng)濟前景，并提出可行的套利方案。文獻[15]中建立計算儲能系統(tǒng)經(jīng)濟收益的數(shù)學模型，以實例分析儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。
針對前述所提到的應用場景，可根據(jù)其應用功能將其歸納為以下七種典型應用場景，不同典型應用場景的儲能選型及性能要求見表2。
表2 典型應用場景儲能類型及性能要求
|
應用場景 |
儲能類型 |
性能要求 |
||||
|
功率型 |
能量型 |
響應時間 |
容量 |
功率 |
放電時長 |
|
|
平抑波動 |
√ |
超短期、短期 |
1s~30min |
|||
|
參與調頻 |
√ |
超短期、短期 |
大 |
15min~2h |
||
|
峰荷管理 |
√ |
中長期 |
大 |
大 |
2h~6h |
|
|
備用容量 |
√ |
短期、中長期 |
≥15min |
|||
|
提高傳輸能力 |
√ |
中長期 |
大 |
大 |
2h~4h |
|
|
改善電能質量 |
√ |
超短期、短期 |
1s~30min |
|||
|
提升運行穩(wěn)定性 |
√ |
√ |
超短期、短期 |
大 |
≥15min |
|
二、結論
隨著可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)時空匹配難度日漸加劇，儲能技術成為當前電網(wǎng)發(fā)展的焦點之一。本文在綜述了現(xiàn)有儲能技術的同時，分析了儲能技術的典型應用場景。在儲能技術多樣化和應用場景多元化的今天，有以下幾個方面需要加以考慮：
（1）亟需構建功率型和能量型儲能技術體系，梳理儲能技術的功率、能量、壽命、成本等指標特性，分析各儲能技術間、儲能與可再生能源間及其與各典型場景間的互補性和適應性，形成完善相關技術標準。
（2）在兼顧投資成本約束、場景空間約束和電網(wǎng)運行約束的前提下，研究儲能的匹配和協(xié)調方法，從準入容量、接入位置、接入電壓等級等多方面考慮接入原則，同時兼顧分散/集群接入方式、分布式/集中控制策略及功率/信號的雙向傳輸。
（3）基于經(jīng)濟性分析，研究包括功率容量成本、運行維護費用、節(jié)能環(huán)保效益等在內的多種性能指標，進一步分析儲能接入帶來的建設-使用-回收全壽命周期成本，結合儲能的利用價值從經(jīng)濟、社會、環(huán)保方面計算儲能的收益，確定儲能全壽命周期評估的效益指標及評估方法。
