儲能技術及其可再生能源發電儲能中的應用

盧正達　聶建波

【摘??要】基于我國社會經濟的飛速發展，人們對于生活質量的要求越來越高，電力行業在面臨巨大機遇的同時，也有了更高層次的挑戰。為了能夠解決目前我國電能緊缺的情況，各企業紛紛開始重視起可再生能源在電力系統中的作用，同時分析了儲能技術電網運行中優勢。本文主要從目前我國發電儲能的技術現狀作為切入點，分析儲能技術及其可再生能源發電儲能中的應用[1]。

【關鍵詞】儲能;可再生能源;發電

引言

隨著人們對能源需求量的逐漸增加，利用可再生資源發展能源產業已經成為了社會發展的必然趨勢。但是由于分布式能源自身的特性，如果將其直接與電力系統進行關聯，將會對系統的安全運行造成影響，無法達到應有的效用。因此電力企業需要采取其他手段來應對市場的發展動向。能源最為人們生活的重要組成部分，起到了不可或缺的作用，為了能夠滿足人們你對于能源的需求，我國目前將更多的精力投入到能源的開發利用上，怎樣提升能源的利用率已經成為了去全球能源行業面臨的難題?？稍偕茉窗l電技術是目前最具發展前景的一項技術，但是在實際應用過程中，由于各方面因素的限制，導致可再生能源發電儲能過程中，經常會出現電壓浮動較大、供電不穩定的情況，因此，為了能夠應對此種情況，需要將儲能技術應用到可再生能源的發電儲能中去，有效的解決其在運行過程中需要的難題[2]。

1.儲能技術及其可再生能源在發電儲能中的重要性

儲能技術能夠有效的解決可再生能源在使用過程中的不穩定性，使得分布式電源對電力系統的影響降到最低。首先，儲能設備能夠有效的調整分布式電源的作用力大小，能夠使得其對供電質量的影響力降低。其次是在風能、光伏電源出力預測環節綜合考慮儲能裝置的作用，將有效提預測精度。最后，由于儲能設備作為分布式電源的組成部分，因此能夠有效提升其靈活性，在一定層面上使得可再生能源作用力與變電設施間的兼容率，提升電力系統的運行效率[3]。

2.儲能方式的簡要概述

目前我國電力行業應用的儲能方式有很多種，但是究其根源主要分為三個類型。

2.1機械儲能

機械儲能也可以細分為幾個類型，其一是抽水儲能，抽水蓄能站目前已經得到了廣泛普及，這一儲能方式的優點在于能夠使發電與儲能的兼容性得到提高。所以能夠在電力系統中占據一席之地。雖然抽水儲能具有較大優勢，但是其對設備的安裝地點要求較高，非常容易受到外界環境的影響，顧名思義，抽水儲能需要水資源較為豐富的地區才能夠使用，并且地勢較為平緩，不能有山丘溝壑。通過對風力發電、光伏發電與作為調節電源的抽水蓄能電站之間的容量配比問題進行了研究，從多能互補開發的角度克服高成本、高運行維護需求等單系統運行的缺點。

其二是壓縮空氣儲能，這一儲能方式的優點在于時間長、容量大。在電力系統運行疲勞時，能夠將其中多余的能源變為壓縮空氣的內能，然后進行儲存。在用電高峰時期，能夠將這一部分儲存的能量通過加熱設備進行轉化，將其變為電能用以應對用電高峰。目前這一技術在我國仍舊處于發展中階段，科研人員在這方面的發展空間仍舊很大。

其三是飛輪儲能，這一儲能方式是以動能形式將電能儲存起來，通過飛輪旋轉產生的動能儲存電能，當電力系統在運行過程中需要這部分能量時，飛輪可以帶動發電機進行發電，其優點在于占地面積小、使用時間長，但是容量不高，飛輪儲能能夠實現電能輸入、存儲、輸出的全過程，現今已經得到了廣泛普及。與化學儲能不同的是，機械儲能不會出現過度充放電的情況，能夠有效的檢測放電的程度，目前我國已經有多家企業使用飛輪儲能設備。

2.2電化學儲能

全球電化學儲能主要包括鋰電池、鉛炭電池、鈉硫電池以及液流電池。隨著各國支持政策持續出臺及制造工藝不斷完善，近年來儲能電池技術發展迅猛，電池安全性、循環壽命和能量密度等關鍵技術指標均得到了大幅提升，應用成本快速下降。其中鋰電池能量密度5年來提高了1倍、循環壽命提高了2～3倍、應用成本下降了60%;鉛炭電池循環壽命較傳統鉛酸電池提升了3～4倍，再生利用率達97%，綜合度電成本約0.6元/千瓦時·次，均接近盈虧平衡拐點，大規模商業化應用初現端倪。以鋰電池為代表的動力電池已廣泛應用于電動汽車領域，鉛炭電池則廣泛應用于電力系統用戶側儲能系統。

目前，我國鋰電池與鉛炭電池儲能的電池本體、能量管理、變流器和系統集成等核心技術已達國際先進水平。隨著政策紅利繼續釋放及基礎科學持續進步，可以預見未來儲能電池技術成熟度將不斷提高，應用成本也將進一步降低。以鋰電池（磷酸鐵鋰）和鉛炭電池為例，預計到2020年，磷酸鐵鋰電池循環次數將達1萬次、鉛炭電池5000次，循環壽命較當前平均提升1.7倍;磷酸鐵鋰電池能量成本降至1000元/千瓦時，鉛炭電池800元/千瓦時，綜合度電成本降至0.26-0.3元/千瓦時·次，成本較當前平均下降60%，達到常規火電0.3-0.4元/千瓦時的運行成本水平。另外，鈉硫電池目前由于輔助系統設計復雜，安全防護要求高，系統造價昂貴等原因，目前全球技術成熟度參差不齊（僅日本NGK公司可量產），但其在原材料成本、能量密度等方面具有優勢，適合于變電站等固定的工業場所應用，目前西方國家電網級電池儲能系統中鈉硫電池所占比例最高，隨著真空絕熱保溫技術的突破，未來或成為繼鋰電池及鉛炭電池之后的又一大儲能電池技術應用熱點。

2.3電磁儲能

電磁儲能主要包括超導電磁儲能、超級電容器儲能等幾種形式。超導電磁儲能主要是通過超導線圈及整流、逆變裝置，將電能以電磁能形式儲存，或者是將能量轉化成電能以后輸送給電力系統。這種儲能形式的轉換速度較快，同時不會出現過多的能量損耗，并且綠色環保，因為被大眾所認可。超級電容器儲能有叫做電化學電容器，這是一種相較于傳統電容器更為精密的儲能設備，集合了化學點出與電容器二者的的優勢，容量相對于其他儲能形式來講比較大。與此同時，這一技術能夠在短時間內提供大量電能，因此可以用作電力系統電壓突然跌落等情況下，用于短時間內穩定供電系統。

3.儲能技術性質分析

由于我國現今經濟發展速度較快，居民對于生活水平的要求也越來越高，日常消耗的能源也隨之不斷嘖增加，為了能夠進一步的滿足社會發展需求，開發可再生能源是成為了一種有效的方式，為了能夠保障居民穩定、安全用電，研發新技術迫在眉睫。

在儲能技術重點研發計劃中，著力加強對先進儲能技術研發任務的部署，集中攻克制約儲能技術應用與發展的規模、效率、成本、壽命、安全性等方面的瓶頸技術問題，使我國儲能技術在未來?5-10?年甚至更長時期內處于國際領先水平，形成系統、完整的技術布局，在重要的戰略必爭技術領域占據優勢，并形成新的具有核心競爭力的產業鏈。

通過對上文各項儲能技術進行分析可以了解到，在某些場地較大、容量較高的地方，可以采用抽水儲能，這一儲能方式能夠應對大容量的儲能工作。而飛輪儲能能夠在電力系統低頻振蕩中發揮有效作用。

4.結語

通過分析上文幾種儲能方式可以了解到，隨著全球能源經濟的發展，現今的儲能方式不在是一昧的追求技術，而是需要將低碳環保放到首位，可再生資源發電作為目前我國電力行業所提倡的新型技術，雖然在使用過程中存在電壓浮動的問題，但是儲能技能能夠有效的解決這一矛盾，從而使得二者能夠相輔相成、共同發展。儲能技術在可再生能源發電儲能過程中發揮著極其重要的作用，本文簡要概述了幾種儲能方式，并且分析其適用范圍，以發揮其最大效用，從而推動我國可再生能源發電儲能技術的進一步發展。

參考文獻：

[1]郭文勇，蔡富裕，趙闖，張京業，滕玉平，肖立業.超導儲能技術在可再生能源中的應用與展望[J].電力系統自動化，2019，43（08）：2-19.

[2]查爾斯·韋斯特.儲能技術能否加速中國可再生能源發展？[J].變頻器世界，2017（03）：34-35.

[3]儲能技術融合分布式可再生能源的現狀及發展趨勢[C]..中小型風能設備與應用（2016年第3期?總第23期）.：中國農業機械工業協會風力機械分會，2016：21-29.

（作者單位：1.國網北京市電力公司物資分公司;2.國網浙江綜合能源服務有限公司）