高清PDF《大规模风电场储能电站建设与运行》王芝茗
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概述
1.1储能技术的发展
储能技术是指将电能、热能、机械能等不同形式的能源转化成其他形式的能量存储起来，在需要时将其转化成所需要的能量形式释放出去。简言之，任何一种以转化的能源形式储存并释放能量的技术，都属于储能技术。按照我国的学科分类，储能技术为一个二级学科，从属于工程与技术科学门类中的能源科学技术。储能技术主要指电能的储存。
储能技术是伴随着新能源产业和现代电力系统的发展而逐渐发展起来的。20世纪70年代以来，新能源的开发利用受到世界各国高度重视，许多国家将开发利用新能源作为能源战略的重要组成部分，提出了明确的发展目标。储能技术，尤其是大规模储能技术，在电力系统发电、输电、配电、用电等环节逐渐得到应用和推广。这不仅对传统电力生产和应用起到优化的作用，有效提高电网能源资源配置能力，而且也给电网的规划、设计、布局及运行管理等带来革命性变化。
储能技术总体上主要分为两大类：①物理储能，主要包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能和超级电容器储能：②化学储能，主要包括锂离子电池、液流电池和钠盐电池等。储能通过将电力存储起来并用于以后其他时段，有效地打破了发电和用电的这种耦合关系。在电力系统发、输、配、用四个环节配置储能环节，是增强电力系统柔性控制的重要手段。
风能、太阳能等可再生能源发电具有明显的不连续、不稳定、不可控的非稳态特性。可再生能源发电的普及应用，面临着电网接入和消纳问题。而储能技术是解决风能、太阳能等可再生能源发电非稳态特性的关键技术。因此，经济、高效的储能技术成为促成电力系统发展的关键环节。
1.2建设储能电站的必要性
“天有不测风云”。由于区域性天气变化，区域内风电场的总出力经常发生大幅度波动。这种出力变化会影响输电和供电环节的安全可靠运行水平，相关的问题包括：
(1)在任意时段内的功率预测存在不确定性，导致调度困难。
(2)出力波动影响电网电压稳定性，当波动较大时需要特殊应对措施。这种变化性以往是通过常规机组的有功调节进行平衡，相当于把风电出力作为一种波动的负荷处理。
电网为满足连续变化的负荷需求，需要安排响应率不同的各类电厂共同满足基荷、腰荷和高峰负荷的需求。通过调度和缩减常规发电厂可以平衡需求变化和风电场及其他新能源的出力变化。结果是电网可能需要增加热备用的常规机组容量。当接入的新能源规模很大时，原有的热备用容量成本也相应增加，经济性要求导致了风电场储能电站的开发和应用需求。
通过构建大规模储能电站，可有效地对风电场并网点功率进行平滑，减小功率波动对电网侧造成的不利影响，同时通过配套大规模储能电站，结合风电场配置的功率预测系统，可以有效提高风电场跟踪计划发电能力，从而将风电场并网功率特性由不可预测、不可控的非稳态特性调整为其有较高预测精度、可调度利用的类似火力发电电源的特性，这样从电网侧调度方面来讲，就可以像火力发电一样对风力发电进行调度，从而为风电等可再生能源的开发和利用提供有力的技术支撑。
1.3相关基本知识
利用储能技术可以在能量富余的时候将能量储存起来，在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配，提高能原利用体系的效率，促进可再生能源（如风能、太阳能)发电的发展电能是目前应用最广泛的二次能源形式，储能的变化大多与电能的生产和利用相关，所以本书所描述的储能技术均是指将电能转化成其他形式能量（化学能、势能等）存储起来，需要时再将其转化成电能释放出的相关技术。
储能技术根据规模大小可以分为动力储能和规模储能两大类。动力储能主要是指用于充当动力电源的小功率储能形式，而规模储能主要是指用于电力系统的需要较大功率和容量的储能形式。为适应不同应用领域对储能技术的要，人们已探索和研究开发出多种电力储存（储能）技术，图1-1给出了已开发的各种储能技术及其适用范围，越向右上方的储能技术，其储能规模越大。这些储能技术各自具有独特的技术经济性，可适合于大规模储能的技术主要包括抽水储能技术、压缩空气储能技术、锂离子电池技术、钠硫电池技术等，它们在能源管理、电能质量改善和稳定控制等电力系统应用中具有良好的发展前景
1.3.1抽水储能技术
抽水储能技术是指，在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放的能源储存方式。抽水储能技术发展历史很长，世界上第一座抽水储能电站于1882年诞生在瑞士的苏黎世，至今已有一百多年的历史图1-2给出了抽水储能电站俯瞰图。抽水储能电站有上、下两个水库。下水库可以是传统水力发电站的储水库，也可以是自然湖泊或人工水库。上水库建在高于下水库的地理位置上。
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