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新型电力系统特征及储能应用分析

摘要：自“3060”双碳目标的提出，新能源在未来电力系统中的主体地位得

以明确。国家进一步推进实施可再生能源替代行动和“清洁低碳安全高效”能源

体系建设，构建以新能源为主体的新型电力系统。但可再生能源大规模并网后，

其出力的不确定性会给电网的运行带来挑战。当前储能被认为是解决新能源不确

定性的最主要工具，是新型电力系统安全稳定运行的保障。本文根据新型电力系

统特征及储能应用分析进行了探讨，并简单介绍了它的应用情况。

关键词：新型电力系统；储能系统；现代电力系统

在现代电力系统中，储能系统能够支撑高比例可再生能源的并网运行，提高

多元能源系统的灵活性和可靠性，提高能源交易的自由度，并为多元能源系统能

量管理和路径优化提供支持，成为现代智能电网中重要的组成部分。为了剖析储

能成为电力系统中不可或缺的资源的原因，本文着重从新型电力系统的特征以及

储能系统的应用方面进行分析。首先，归纳和分析新型电力系统的特性；其次，

对储能在新型电力系统中的应用进行分析梳理。

1、新型电力系统中发电侧和负荷不确定性具有如下特征：

1.1不确定性因素来源多元

传统电力系统供给侧存在发电机故障等传统不确定性因素，新型电力系统中

大规模可再生能源发电的快速发展，会增加电力系统中供给侧的不确定性因素，

给电力系统的安全稳定及经济性都带来了一定的挑战。截至2020年底我国可再

生能源发电装机达到9.34亿千瓦，同比增长约17.5%；其中，风电装机2.81亿

千瓦、光伏发电装机2.53亿千瓦、生物质发电装机2952万千瓦。可再生能源发

电量持续增长（3）。2020年，全国可再生能源发电量达22148亿千瓦时，同比

增长约8.4%。其中，风电4665亿千瓦时，同比增长约15%；光伏发电2605亿千

瓦时，同比增长16.1%；生物质发电1326亿千瓦时，同比增长约19.4%（3）。

可再生能源发电的快速发展和并网比例的大幅提升使新型电力系统中供给侧不确

定性电源占比大幅增长，不确定性来源变得更加多元化。随着能源互联网，智能

电网的建设，交通、运输等行业的电气化推进以及电动汽车的普及，会带来能源

消费者对电能更多的需求，并且受电能及其他能源消费者消费习惯、用能政策、

能源价格、用能环境等多重因素影响，能源消费者在不同时刻使用各类能源存在

较大的不确定性，从而导致新型电力系统中电力负荷不确定性来源更加多元化。

1.2不确定性预测难度加大

风电和光伏等可再生能源发电机组的大规模并网给新型电力系统产生的影响

的不确定性程度日益严重。在地形地貌等地理因素和风速、风向、辐射度、雾霾

等气象因素的多重复合影响下，风电和光伏等可再生能源发电机组的预测功率通

常存在10%-30%的误差。可再生能源并网规模的增加叠加其较大的预测功率误差，

使得新型电力系统中发电侧的不确定性影响加大。但是随着科学的进步、社会经

济的不断发展，相关能源价格的波动和需求响应管理手段的实施等多元因素的复

合影响，想要精确预测新型电力系统中电力用户负荷将变得更加困难。

1.3不确定性特点刻画复杂

由于发展时间相对较短、影响因素复杂多样、地区差异较大等多种因素交织

耦合，风电、太阳能光伏等可再生能源发电不确定性因素的概率分布特征具有较

大的不同，通常具有非规则、非对称、时空关联等复杂特点，主要采取区间、场

景和集合等耦合方法对可再生能源发电出力不确定性进行建模，在构建模型过程

中，模型变量的选取和参数的刻画同样具有不确定性特点，这将使新型电力系统

发电侧不确定性特点变得更加复杂。

2新型电力系统中的储能应用分析

2.1储能在发电领域的应用

基本辅助服务和有偿辅助服务构成了当前我国电力辅助服务的全部内容。其

中，基本调峰、一次调频、基本无功调节等为基本辅助服务；有偿调峰、自动发

电控制（AGC）、有偿无功调节、备用和黑启动等为有偿辅助服务。在我国当前

电力市场环境下，对基本辅助服务不进行补偿，会对有偿辅助服务进行市场结算，

其中基本辅助服务是发电机组必须提供的。我国目前辅助服务基本由并网的传统

发电机组提供，储能系统很少能够参与辅助服务市场。但从国外的相关经验可以

看出，储能在辅助服务中的应用主要包括调频服务、电压支持、调峰、备用容量。

储能设备能在非满负荷状态经济运行，可以提供本身容量2倍的调节能力。所以，

储能可以经济有效的提供调频服务，是优质的灵活性资源。当前，抽水蓄能在电

力系统中的主要应用即为