以新能源大规模开发利用为标志、以再电气化为根本路径的新一轮能源革命已在全球范围内开展。以风电、光伏为代表的可再生能源占比不断提升， 给电力系统带来了诸如系统稳定性、可靠性和电能质量等诸多挑战。储能技术是解决这类问题的有效手段， 通过对电能的存储和释放可以为电网运行提供调峰、调频、黑启动、需求响应支撑等多种服务， 其快速响应特性大幅提升了传统电力系统的灵活性、经济性和安全性。

1 储能电站技术分类

图1 储能技术分类

1.1 抽水蓄能

编辑搜图抽水蓄能是一种利用水作为储能介质的储能技术，通过在电力负荷低谷时将电能转化为水的势能储存起来，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电，达到调整电力系统的供需平衡、提高电力系统的稳定性、适应电力系统的快速变化等目的。抽水蓄能是技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的储能方式，是电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源。

抽水蓄能的主要优点是具有调峰、调频、黑启动等功能，适合与可再生能源配合使用，并且技术相当成熟，可用于电网的能量管理和调峰。此外，抽水蓄能电站的负荷响应速度快，能够迅速调度和平衡电能供需，提供稳定的电网运行条件。同时，由于水的密度较大，单位体积的水所含的能量远高于同体积的气体，因此抽水蓄能相比其他储能技术具有更高的能量密度，能够实现高效储能。抽水蓄能电站的运行寿命较长，几十年甚至更长时间，同时由于水的自然循环，没有消耗性材料的更换和维护成本，运行成本较低。

抽水蓄能缺点，它需要上池和下池，占用土地资源较大，且建设成本较高。厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性。此外，由于与负荷中心有一定距离，需长距离输电，这也增加了建设和运行的难度。同时，抽水蓄能的效率一般在65%~75%，最高可达80%~85%，相对其他储能技术较低。

1.2 压缩空气储能

压缩空气储能（CAES）的主要优点之一是能够弥补抽水蓄能的不足。在地理条件约束下，传统的抽水蓄能电站需要借助特定的地理条件建造大型储水室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，这大大限制了抽水蓄能系统的应用范围。而压缩空气储能则可以通过建设大型储气罐进行存储，摆脱地理条件的限制，从而能够在大规模上应用和推广。

压缩空气储能的另一个优点是单位成本相对较低。虽然初期设备成本较高，但随着技术的进步和大规模应用，成本可以降低，且设备占整个系统成本的大部分，因此存在着快速降本的可能。此外，压缩空气储能的寿命长，建设周期短，能够媲美抽水蓄能。

压缩空气储能系统在环保性方面也有优势。它可以利用空余电力将空气压缩并存储于储气设施中，不产生任何污染物，符合当前绿色、低碳的发展趋势。此外，压缩空气储能系统在运行过程中噪音较低，对环境影响小。

压缩空气储能的缺点。首先，它需要借助大型储气罐进行存储，这需要占用一定的土地资源。其次，压缩空气储能系统的效率相对较低，能量存储密度和转换效率相对较低。此外，压缩空气储能系统在运行过程中会受到气候条件的影响，如温度、湿度等，这些因素可能会影响其性能和稳定性。

1.3 电化学储能

电化学储能电站通过化学反应进行电池正负极的充电和放电， 实现能量转换。传统电池技术以铅酸电池为代表， 由于其对环境危害较大， 已逐渐被锂离子、钠硫等性能更高、更安全环保的电池所替代。

电化学储能的响应速度较快， 基本不受外部条件干扰， 但投资成本高、使用寿命有限， 且单体容量有限。随着技术手段的不断发展， 电化学储能正越来越广泛地应用到各个领域， 尤其是电动汽车和电力系统中。

1.4 超级电容储能

超级电容是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置， 具有灵活快速的充放电特性。

超级电容储能的主要优点之一是充电速度快。相比传统电池，超级电容可以在极短的时间内完成充电过程。

超级电容的寿命较长且稳定。不同于传统化学电池，超级电容的储能过程不涉及化学反应，因此其寿命可以长达数十万次甚至更久。这使得超级电容储能系统具有较高的可靠性和稳定性，能够满足长期高频率使用的需求。

超级电容具有绿色环保和高能量转换效率的优点。生产和使用超级电容的过程对环境没有污染，同时其能量转换效率也较高，能够达到90%以上。这使得超级电容储能系统成为一种绿色、清洁的能源储存方式，适用的领域包括但不限于可再生能源系统、电动汽车和电力设施等。

超级电容储能也存在一些缺点。首先，电解质泄漏风险是一个潜在的问题。如果超级电容器的密封结构不够可靠或使用环境不当，可能会导致电解质泄漏，从而破坏电容器的结构性能。其次，超级电容不适合用于交流电路。与铝电解电容器相比，超级电容的内阻较大，限制了其在交流电路中的应用。此外，超级电容的价格相对较高，这在一定程度上限制了其在某些领域的应用和普及。

2 储能电站典型的应用场景

可再生能源和新能源在现代电力系统的渗透， 覆盖了电力生产、传输、消费的全过程， 对发电侧、电网侧、用户侧均产生了巨大影响， 储能电站在三侧均具有典型的应用场景和特殊的技术经济条件。图2 是本文归纳的最主要的储能场景分类情况。

图2 储能典型场景

2.1 可再生能源自我消纳

太阳能、风能等可再生能源容易受天气等外部条件影响， 其出力具有随机性和波动性， 不利于电网的稳定运行。为维持电网的稳定运行， 目前采用的主要应对措施为弃风（弃光）。而高比例的弃风（弃光）会造成能源的浪费， 并将限制可再生能源渗透率的提升， 从而影响清洁能源的发展。

通过储能的功率充放来配合可再生能源发电， 能够有效平滑发电出力曲线， 从而达到可再生能源自我消纳的目的。

2.2 电网调峰

储能电站在电网不同工况下可以作为电源输出功率或是作为负荷吸收功率。与可再生能源自我消纳类似， 电网可以利用储能装置在负荷高峰时期放电， 在负荷低谷时充电， 从而达到改善负荷特性、参与系统调峰的目的。

2.3 备用容量等辅助服务

维持电网的稳定性和可靠性离不开备用容量的支撑。备用容量的主要作用是在电网正常运行所需的发电出力意外中断时， 可快速提供负荷所需电能， 保证电力系统稳定运行。通过储能等方式提供备用容量被称作辅助服务， 一般来说， 备用容量应达到正常供电容量的15%~20%。

储能电站用作备用容量时， 其发电设备必须处于运行状态且可及时响应调度指令。与电网调峰不同的是， 用于备用容量的储能电站主要是进行放电操作， 需要随时做好响应准备， 以保证在突发功率不平衡情况下系统的频率稳定。

2.4 大用户峰谷价差套利

峰谷价差套利是在低电价或系统边际成本时段购买廉价电能， 在高电价或供不应求时段使用或卖出。峰谷价差套利的收益在很大程度上取决于峰谷电之间的价差。

储能电站的成本和效率对大用户峰谷价差套利影响很大， 其中成本包括固定投资成本和可变运维成本， 效率包括充放电效率和容量衰减率等。

影响大用户峰谷价差套利经济收益的因素包括购电、储电、放电等成本， 以及卖电、用电收益等。

跨季节或昼夜储能也可参与大用户峰谷价差套利， 可用于解决新能源发电季度差异或日间差异。

2.5 延缓输电设施升级

输电设施升级通常指的是供电部门为满足未来10~20 年负荷增长， 对变电站中老旧或过载的变压器进行替换， 或重新铺设负载更大的输电线路。但随着充电桩等短时高功率负荷的接入， 新的输电设备在大部分时间内利用率较低， 造成资源浪费。储能电站可替代传统的电网升级措施，以延缓线路和变压器的投资， 实现“无线路解决方案”， 同时在峰值负荷时提供容量以满足全部负荷的需求。

2.7 集中式储能的场地制约

由于集中式储能电站一般布置或接入35 kV及以上高压变电站的10 kV 母线， 因此其场地成为选址的关键因素之一。

3 结语

建立储能电站评价模型时应针对不同应用场景和储能技术进行综合考虑， 以便兼顾经济性和技术适用性， 也可适当考虑不同储能技术的混合使用， 发挥各自的技术优点