储能可以实现能量的时移应用，可有效平抑风、光等可再生能源的间歇性，是未来电力系统必要的组成部分。围绕高渗透率新能源接入的电力需求响应，储能所能发挥的作用和地位得到显著提升。因此，对储能在高比例新能源电力系统中应用场景研究，已成为目前学者关注的问题。
1 储能技术分类及发展现状
抽水蓄能寿命和持续充放电时间长，但响应速度相对较慢，对地理环境要求高。电化学类储能是利用化学反应直接转化电能的装置，具有配置灵活，响应速度快且不受外部条件限制等优点，目前电化学储能技术包括锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主的电化学储能技术。
2 储能在高比例新能源电力系统中的应用
“风光领跑、多源协调”将成为未来中国电源的发展趋势。未来在提升电力系统灵活调节能力，保障电力供应可靠性过程中，储能将承担多方面的重要任务。按照不同应用场景分为发电侧储能、电网侧储能和用户侧储能三大类。
2.1 电源侧储能应用场景
储能系统具有快吐纳能量的能力，在电源侧配置储能可以辅助火电机组提高调峰调频性能、有效平抑制新能源电力的随机波动，提升新能源电站的主动支撑电网能力。
(1)辅助火电机组参与调频调峰服务。
在国家双碳目标驱动下，新能源快速发展，电网调峰调频需求加大，采用储能系统和火电机组联合运行可缩短机组响应时间，提高调节速率及调节精度，同时提高系统应急调峰调频能力，增加新能源的消纳量，降低系统的运行成本。
(2)平抑新能源电站出力波动。
高比例新能源接入电网会造成系统输出功率随机波动。在风电场或光伏电站侧配置储能，利用储能系统平滑新能源出力，提升新能源场站可调度性，促进新能源消纳和并网友好性。中国张北国家风光储输示范工程应用磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、全钒液流电池、铅炭电池、超级电容储能平滑风光出力波动，提升整体电站的输出控制水平，使其更适应网源友好的要求。
(3)提升新能源电站的主动支撑电网能力。
储能灵活调节特性可以辅助新能源电站为系统安全稳定运行，提供必要的频率、电压和转动惯量等支撑，提升新能源电站的主动支撑电网能力。目前储能在风电机组电压穿越改造和新能源虚拟同步发电机技术方面已开展相关工程应用和示范。其中基于储能技术的低电压穿越技术与其他低电压穿越技术相比，高效可靠，成本适中。在模拟同步发电机的调节特性方面，2016年，国家电网公司在张北风光储示范电站开工建设了首个应用于大电网的VSG示范工程，示范工程采用的两种PV-VSG改造方案均在直流侧配置储能电池以提供调频有功支撑。
2.2 电网侧储能应用场景
在电网侧，储能系统主要用于参与电网的调峰调频、布置于电网关键枢纽处为系统提供所需的功率电压支撑、优化电网潮流分布延缓电网建设资。
(1)参与电网调峰调频。
电网侧的储能系统作为有功无功调节电源，可参与电网调峰调频，缓解系统调峰压力，并在电网频率发生波动时能够提供有效的功率支撑，提高新能源利用率，促进新能源消纳。
(2)延缓输配电设备扩容升级等。
储能系统应用于电网中可有效缓解电网电能分布不均衡的问题，达到削峰填谷的效果，能够有效降低电源侧、电网侧、发电侧配置的备用容量，避免出现电力设备闲置的情况，同时缓解电网扩容与负荷增长间的矛盾，延缓现有输配电线路和配电站的升级改造。
(3)参与电网紧急控制。
在电网故障或异常运行情况下，电网侧储能可参与电网紧急控制，瞬时提供有功、无功支撑，有效降低频率越限和失稳风险，保障系统安全稳定运行。
(4)优化电网潮流分布。
随着新能源渗透率不断提高，电网不确定性增大，导致系统潮流分布随机性增强，削弱电网传输能力。通过对电网测储能快速精准调节，可以优化潮流分布，缓解断面潮流越限和输电通道阻塞，降低输变电损耗，提高线路传输能力，保证电网运行的稳定性。
2.3 用户侧储能应用场景
用户侧储能应用主要是提高供电可靠性和通过峰谷套利盈利模式削峰填谷，缓解供需紧张矛盾。利用价格激励措施，发挥用户侧储能的削峰填谷、需求响应作用，提高电网灵活调节能力，缓解供需紧张、调峰能力不足等问题。随着新能源汽车市场占有量逐步攀升，引导电动车辆用户在不同电价方案下充放电行为策略，使电动汽车根据电网调度需求参与电网调峰，充分发挥电动汽车动力电池的储能作用，提升电网的稳定性。
随着分布式光伏系统装机容量的增加和渗透率的提高，储能成为分布式光伏发电系统的必要配置。储能系统可以平抑光伏发电系统出力波动，通过将电压与频率维持在合理水平，有助于提高光伏系统安全性与供应质量，同时提高新能源消纳率。
3 需要研究的关键问题及解决思路
“双碳”目标的提出，新能源规模化速度将持续加快。为确保高占比、不确定性新能源电力供应可靠和有效消纳，对储能在电力系统多环节发挥调节支撑作用带来挑战，相关问题有待进一步研究：
(1)储能优化配置方面。
随着高渗透率新能源接入，使得储能配置需要兼顾单个或多个应用场景下的技术指标和经济指标，因此考虑储能设备的经济性、技术性问题以及应用场景的多元性，如何对储能进行合理配置成为亟待解决的难题。针对该问题：一是基于局部约束与系统整体灵活性，从综合效益和经济性最优的角度规划储能的配置方案，在全网层面满足调峰、调频需要，在特殊场景局部结合电网安全可靠和新能源消纳需求，进行灵活布点，发挥系统调节效益；二是考虑不同类型储能的可靠性和经济性及控制策略，结合不同应用场景的时间尺度特性和需求，开展以电/热/气/抽蓄等混合储能优化配置，以最低成本实现最大限度提高灵活性的目标。
(2)储能协调控制策略方面。
储能的灵活调节特性使其在电源侧、电网侧、用户侧得到了广泛应用，是未来电力系统必要的组成部分。未来储能将与电力系统深度融合，在规模和布局上将与系统各类电源和电力流呈现协调发展态势，这就要求从能源电力发展全局出发，开展多点布局储能系统协调控制技术，实现广域布局分布式储能系统的通信与数据共享、协调控制是挖掘储能调节特性，提升系统灵活调节特性的关键技术。
(3)储能参与电力辅助服务的市场机制方面。
随着储能的技术性能在不断提高、成本在持续下降，储能系统应用场景已渗透到发电、输电及配用电各个环节，未来其将作为独立的辅助服务商为系统提供功率和容量支撑服务。因此，研究规模化储能参与辅助服务市场的调度体系、市场机制、竞价方案等问题，探索适宜储能在电力市场和调频辅助服务市场的商业模式，对于运用市场化手段推动储能积极参与调峰调频服务市场并促进储能的发展。
4 结论
随着储能技术性能地不断提高和成本持续下降，储能系统在电力系统中的应用日益广泛。为此，本文首先简要介绍了储能技术的类型，并从发电侧、电网侧、用户侧三方面对储能技术在电力系统中的应用现状做了分析，在此基础上结合当前我国电网和新能源发展实际需求，展望了未来储能系统在电力系统中应用需要研究的问题。相信随着储能技术的快速发展和相关保障机制和政策健全的不断完善，可以进一步促进储能在电力系统储能的商业化和规模化应用。
参考文献
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