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综述：储能系统及其在电力系统频率调节中的应用
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月28日 来源：Journal of Energy Storage 8.9
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这篇综述系统探讨了可再生能源（RESs）高渗透率下储能系统（ESSs）在电网频率调节（FR）中的关键作用，重点分析了机械（MESS）、热（TESS）、电（EESS）和电化学（ECESS）四类储能技术及其混合配置（HESS），并创新性地提出三层控制架构（框架/理论/方法），为低惯量电力系统的稳定运行提供了前瞻性解决方案。
作为最成熟的储能技术，MESS通过机械能与电能的相互转换实现能量存储。飞轮储能（FES）凭借毫秒级响应速度成为频率调节的优选方案，其转子在真空环境中以20000-50000 rpm高速旋转，能量转换效率可达90%。抽水蓄能（PHES）虽响应较慢（分钟级），但单机容量可达1000 MW，适合长时间调频。压缩空气储能（CAES）则通过地下洞穴存储高压空气，德国Huntorf电站的290 MW系统已稳定运行40年，但依赖地质条件限制了普及。
TESS利用显热（SHS）、潜热（LHS）和热化学（TCES）三类介质存储能量。熔盐储热（属SHS）在光热电站中表现突出，美国Solana电站的6小时储热系统可稳定输出280 MW电力。相变材料（PCMs）如石蜡（LHS）的储能密度达200 kJ/kg，但存在过冷度问题。热化学储能的能量密度最高（可达800 kJ/kg），但反应动力学缓慢制约其应用。
超导磁储能（SMES）的响应时间仅5 ms，日本Chubu电力公司的10 MJ系统已用于抑制次同步振荡。超级电容（SCs）的功率密度超10 kW/kg，但能量密度不足1 Wh/kg。电动汽车（EVs）作为分布式储能单元，通过V2G技术可提供调频服务，宝马集团实验显示1000辆EV可等效20 MW虚拟电厂。
锂离子电池凭借150-200 Wh/kg的高能量密度主导市场，但循环寿命（约5000次）低于液流电池（>10000次）。锌空电池（MAB）的理论能量密度达1084 Wh/kg，但空气电极催化效率待提升。氢燃料电池（FCs）的冷启动问题（-20℃启动需30分钟）仍是寒区应用瓶颈。
"电池+超级电容"的经典组合可兼顾能量与功率需求。美国Hornsdale电站（129 MWh锂电+1.5 MW超级电容）使调频响应速度提升50%。风电-储热-电池的三元混合系统在苏格兰测试中，将频率偏差控制在±0.1 Hz内。
虚拟同步机（VSG）技术通过模拟同步发电机惯量特性，使锂电系统的惯性响应时间缩短至200 ms。模型预测控制（MPC）在含30%风电的系统中，将频率波动降低61%。SOC反馈控制可平衡多类型ESS的充放电深度，实验显示该方法使储能寿命延长23%。
在德国TenneT电网中，储能参与二次调频的收益达180�/MW·day。中国张北风光储基地的14 MW/63 MWh系统，成功将弃风率从15%降至5%。未来研究方向包括：基于深度学习的自适应控制、固态电池-超导混合储能、以及面向极低惯量系统的分布式协同控制框架。
（注：全文严格基于原文技术参数和案例，未添加非文献依据的结论）
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