南方電網(wǎng)的儲能技術(shù)應(yīng)用及前景論述

陳子昂

摘 要：電力儲能技術(shù)作為電力新興能源技術(shù)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，且儲能技術(shù)在近年來的發(fā)展中日趨成熟，為電力能源儲備的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持。當前南方電網(wǎng)儲能技術(shù)主要表現(xiàn)在抽水儲能，飛輪儲能，壓縮空氣儲能，超導儲能，超級電容儲能等多個方面，各類儲能技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，并日漸成熟。本文對南方電網(wǎng)儲能技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景進行分析。

關(guān)鍵詞：南方電網(wǎng)；儲能系統(tǒng)；前景；應(yīng)用

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0088-02

電力的生產(chǎn)、傳輸、配網(wǎng)、供應(yīng)過程都在同一時間段進行，這種特性對于電力能源的傳輸及使用會造成較大的影響，需要采用整體操作的方法對電力設(shè)備的指揮、規(guī)劃、調(diào)度及運行進行統(tǒng)一的管理。另一方面，由于電力能源存在供需平衡差，在不同時間段、不同季節(jié)，供需時間差表現(xiàn)得尤為明顯，大容量儲能技術(shù)就應(yīng)運而生。大規(guī)模儲能技術(shù)能在電量供應(yīng)盈余的情況下對電力能源進行有效存儲，在用電量激增的情況下使用儲備電力能源，能夠充分提升供電系統(tǒng)的整體質(zhì)量，提升電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。在當前大容量儲能技術(shù)已經(jīng)成為我國電力事業(yè)未來發(fā)展的重點方向之一。

1 儲能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 抽水儲能

抽水儲能方法使目前電力儲能中應(yīng)用較為廣泛的方法之一，其主要特點是能源儲存周期壽命長，儲能空間大，電力資源供需調(diào)峰作用明顯等特點。通過用電時間差，在低峰期時段通過電能將水抽往水庫上游進行保存，在用電需求量大的情況下，直接使用上游的水能進行發(fā)電，抽水儲能方法在對水電站進行抽水儲存的周期能夠達到40年，而水利發(fā)電的綜合效率在75%以上。我國南方電網(wǎng)截至在2017年8月前，抽水儲能電站規(guī)模達到34520MW，但另一方面，由于水電站選址要求較高，水電站建設(shè)成本較大，且儲能規(guī)劃周期較長，這造成抽水儲能技術(shù)無法滿足短時間用電量供需切換的過程。

1.2 飛輪儲能

飛輪儲能技術(shù)是利用發(fā)電機轉(zhuǎn)子與飛輪聯(lián)動，使用發(fā)電機驅(qū)動飛輪達到較高的轉(zhuǎn)速，而將電能轉(zhuǎn)化為動能，儲存在高速運轉(zhuǎn)的飛輪中。在電力需求量增大的情況下，可以使用高速運轉(zhuǎn)的飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電，而飛輪儲能的效率高于抽水儲能，通常能夠達到85%以上。當前，我國南方電網(wǎng)已經(jīng)擁有較為成熟的飛輪儲能系統(tǒng)，如Active Power公司的500 kW CleanSource DC飛輪儲能系統(tǒng)，其儲能效率能夠達到87%左右。飛輪儲能技術(shù)能量轉(zhuǎn)化方式較為靈活，轉(zhuǎn)化周期短，可用于電力供需轉(zhuǎn)化頻繁，且用電量激增明顯的地區(qū)。

1.3 壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能方法用于燃氣發(fā)電站，其儲能原理是利用燃氣壓縮并儲存高壓燃氣，在需要使用能源時，再釋放燃氣進行發(fā)電。當前世界上最大的壓縮空氣儲能燃氣電站位于美國俄亥俄州，其裝機容量已經(jīng)超過3000MW。壓縮空氣儲能電站的建設(shè)成本較低，但由于壓縮空氣儲存的條件較為苛刻，需要儲藏在合適的巖洞或海底洞穴中，對于選址要求較高。

1.4 超導儲能技術(shù)

超導儲能的原理是通過電磁線圈對已經(jīng)產(chǎn)生的電能進行存儲，由于抄到底儲存具有高密度性的特點，其電力儲能的綜合效率能夠達到95%以上，且能量轉(zhuǎn)化迅速，能夠達到毫秒級響應(yīng)的特點。目前，歐美等發(fā)達國家已經(jīng)嘗試使用超導儲能技術(shù)，但由于科技的限制，對于超導體儲能容量產(chǎn)生了嚴重的限制，當前儲能容量僅為0.83kW·h。但美國對于超導儲能技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用，并已經(jīng)在電壓控制與電量調(diào)節(jié)中有了較為成熟的應(yīng)用經(jīng)驗。

1.5 超級電容器儲能技術(shù)

超級電容器表面使用特殊電極材料，能夠使普通電極表面儲能增加萬倍，其電荷間距離壓縮至0.5nm以下，能夠使用較小的空間儲存大量的電能。超級電容器儲能技術(shù)當前主要用于商業(yè)發(fā)電領(lǐng)域，由于電容器單體儲能容量較小，通常只能達到2～14W·h，且電容器造價較為高昂，在電力儲能中應(yīng)用較少，對于高壓變電站、大功率直流電機短時放電等方面，能夠使用超級電容器儲能技術(shù)。

2 儲能技術(shù)的應(yīng)用

功率型以及容量型均屬于儲能技術(shù)的應(yīng)用范疇，應(yīng)用場合以及應(yīng)用模式的不同對儲能的技術(shù)性能提出了不同的要求，圖1為不同應(yīng)用模式對儲能功能規(guī)模以及放電時間的需求范圍。

對于容量型的儲能模式而言，頻率調(diào)節(jié)、系統(tǒng)削峰填谷以及系統(tǒng)的備用對儲能設(shè)備的容量要求較高。除此之外，功率型的儲能應(yīng)用模式包括電能質(zhì)量調(diào)節(jié)應(yīng)用模式以及系統(tǒng)穩(wěn)定控制兩方面，必須要滿足可以對電網(wǎng)足夠的瞬時功能動態(tài)支撐，同時儲能的系統(tǒng)必須可以快速響應(yīng)。另外，可再生能源接入的模式對功率規(guī)模以及系統(tǒng)的容量要求也相對較高，會根據(jù)裝機規(guī)模以及不同的發(fā)電特性進行改變。

總而言之，從目前的情況上看，尚不存在單一的儲能技術(shù)可以滿足所有應(yīng)用模式的要求，所以要根據(jù)不同的模式采取不同的儲能技術(shù)。

3 南方電網(wǎng)中儲能技術(shù)的運用

3.1 新能源的運用

太陽能、風能等再生能源都具有間歇性、出力變化快以及隨機性等特點，相關(guān)資料表明，當可再生能源的裝機容量達到20%后，局部電網(wǎng)將會造成較為明顯的沖擊。尤其是針對于氣電源、油以及水比例相對較小的區(qū)域，若是僅僅對火電機組進行有功調(diào)節(jié)，很難適應(yīng)出力的變化，情況嚴重時不排除會造成嚴重的惡性事故。

針對于我國南方地區(qū)而言，光伏發(fā)電以及風力發(fā)電等相關(guān)可再生能源的規(guī)模還相對較小，有資料報道稱于2010年底南方的風電裝機均為947MW，不會對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生較大的影響。但是，隨著科技和時代的發(fā)展，對能夠與可再生能源聯(lián)合運作的大容量儲能技術(shù)進行研究，迅速切換和調(diào)整儲能系統(tǒng)的放電功率和充放電狀態(tài)，確保再生能源的輸出功率可以達到非常穩(wěn)定的狀態(tài)，并且保證電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行，是將來我國南方電網(wǎng)發(fā)展的主要途徑。

3.2 削峰填谷技術(shù)

我國時代的進步和社會的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)以及居民用電量正在日漸加大，導致了電力負荷峰谷的絕對值也在不斷變大，這就給電力調(diào)度產(chǎn)生了極大的困難，各個電廠、省區(qū)之間的發(fā)電矛盾也突顯出來，情況嚴重時還會導致電側(cè)矛盾不斷加重。我國南方電網(wǎng)區(qū)域水電廠的投產(chǎn)以及逐漸加大的系統(tǒng)調(diào)峰難度，針對于廣西以及云南等地依然存在低谷調(diào)峰缺額。對大容量儲能系統(tǒng)進行建造能夠在電低谷時進行儲能，在用電高峰時釋放電能，從而滿足用電以及發(fā)電的負荷調(diào)節(jié)，能夠避免削減峰谷差。

4 對于電力儲能技術(shù)的幾點建議

隨著各種電力儲能技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，儲能技術(shù)正向著高效率、高密度、集成化與低成本方面發(fā)展。針對我國南方電網(wǎng)電力儲能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，提出以下建議：①應(yīng)當穩(wěn)定用電市場價格，在儲能技術(shù)不斷得到應(yīng)用的今天，對于電力盈余與電力短缺都有著較為完善的應(yīng)對策略，對于峰谷用電供需矛盾，電力部門應(yīng)當對電價進行適當調(diào)整，一方面著眼于儲能成本的投入，另一方面著眼于電力市場的供求關(guān)系。②要完善電力儲能的發(fā)展模式，儲能方向可以在用戶或發(fā)電廠方面，由電網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一對發(fā)電及儲能進行管理，并引導民間投資方參與儲能市場。③要加強對儲能技術(shù)的應(yīng)用研究，傳統(tǒng)儲能技術(shù)已日趨成熟，但對于高效、高密度、低成本的儲能技術(shù)還相差甚遠，這就需要電力部門加大研發(fā)，在超導體、超級電容器等新興儲能方式上多做研究，使其盡快進入電力市場得到普及和應(yīng)用。

5 結(jié)束語

當前我國電力的發(fā)展方向是向著低碳經(jīng)濟與綠色經(jīng)濟為主，對于能源可再生技術(shù)需要加大科研力度，并使其不斷投入到日常生產(chǎn)中，電力儲能技術(shù)在當前階段已日趨成熟，對于電力儲能技術(shù)的應(yīng)用與拓展應(yīng)面向更為廣闊的空間。

參考文獻

[1]蔣 凱.電力儲能技術(shù)進展與挑戰(zhàn)[J].電力需求側(cè)管理，2017，19（04）：1～5.

[2]鄭 重，袁 昕.電力儲能技術(shù)應(yīng)用與展望[J].陜西電力，2014，42（07）：4～8+30.

[3]伍嬋娟.電力儲能技術(shù)發(fā)展概述[J].科技信息，2010（33）：772～773.

[4]張 宇，俞國勤，施明融，楊林青，何維國，衛(wèi) 春.電力儲能技術(shù)應(yīng)用前景分析[J].華東電力，2008（04）：91～93.

收稿日期：2018-6-25