浅谈储能电站在新能源发电中的应用

0.引言

随着可再生能源的发展和应用，新能源发电系统的应用越来越广泛。然而，由于新能源发电系统的波动性和不稳定性，使得其应用受到了诸多限制。为了更好地解决这些问题，独立电池储能电站应运而生。独立电池储能电站能够将电能进行储存并在需要时释放出来供电，从而增加系统的稳定性和可靠性。不过，在将独立电池储能电站应用于新能源发电的过程中也产生了一些问题。为了充分发挥独立电池储能电站在新能源发电中的应用价值，有必要采取科学的措施，及时解决相关问题。

1.独立电池储能系统介绍

独立电池储能系统是指一种通过把电能进行存储，而在需要时释放出来，以供应给用户使用的电力储能系统。而蓄电池组、PCS储能变流器储能系统的重、隔离变压器、BMS电池管理系统和EMS能量管理系统则是独立电池要组成部分，在充分发挥独立电池储能电站的价值中起着*要作用。

（1）蓄电池组是指由多个电池单元组成的电池组合体，用于储存电能。在独立电池储能系统中，蓄电池组是*基本的组成部分，其承担着储存电能的功能。目前，常用的蓄电池技术包括铅酸电池、锂离子电池、钠离子电池等。

（2） PCS储能变流器是一种能够将直流电能转换*交流电能的装置。在独立电池储能系统中，PCS的主要作用是将蓄电池组所储存的直流电能转换*交流电能，以供应电网或者其他负载使用。

（3）隔离变压器是一种能够将电能从一个电路转移到另一个电路的装置。在独立电池储能系统中，隔离变压器主要承担着隔离电池组和PCS之间的电气连接，保障系统的安全性和稳定性。

（4）BMS电池管理系统是一种能够对蓄电池组进行监测、控制、管理的系统。在独立电池储能系统中，BMS主要承担着对蓄电池组进行SOC（电池组剩余电量）和SOH（电池组健康状态）的监测和管理，以保证系统的可靠性和安全性。

（5）EMS能量管理系统是一种能够对电池储能系统进行整体调度、管理的系统。在独立电池储能系统中，EMS主要承担着整体调度和管理电池组PCS、隔离变压器、负载等设备的能量流动，以*大限度地提高系统效率和经济性。

2.独立电池储能电站在新能源发电中的应用现状

用户端分布式发电及微电网中储能的应用以及集中式风光电站（可再生能源并网）储能应用是独立电池储能电站在新能源发电中的应用类型。本文主要从这两大类型的角度研究了独立电池储能电站在新能源发电中的应用现状。

（1）用户端分布式发电及微电网中储能的应用。我国用户端分布式发电及微电网中储能的应用已经得到了快速发展，主要分布在城市和农村地区。在城市地区，一些大型商业、工业用户和住宅社区已经开始采用太阳能光伏电池板和储能设备实现自给自足的能源供应。另外，在农村地区，许多偏远地区的村庄也开始使用分布式发电和储能技术解决能源供应问题。目前，我国的用户端分布式发电及微电网中储能的应用已经取得了一定的进展。根据**能源局的数据，截至2020年年底，我国的分布式光伏发电装机容量达到了48.4GW，分布式风电装机容量达到了11.2GW。同时，我国也提出了一系列政策和措施，支持分布式能源发展，并鼓励相关企业和机构加强技术研发和应用推广。

（2）集中式风光电站（可再生能源并网）储能应用。集中式风光电站分布在全国各地，其中主要分布在风力和光照资源较为丰富的地区，如内蒙古、甘肃、新疆、青海等地。当前，我国的可再生能源发展较为迅速，集中式风光电站的建设和应用也在快速推进。截至2021年年底，我国的可再生能源装机容量已达有史以来*高的1.21亿千瓦，其中风力发电装机容量达到了3.1亿千瓦，光伏发电装机容量达到了2.7亿千瓦。集中式风光电站的建设和应用在这一进程中发挥了*要作用。另外，我国的集中式风光电站已经取得了一系列进展和成果。例如，内蒙古的大唐集团已经建设了数十个风电场，总装机容量超过了15亿千瓦时；甘肃的华能集团也建设了多个光伏电站，总装机容量超过了1亿千瓦时。

3.独立电池储能电站在新能源发电中的应用问题

3.1缺乏盈利模式

独立电池储能电站在新能源发电中的应用面临着盈利模式不明的问题。由于独立电池储能电站与传统电网之间的连接较为独立，缺乏统一的管理和运营模式，企业在投资和建设独立电池储能电站时难以确定收益来源。例如，一家企业投资建设了一座独立电池储能电站，并与当地电网进行连接。对于企业来讲，其需要承担电池的采购、安装和运营等成本。然而，由于电价的波动和政策的变化，企业难以确定储能电站的收益来源，无法保证该项目的盈利能力。此外，由于新能源发电的不稳定性和季节性，储能电站的负载率也较低，导致投**报周期较长，难以吸引资本市场的关注。

3.2电网接入问题

由于独立电池储能电站的容量较大，需要与电网进行连接，以实现与用户和其他电源的能量交换，但是电网接入的难度较大，主要表现在以下几个方面：首先，电网接入需要符合一定的技术标准和安全要求，例如，需要满足电压、频率等技术指标，以此保证与电网的稳定运行。此外，电网接入还需要考虑安全风险，如考虑电池的短路、漏电、过充等问题，便于防止对电网和用户造成安全隐患。其次，电网接入还需要考虑电网运营商的管理和运营模式。传统电网运营商的管理和运营模式相对保守，难以适应新能源发电和储能电站的接入。主要表现在以下方面：传统电网运营商的管理和运营模式主要是基于**化的发电和配电模式，缺乏灵活性和可扩展性，导致电网的网损率较高。而新能源发电和储能电站的接入可以提高电网的可靠性和稳定性，降低网损率，但传统电网运营商难以有效管理和运营。

3.3储能技术不足

独立电池储能电站在新能源发电中的应用还面临着储能技术不足的问题。目前，电池储能技术虽然取得了一定的进展，但是还存在以下问题：一方面，电池储能密度不够高。目前，市场上主要使用的电池储能技术包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，但是这些电池的储能密度相对较低，无法满足大规模储能需求。以锂离子电池为例，锂离子电池的能量密度一般在100～250Wh/kg，相对其他电池储能技术已经算是较高的了，但是对于大规模储能来说仍然不够。另一方面，电池储能成本较高。电池储能技术的成本主要包括电池材料成本、生产成本、维护成本等，目前电池储能的成本较高，难以实现大规模应用。以生产成本为例，锂离子电池的生产成本主要包括工艺成本、设备成本、人力成本等。目前，锂离子电池生产需要高精度的设备和工艺，生产过程中需要大量的人力投入，这些都会增加锂离子电池的生产成本。

4.独立电池储能电站在新能源发电中的应用策略

4.1优化盈利模式

为提高盈利水平，发挥独立电池储能电站的应用价值，可以采取多元化的盈利模式。例如，企业可以将一些独立电池储能电站与电力市场挂钩，通过买卖电力来获得收益。另外，企业可以将独立电池储能电站作为服务提供商，向电力公司和用户提供储能、调峰等服务，以此获得收益。另外，当前，**有必要深入地研究该项目，把握项目运营管理要点，以此加大独立电池储能电站在新能源发电中的应用力度，保证相关主体的经济发展效益。

4.2加强电网接入

新能源发电已成为当今全球能源行业的热点领域，而独立电池储能电站在新能源发电中的应用也越来越受到关注。然而，独立电池储能电站的接入面临着许多困难和挑战，其中**要的是电网接入问题。为了实现独立电池储能电站的有效应用，*须加强电网接入，以确保其与电网的稳定运行、安全交互和*效利用。本次主要从以下方面提出了对策，希望能够提高电网接入水平。

（1）制定电池储能电站接入标准。制定符合电池储能电站接入的技术标准和安全要求，明确电压、频率等技术指标，规定电池储能电站的短路、漏电、过充等问题的防范措施。

（2）建立电池储能电站接入审核机制。建立电池储能电站接入审核机制，对电池储能电站进行审核，确保电池储能电站符合接入标准和要求，同时监管电池储能电站的运行情况，及时发现和处理问题。

（3）加强电池储能电站与电网的协调。加强电池储能电站与电网的协调，规定电池储能电站的输出功率和电网的负荷需求相匹配，避免对电网造成不必要的影响。

（4）推广智能电网技术。智能电网技术可以有效解决传统电网运营商的管理和运营模式相对保守的问题，提高电网的可靠性和稳定性，降低网损率。同时，智能电网技术可以实现电池储能电站与电网的无缝连接，实现能量的*效交换。

4.3发展储能技术

储能技术在提高独立电池储能电站在新能源发电中的应用水平中起着*要作用，为此有必要积*发展储能技术，便于为独立电池储能电站建设以及新能源发电提供支持。具体可以从以下方面开展工作：首先，加强电池储能技术的研发和创新，提高电池储能密度和降低成本。例如，开发新型电池材料，提高储能密度；优化生产工艺，降低生产成本；开发新的储能技术，如液流电池技术、*级电容器技术等。通过技术创新和优化，提高电池储能技术的性能和降低成本，以满足大规模应用的需求。其次，建立健全的政策体系和市场机制，促进电池储能技术的应用和推广。例如，加大制定政策支持力度，鼓励企业加大对电池储能技术的投入和研发；建立健全的市场机制和交易规则，促进电池储能技术的应用和交易；加强对电池储能技术的标准化和规范化管理，提高储能技术的稳定性和可靠性。*后，加强国际合作和技术交流，加大电池储能技术的创新和应用。例如，开展国际合作项目，共同研究和开发新型电池储能技术；加强国际技术交流和合作，吸收国际**技术和经验，推动电池储能技术的发展和应用。总之，通过做好以上国际合作和技术交流工作，就容易提高电池储能技术水平和质量，促进其在新能源发电中的应用。

5.Acrel-2000ES储能柜能量管理系统

5.1系统概述

安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，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、防逆流等控制功能。

5.2系统结构

Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。系统结构如下：

5.3系统功能

5.3.1实时监测

系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测PCS、BMS以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。

5.3.2设备监控

系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。

PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。

BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。

5.3.3曲线报表

系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

5.3.4策略配置

满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

5.3.5实时报警

储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。

5.3.6事件查询统计

储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

5.3.7遥控操作

可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。

5.3.8用户权限管理

储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

6.相关平台部署硬件选型清单

设备	型号	图片	说明
储能能量管理系统	Acrel-2000ES		实现储能设备的数据采集与监控，统计分析、异常告警、优化控制、数据转发等；策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等。
触摸屏电脑	PPX-133L		1)承接系统软件 2)可视化展示:显示系统运行信息
交流计量表计	DTSD1352		集成电力参量及电能计量及考核管理，提供各类电能数据统计。具有谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。带有RS485 通信接口，可选用MODBUS-RTU或 DL/T645协议。
直流计量表计	DJSF1352		表可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等;具有红外通讯接口和RS-485通讯接口，同时支持Modbus-RTU协议和DLT645协议;可带继电器报警输出和开关量输入功能。
温度在线监测装置	ARTM-8		适用于多路温度的测量和控制，支持测量8通道温度;每一通道温度测量对应2段报警，继电器输出可以任意设置报警方向及报警值。
通讯管理机	ANet-2E8S1		能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总；提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能；实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据。
串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统”的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及完*断电(二次开关实现)；2)上传配电柜各个空开信号；3)上传UPS内部电量信息等；4)接入电表、BSMU等设备
遥信模块	ARTU-KJ8		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器；2)读消防1/0信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)；3)采集水浸传感器信息，并转发给到上层(水浸信号事件上报)；4)读取门禁程传感器信息，并转发给到上层(门禁事件上报)。