基于山西省能源禀赋的储能技术应用前景分析

张 敏，常 潇，李 冉

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

0 引言

山西是全国极为重要的综合能源基地，不仅有以燃煤为主的火力发电，近年来以风电、光伏为主的新能源发电比例也在日益增加[1]。但新能源发电仍有波动性和间歇性两个问题亟待改善，而储能技术则是解决此问题的有效途径之一。2019年初，国家电网公司办公厅印发了《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》，对电化学储能的建设与发展方向有了更进一步的引导。该文件阐述了国家电网各级公司对于储能发展的边界与重点对象，意见中指出，国网各省级公司可以根据实际需要，对电网侧储能开展试点示范应用，通过技术创新的手段解决电网实际运行中的问题。本文从储能技术的经济特性入手，立足于山西省新能源发展的优势，分析储能技术发展及应用对社会经济环境的影响。从储能技术在电力系统各层面的应用，提出山西省开展储能技术落地实践的建议和策略。

1 山西省能源结构分析

1.1 山西省能源现状

山西省拥有丰富的化石能源储量及可再生能源发电潜力，具有重要的战略地位。截至2018年9月底，山西省发电总装机容量已达到8 473.52万kW。其中，火电装机6 468.83万kW，水电装机222.75万kW，风电装机978万kW，太阳能装机803.94万kW。各地区风电、光伏和分布式装机情况如图1所示。

对于山西省能源禀赋而言，目前化石能源储量较多。近年来，山西省积极贯彻国家新能源发展政策，以风电、光伏为主的新能源发电形式发展迅猛。随着传统化石能源日益枯竭，可再生能源渗透率的日益提高，可再生能源存在的并网难、消纳难、长距离传输能效低、损耗大、设备利用率低、系统增容投资边际效率差等问题亟待解决[2]。

当前，我国经济发展进入新常态，能源转型面临着需求放缓、传统产能过剩、环境问题突出、整体效率较低等问题。因此，山西省需要立足自身能源经济特性，围绕风能、太阳能、水电等可再生能源，加强新能源并网消纳能力，打造高比例新能源的综合能源基地。

图1 山西电网2018年风电、光伏和分布式装机情况（万kW）

1.2 山西省能源结构的局限性

“十三五”期间，山西省立足于新型能源基地建设，大力发展综合能源系统示范基地。但在当今经济形势下，传统能源转型升级的压力逐渐增加，前景不容乐观。另外，新一轮电力体制改革即将开启，这一轮改革将会对电力运行调节机制产生较大的影响，也会对风、光等新能源产生更高的要求，例如促进清洁能源的并网消纳、降低可再生能源上网电价以及提高电网购电能源中清洁能源的比例等。

山西是国家资源型经济转型综合配套改革试验区，发展煤基分布式能源，建立煤炭和新能源协调融合、与需求侧相适应的能源供给体系，有利于促进能源结构的绿色化和合理化。为了适应山西新能源的快速发展，消除高渗透率分布式可再生能源接入带来的负面影响，亟待开展相关储能技术的应用研究，以解决大规模新能源并网消纳的相关问题。

2 储能技术特性

2.1 储能技术概况

储能技术的大规模应用可有效提升可再生能源大规模接入水平并改善弃风、弃光等问题[3]，同时储能技术对于改善电网峰谷波动、提高发输电效率、增强电力系统运行的经济性有着重要的作用[4]。目前，储能技术的发展已十分广泛，主要包括超级电容器、超导储能、电化学储能、抽水蓄能、飞轮储能等形式，其中当前最常用的储能类型是电化学储能。多种储能技术的落地实践不仅可以促进新能源并网消纳，更能改善能源结构，减少对化石能源发电形式的依赖，加强环境友好型社会的建设[5]。从储能的技术层面而言，对于风电这类波动性较高的能源，储能装置可以平抑其输出功率的波动，有效降低其对电力系统的冲击，同时增强电网运行的可靠性。对于山西电网而言，现有的风电、光伏等新能源装机容量较大，储能技术有较大的应用空间和效益前景。电化学储能主要技术参数如表1所示。

表1 电化学储能主要技术参数

2.2 山西省储能技术应用实践

迄今为止，山西已在全省多个地区开展了储能技术示范应用工程。例如，大同市银隆新能源储能模组和三电配套项目作为储能技术的先行实践工程，拥有1 GW储能系统和储能动力电池项目，该项目的年产目标为：新能源汽车动力电池包12 000台、集装箱储能电池包200个。生产的动力电池包和储能电池包均用于风力、光伏发电，助力综合能源系统和新能源电站的建设。除此之外，总投资90.7亿元的国网新源浑源150万kW抽水蓄能电站作为储能技术落地应用的关键项目，对于协助火电机组进行峰谷协调也会起到不可替代的作用。

2017年初，《10 MW级锂电池储能系统关键技术及工程示范》正式启动，该项目作为山西省储能技术的重点示范工程，立足于山西电网目前火电机组为主的实际情况，技术重点是对于钛酸锂电池储能系统的研制。该项目的实施，对于加强电网调峰调频能力、促进可再生能源消纳、研发相关储能技术并配合火电机组进行电网调控运行，促进储能电站与电网友好互动，提升电网接纳可再生能源的能力和整体运行质量有着重要的作用。

上述山西省储能项目的落地实践，将会实现储能技术的不断突破，并以此带动山西省储能行业的发展，为山西省的能源转型发展提供有力支持，提高电网发展质量效益。

3 储能技术的应用前景

山西省在不同领域均已开展了储能技术的落地实践，未来储能技术的不断发展将会从经济性、低碳性、安全性等方面助力山西电网的建设。以下从发电侧、电网侧、用户侧阐述各类储能技术的具体应用前景。

3.1 发电侧

在当前政策环境背景下，储能系统在发电侧的主要应用场景包括新能源自我消纳、可再生能源平滑出力、调频辅助服务、清洁供暖等[6]。

3.1.1 新能源自我消纳

在大型地面电站建设储能系统，可以在风光资源充足时将可再生能源多发的电储存起来，在风光资源不足时输送出去，从而可以有效缓解新能源电站“弃风弃光限电”的现象，提高新能源电站自我消纳的能力。

3.1.2 可再生能源平滑出力

由于风电、光伏等可再生能源出力情况受当地气象条件制约，且输出功率波动频繁，在外界环境变化的情况下通过储能系统平抑可再生能源发电出力波动，稳定输出水平，平滑发电出力曲线，以满足新能源出力考核要求。

3.1.3 调频辅助服务

能量供需不平衡与系统突发事件是电力系统运行的固有特性，因此调频是电力系统的内在需求。储能系统跟踪负荷变化能力强，响应速度快，出力控制精确，且具有双向调节能力，几乎能实现调频跟踪曲线与指令曲线完全一致。因此，在发电侧配备储能系统，独立或联合火电机组提供调频辅助服务，能够有效增强电网调频能力，对提高供电质量、保证电网的安全稳定运行有重要意义。

3.1.4 实现热电解耦和清洁供暖

通过配置储能实现清洁供暖，可以显著提高热电联产机组的调节能力，有利于提高火电灵活性，促进清洁能源供暖，同时使得热电联产机组出力更好地匹配间歇性、波动性的风电出力，从而提升电网的风电消纳能力。

3.2 电网侧

对于电网侧而言，大力推广储能技术可以提高我国电网资源优化配置能力，解决跨区域供需矛盾。

3.2.1 提高供电可靠性与电能质量

为了防止极端天气灾害或突发事件导致电网崩溃后，某些重要场所（如医院、机场、通信等）可能会出现的电力中断，可以利用储能技术将其作为旋转备用，减小外部的扰动对电力系统的影响，提高暂态稳定性，同时有效提升本区域的电能质量。

3.2.2 提高电网峰谷负荷的自调节能力

对于目前电网电能消耗特性中的峰谷差较大、周期性较强的特点，可以通过建设储能电站将低谷时期的冗余电能进行储存，在高峰时刻由储能电站进行释放，一方面缓解部分城市用电高峰时需要限电的问题，另一方面对于低谷时段电网电能的损失有一定的改善作用。

3.3 用户侧

储能系统在用户侧有多种典型应用场景，其中包括峰谷价差套利、形成园区综合能源系统、需求响应等。

3.3.1 峰谷价差套利

随着经济发展，社会用电结构改变，电网峰谷日益增大，对电网的安全、稳定带来严重的冲击，在用户侧配置储能系统可以从源头缓解峰谷差的问题。目前我国主要实行分时电价政策，用户侧储能系统可依据分时电价采取低充高放策略，在负荷低谷和低电价时段充电，在负荷高峰和高电价时段放电，利用峰谷电价差获取经济效益。

3.3.2 形成园区综合能源系统

园区综合能源系统作为灵活可调节的用户侧资源，一般以分布式光伏、小型热电联产机组、热泵、储热罐等分布式能源设备为主。该系统的分布式发电占有一定的比例，但分布式光伏或分散式风电都具有间歇性和波动性，因此在综合能源系统中安装储能系统能够有效地利用分布式可再生能源，减少柴油发电机运行时间，提高供电可靠性并降低环境污染，同时，储能系统也可获得相应的经济收益。

3.3.3 需求响应

用户侧储能参与需求响应，一方面可以提升用户经济效益，通过电价差获取收益，另一方面还可以获得需求响应政策补贴。同时，用户侧储能参与需求响应可以避免多余投资，通过引导用户侧储能夏季参与削峰需求响应，冬季参与填谷需求响应，可以有效降低发电厂投资支出。

4 结束语

本文深入研究了山西省能源禀赋以及风电、光伏等可再生能源发展情况，探讨了不同类型储能技术的概况及应用前景。多种储能技术的示范、推广及规模化应用，可以有效提升山西电网深度调峰能力，从而增强山西省综合能源系统的运行水平，对提升山西省风电、光伏的消纳能力，增加清洁能源的利用率及建设综合能源系统示范区具有重要的工程实践意义。

储能系统对于改善当前山西省能源结构、促进能源转型升级有着重要的作用。未来的研究方向可以着重于发展储能技术使其降低成本，探索更多的适用场景以扩大应用面，优化储能系统能量管理策略以延长其运行寿命，对储能系统进行梯级利用以提高其利用效率。