基于優質電氣儲能節能的實踐探究

摘要：隨著國家經濟的迅速騰飛，能源產業迅速發展，綠色儲能成為國民產業鏈上的重要環節。基于優質電氣儲能的節能、調控技術的研發設計與實踐應用，就是有效接軌國際市場，響應國家促進儲能產業規?；l展的號召。優質的電氣儲能，以卓越的創新技術實施電損治理，為廣大工業裝置的儲能節能一體化和安穩運行打開了一扇新的窗口，并實現了企業效益和利潤提升的最大化。

關鍵詞：電氣儲能;綠色節能;工業儲能系統;超級電容;智能電網

1? ? 綠色儲能發展概述

隨著互聯網行業和新能源的飛速發展，電力行業的系統工作也迎來了全新的挑戰。

2014年，習近平在主持中央財經領導小組第六次會議時指出，我國目前已成為世界上最大的能源生產和消費國，能源的需求總體向上，其開發、利用、消費，都受到諸多因素的制約;在能源技術水平總體落后的局面下，將能源問題提高到國家發展和安全的戰略高度，意義重大。

2019年，國家發改委發布《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》，提出加強先進儲能技術的研發工作，攻克制約儲能技術應用和發展的規模、效率、成本、安全等技術性問題，以技術創新為基礎，以應用示范為手段，大力發展和推進儲能技術的研發和實踐。

2? ? 國家工業儲能系統的現狀分析

工業儲能裝置主要是實現能量的存儲、釋放或快速功率交換。電網接入裝置，用于實現儲能裝置與電網之間的能量雙向傳遞與轉換，實現電力調峰、能源優化、提高供電可靠性和電力系統穩定性等功能。儲能貫穿于發、輸、配、用整個電力系統，大規模電力儲能技術的研究和應用也才剛起步，是一個全新的課題，也是國內外研究的一個熱點領域。

現今的工業儲能系統，主要有機械儲能、熱儲能、化學儲能、電化學儲能和電氣儲能。

機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。其中，以高速飛輪為代表的機械儲能，其能量密度較低，安裝成本高，投資周期較長，工作時慣性時間長;其在不充電狀態時容易自放電，會造成能量在短時間內自行耗盡，適合于不間斷電源供給的市場應用。

熱儲能系統中，熱能被儲存在隔熱容器的介質中，需用時直接利用，也可轉化為電能。以熔鹽儲能為代表的熱儲能，投資高，需要各種高溫化學介質，占地面積大，受用場合有限。

化學儲能是利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體，效率較低。電化學儲能有鋰電池、鈉硫電池等，而以鋰電池為代表的電化學儲能，在技術升級后，被大量應用于便攜式移動設備，能數千次地循環和快速響應，是目前使用最廣、能量最高的實用性電池。不足在于價格偏高，過充會導致發熱、燃燒等安全性隱患，需要進行充電保護，也存在環保問題。

3? ? 超級電容器電氣儲能的技術優勢

3.1? ? 超級電容器的特點

超級電容器是一種新型儲能裝置，是傳統電容器的快速充放電性能和充電電池儲能特性的綜合體，其特點有：

（1）容量范圍大，區間在0.1～1 000 F，可以運行于多種狀況的電路中。

（2）能循環充放電且安全穩定;對電路的結構設計可以多樣化，有較好的充放電承載性;系統檢測方便，從理論上看，是可以免于維護的。

（3）特性穩定，超低溫性能好，工作溫度寬泛，從-40 ℃到+70 ℃;充電速度極快，幾乎在幾分鐘內就可以達到額定的充電容量;無記憶效應，充放電循環次數可達百萬次，循環壽命長。

（4）功率密度水平高，可達300～5 000 W/kg;過程損耗小，能量轉換效率高。

（5）是一種新型的綠色環保電源，其生產、使用、儲存、拆解過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質，過程無污染，是理想的綠色能源。

3.2? ? 優質電氣儲能的技術特性

電氣儲能包含有超導儲能和電容器儲能。

超導儲能裝置是利用超導體的電阻特性為零而研發的，受限于材料研發和經濟制約，其應用在未來還有發展空間。

而以超級電容為代表的電氣儲能，其系統能獲得超大的電容，是基于它的雙電層結構是由電解質和活性炭多孔電極組成的。得益于其多方面的特性疊加，超級電容物理充放電過程中充電時間短、壽命長、溫度特性好;速度響應超快、功率密度高，對外界環境影響小，可以穩定系統電壓、調節頻率;可吸收再利用，實現不平衡的補償和能量支撐，節約能源、綠色環保。所有這些綜合性的優點集合，使其成為工業用戶最青睞的儲能方法。

4? ? 高功率密度電氣儲能的功能優勢及實踐應用

4.1? ? 高功率密度電氣儲能的功能優勢

高功率密度電氣儲能，即超級電容儲能型SVG裝置，是無功補償領域最新技術應用的代表，是典型的電力電子設備，由檢測模塊、控制運算模塊、補償輸出模塊三個基本功能模塊構成;是電力電子技術、儲能技術、互聯網技術、微機技術和電網技術相互交叉的新型科技產品，其旨在結合新型儲能元件超級電容的充放電特性，提出既能補償無功又可調節有功的解決方案，可以很好地提升工業用戶在戶外作業時的電能質量和系統安全穩定性。

這一儲能裝置其控制系統采用以DSP+FPGA+CPLD為核心的結構，DSP負責數字信號處理、系統核心算法和邏輯控制;FPGA則利用其強大的并行處理能力和多時鐘頻率，來完成復雜的時序邏輯設計，實現系統電壓/電流的高速采樣、快速邏輯運算、多路高頻PWM信號輸出，并在必要時對A/D采樣和PWM輸出進行通道擴展;CPLD用于對PWM信號輸出進行高速檢測，并在PWM信號輸出存在錯誤時，快速閉鎖PWM信號的輸出。

高功率密度電氣儲能和調控技術，即超級電容儲能型SVG裝置，其功能主要體現在：一方面，補償極端工況用電場合能源互聯網中的無功損耗，提高其功率因數，實現節能降耗的目的;另一方面，積極調節設備的有功變化，改善用電設備的工況，延長設備的使用壽命，以保障用電場合能源互聯網的安全穩定性，促進其數字化和智能化發展。

4.2? ? 高功率密度電氣儲能裝置的實踐應用

服務于直流供電用戶時，在大型礦車制動能量回收與利用系統裝備的實踐中，技術人員利用儲能方案，通過蓄電池組、濾波電感、超級電容器、制動電阻柵、礦車驅動電機、發電機、發動機的協調運作，應用裝置儲能與調控的核心產品，為中煤平朔集團有限公司帶來了3 900萬元的經濟效益。

在軌道交通高性能變流器與傳動系統的實踐應用中，利用控制與保護的關鍵技術，同時實現“控保融和”，為武漢征原電氣有限公司節能增效帶來了4億元的經濟效益。

工程技術人員在實踐應用取得良好效益的同時，繼續砥礪前行，又開始了面向交流工業用戶的技術推廣和試驗嘗試。在油田抽油機和大型港口提升機械設備中，嘗試通過技術調控，實現有功儲能、無功補償;同時進行故障分析、智能監控，達到遠程通信、無人值守的良好狀態。

優質電氣儲能裝置的研發設計和實踐應用，正在以“技術先進、科技創新、經濟合理、項目示范”為標準的要求下，迎接挑戰，不斷探索、攻克儲能工作中的瓶頸問題。

5? ? 結語

電能是人類高速發展的前提，打理好電能的進出端口，才能做到能量余時有存儲，能量再用時有回補。在工業的各個領域，無論是地鐵軌道交通，還是大型礦用車輛、電動汽車，實現儲能節能已經成為智能電網發展必不可少的一環。

優質的超級電容電氣儲能裝置，采用先進技術實現能量回收的高效率，改善大多數設備的“粗放型”保護狀態，加強“控保融和”力度，消除不穩定的安全隱患，平衡電源與負荷的間歇性和波動性問題，提供應急電源，減少各種暫態電能質量問題造成的損失，及時進行故障預警，幫助實現數據精準分析，做到了讓用戶的體驗效果漸入佳境。優質的電氣儲能和調控技術，實現了工業節能增效的最大化。

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收稿日期：2020-05-11

作者簡介：熊予涵（2000—），女，湖北人，研究方向：電氣儲能。