電力系統中的儲能技術

余艷偉

摘 要 文章首先對儲能技術的作用進行簡要分析，在此基礎上對電力系統中儲能技術的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對電力系統運行安全性和穩定性的提升有所幫助。

【關鍵詞】電力系統 儲能技術 應用

1 儲能技術的作用分析

化石能源作為一次性能源，隨著對它的不斷開采使用，其總體數量日漸減少，在這一背景下，新能源技術隨之出現，并獲得了快速發展，其在電力系統中的作用逐步顯現。對于傳統的火力發電而言，其主要是根據電網的實際用電需求，進行發電、輸配電以及用電的調度與調整，而新能源技術，如風力發電、太陽能發電等，依賴的則是自然界中可再生的資源。然而，從風能和太陽能的性質上看，均具有波動性和間歇性的特點，對它們的調節和控制有一定的難度，由此給并網后的電力系統運行安全性和穩定性造成了不利的影響。儲能技術在電力系統中的應用，可以有效解決這種影響，從而使整個電力系統和電網的運行安全性及穩定性獲得大幅度提升，能源的利用效率也會隨之得到進一步提高，使新能源發電的優勢得到了充分體現。

對于傳統的電網而言，發電與電網負荷需要處于一種動態的平衡，具體來講，就是電力隨發隨用，整個過程并不存在電能存儲的問題。然而，隨著我國社會與經濟的飛速發展，這種生產電能即時發出，供用電保持平衡的供電模式已經與新形勢的要求不相適應。同時，輸配電運營中，為滿足電網負荷最高峰時相關設備的運行正常，需要購置大量的輸配電設備作為保障，從而造成電力系統的負荷率偏低。通過對儲能技術的應用，可將電力從原本的即產就用，轉變成可以存儲的商品，在這一前提下，供電和發電不需要同時進行，這種全新的發電理念，不但有助于推動電網結構的發展，而且還有利于輸配電調度性質的轉變。綜上，儲能技術的出現及其在電力系統中的應用，對電網的持續、穩定發展具有積極的促進作用。

2 電力系統中儲能技術的應用

2.1 儲能技術的常用類型

分析儲能技術在電力系統中的應用前，需要了解儲能技術的常用類型，具體包括以下兩種類型，一種為直接式儲能技術，即通過電場合磁場將電能儲存起來，如超級電容器、超導磁儲能等，均歸屬于直接式儲能技術的范疇；另一種是間接式儲能技術，這是一種借助機械能和化學能的方式對電能進行存儲的技術，如電池儲能、飛輪儲能、抽水儲能、壓縮空氣儲能等等。

2.2 儲能技術在具體應用

2.2.1 電池儲能技術的應用

現階段，間接式儲能技術中的電池儲能在整個電力系統當中的應用最為廣泛，電力系統的很多重要環節中都在應用儲能技術，如發電環節、輸配電環節以及用電環節等等。

（1）在發電中的應用。正如前文所述，在電力系統中，通過對電池儲能技術的合理應用，除了能夠使電網的運行安全性得到提升之外，還能使電網的運行更加高效。在對電池儲能技術進行具體應用時，儲能系統的容量應當按照電網當前的運行方式進行估算，在國內一些電池儲能示范工程中，平滑風電功率儲能容量為一般風電的25%左右，穩定儲能系統的容量為一般風電的65%左右，通過這一數據的對比不難看出，風能發電場的儲能容量也已達到數十兆千瓦以上，并且電能的存儲時間比較長。同時，可以利用35kV線路將電池儲能系統接入到電網當中，具體的接入方式如圖1所示。

（2）在輸電中的應用。在電力系統的輸電線路中，通過對電池儲能技術的應用，能夠使維修和管理費用大幅度降低。可將電池儲能系統作為電網中的調頻電站使用，由此可以使容量的存儲時間得到顯著延長，從而提高輸電效率。

（3）在變電中的應用。在變電側，電池儲能系統的運行方式為削峰填谷，其容量較大，最低功率可以得到MW級別，電能的存儲時間約為6h左右，儲能設備可從10kV母線上接入，并網運行。

2.2.2 飛輪儲能的應用

可將飛輪儲能與風力發電相結合，由此可使風能的利用效率獲得大幅度提高，同時發電成本也會隨之顯著降低，可以為電力企業帶來巨大的經濟效益，很多發達國家的島嶼電網采用的都是風輪儲能，如美國、日本、澳大利亞等等。在電力系統中，絕大多數故障及電能的運輸風險等問題，都具有暫態穩定性的特征，由此會對電網儲能系統造成較大的影響。飛輪儲能技術在電力系統中的應用，能夠對電網中的故障問題進行靈活、有效地處理，為電網的安全、穩定、可靠運行提供了強有力的保障。這種儲能技術最為突出的優勢在于容量大、密度小、速度快。因此，在相同的容量條件下，應用飛輪儲能可以達到雙倍的調節效果。

2.2.3 抽水儲能的應用

在電力系統中對儲能技術進行合理應用之后，除了可以是系統的供電效果獲得大幅度提升之外，還能使自然能源的使用量顯著降低，有利于能源的節約，符合持續發展的要求。抽水儲能技術具體是指當電力負荷處于低谷期時，從下游水庫將水抽到上游水庫當中，并將電能轉換為重力勢能存儲起來，在電網負荷處于高峰期時，將這部分存儲的電能釋放出來，從而達到緩解高峰期用電量的目的。通常情況下，抽水儲能的釋放時間為幾小時到幾天，其綜合效率最高可以達到85%左右，主要用于電力系統的調峰填谷，該技術最為突出的特點是不會造成能源污染，同時也不會對生態環境的平衡造成破壞。在電力系統中對抽水儲能技術進行應用時，需要在基礎設施建設的過程中，合理設計儲水部分，同時還應確保抽水的力量大小與實際需求相符，具體可依據發電站的規模進行計算。隨著容量的增大，存儲的能量也會隨之增加，為確保電力供應目標的實現，需要輸水系統的參與。故此，輸水管道與儲能部分之間的連接應當緊密，并盡可能減少管道的傾斜角度，由此可以使水流達到最大的沖擊力，一次抽水后，可持續對能量進行釋放，進而保證發電的連續性。

2.2.4 壓縮空氣儲能的應用

所謂的壓縮空氣儲能具體是指借助壓縮空氣對剩余的能源進行充分、有效地利用，其能夠使發電運行獲得保障。當高壓空氣進入燃燒系統之后，可以使燃燒效率獲得顯著增強，同時還能減少能源的浪費。由于壓縮空氣對儲能設備的安全性有著較高的要求。因此，在具體應用中，必須在使用前，對儲能設備進行全面檢測，確認無誤后，將荷載頻率調至高效發電范圍，從而確保燃燒時，壓縮空氣可以得到充分利用。

2.2.5 超級電容器儲能

超級電容器是一種新型的儲能裝置，其最為突出的特點是使用壽命長、功率大、節能環保等。超級電容器主要是通過極化電解質來達到儲能的目的，電極是它的核心元器件，它可以在分離出的電荷中進行能量存儲，用于存儲電荷的面積越大，分離出來的電荷密度越高，電容量就越大。現階段，德國的西門子公司已經成功研發出了超級電容器儲能系統，該系統的儲能量也已達到21MJ/5.7Wh，其最大功率為1MW，儲能效率可以達到95%以上。

3 結論

綜上所述，儲能技術能夠對電能進行有效地存儲，由此改變了電能即發即用的性質，其在電力系統的應用，可以使電網的運行安全性和穩定性獲得大幅度提升。在未來一段時期，應當加大對儲能技術的研究力度，除對現有的儲能技術進行不斷地改進和完善之外，還應開發一些新型的儲能技術，從而使其更好地為電力系統服務，這對于推動我國電力事業的發展具有重要的現實意義。

參考文獻

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作者單位

河南機電職業學院電氣工程學院 河南省新鄭市 451191