儲能技術在電氣工程領域中的運用及發展趨勢

孔令時

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

1 概述儲能技術方式

1.1 抽水儲能技術

抽水蓄能是當前規模較大的最成熟的儲能方式，它需要在上下游配建兩個水庫。在負荷較低時，抽水儲能設備由電動機進行工作，把下游水庫中的水抽至上游水庫保存，而在負荷高峰時段由發電機進行工作，通過對在上游水庫中儲存的水的利用進行發電，可達70%～75%的能量轉換效率。但是受建設周期較長、選址有較高要求、動態調解不能快速響應等因素的制約，一定程度限制了抽水儲能技術大規模的推廣和應用。當前全球抽水儲能電站達到9×108kW的總裝機容量，在全球發電裝機容量中約占3%。

1.2 飛輪儲能技術

當前飛輪儲能技術主要包括旋轉的質量塊和軸承。軸承采用的技術為磁懸浮，可使因旋轉摩擦而產生的能量損耗有效減少，通過儲能效率的提升，達到延長其是使用年限的目的。因為外界因素對其有較大的影響，所以飛輪儲能技術的推廣與抽水儲能的推廣相比還有一定的差距。從理論上分析，飛輪儲能技術只有在真空環境中才能達到較高的儲能效率，但是在實際生活中是無法實現真空的。在真空環境下風不會對飛輪產生阻力，旋轉模塊通過連接發電機組，利用電子遙控設備對飛輪的旋轉速度進行有效控制，最終對電力資源實現儲備。運用飛輪技術對人工操作的要求較低，日常維護也相對簡單，不會花費較多的成本，而且還更加環保，與我國科學發展的思想相符合。飛輪技術主要對短時間的儲能應用比較適用。

1.3 空氣壓縮儲能技術

壓縮空氣儲能方式也是一種工業大規模應用的方式。利用該儲能方式，在電網低谷負荷期可通過對富余電能的運用對空氣壓縮機起驅動作用，在過期油氣井、報廢礦井、山洞等高壓密封空氣；在電網使用高峰期把壓縮空氣釋放出來促進燃汽輪機發電。壓縮空氣儲能技術對燃氣輪機發電設備比較適用。在輸出相同電力的情況下，與傳統的燃氣輪機相比，空氣壓縮儲能技術的燃氣輪機對資源的消耗會減少40%。傳統的燃氣輪機工作中與燃料配合的空氣約需60%，而空氣壓縮技術的燃氣輪機可先壓縮空氣一定的時間，然后根據實際需求一并輸出燃氣和能量。因為其較快響應、壽命較長、效率較高等特征，且存在較高的能源轉化效率（約75%），所以壓縮空氣儲能的發展潛力較大[1]。但該技術也存在較大的局限性，所以主要在采礦中應用。

2 在電氣工程領域中對儲能技術的典型應用

2.1 在大型互聯電力系統穩定控制中的應用

在現代化社會不斷發展中，儲能技術的出現改變了穩定控制電力系統的思維方式，而且隨著電氣工程領域越來越廣泛地運用到儲能技術，也為現代化建設創造了有利條件。而在電氣工程領域中比較典型的對儲能技術的應用，是其在大型互聯電力系統穩定控制中的應用。使用傳統的PSS，通過利用發動機的附加磁對抑制系統的局部震蕩可起到良好的控制效果，但是如果對大型復雜互聯電力系統在工作中產生的區域間多模式低頻振蕩問題，利用傳統的PSS發動機附加磁對其進行控制可能會得不到預期效果。究其原因主要是PPS發揮其作用離不開發電機組的勵磁控制，但是可能在某一條輸電線路中最有效的控制部位和控制點之間存在較大的距離，因此得到的效果不盡人意。因為傳統的電力系統會導致機組間出現震蕩，動態功率可能會因為任何一個微小的干擾而出現不平衡，但是如果儲能裝置的容量足夠且具有較快的響應速度，便可以主動對其進行控制，保證系統功率在任何情況下都能實現平衡。假如在系統運行中，發電機的勵磁系統不會同時和電力系統穩定裝置產生作用，便能對其最有效的部位實現最方便的運用。而該控制裝置產生的控制量可以對系統震蕩的源頭直接發生作用，因此大型互聯電力系統的穩定控制中對儲能技術的有效應用，是現代化科技進一步發展的重要推動力量[2]。

2.2 在脈沖功率系統中的應用

在脈沖功率系統中對儲能技術的應用，也比較典型。脈沖功率系統主要包括開關、負載、儲能單元、低功率能源、波形調制等，而開關、儲能單元、低功率能源、波形調制都是脈沖功率源，要求脈沖功率源向高輸出功率、高儲能密度、高功率密度、高重復率的方向發展。

合理的減小儲能期間的體積、重量對脈沖系統的意義重大。為進一步提升存儲功率，應有效的結合傳統儲能器件、設備與新型的儲能技術深入研究，當前已經投入使用的儲能器主要有慣性、靜電、電感等儲能型儲能器。

3 電氣工程領域儲能技術的發展趨勢

3.1 可再生能源的規模化利用和分布式能源系統構建

隨著當前生產生活中對石油能源的運用越來越多，煤炭和石油資源表現出嚴峻的短缺問題，出現全球性的能源危機，因此對新型的可再生能源的研究和開發勢在必行。如太能能、風能和潮汐能的可再生資源的大規模運用可使能源短缺的問題有效解決，還使環境污染減少。但是可再生資源密度較小，且穩定性較差，想要實現大規模的運用相對較難，所以還應該對于可再生能源構建規模化運用和分布式的能源系統。此外，在電網供電原有模式下，電網比較集中，無法有效的處理相關事故，也是電力事故連鎖反應情況經常發生的重要誘因，會進一步擴大、蔓延電力系統的局部事故影響力，進而導致有重大的斷電故障出現。美國的能源機構通過對以往事故經驗的總結，從安全角度出發，并綜合未來電網的發展情況制定了“Grid2030”計劃，該計劃中限定了美國日后的電網結構“主干網+區域電網+微型電網（簡稱為微網）”，還明確提出了電網發展過程中運用的儲能技術、電力電子技術等先進技術；另外加拿大、歐盟等國家也深入研究了電能儲能技術。歐盟制定的“SuperGen”計劃，提出通過對可再生能源的利用構建電網，并通過有效的結合分布式發電和可再生能源，利用微型電網對資源短缺的情況進行彌補[3]。但是該類微型電網在容量方面相對較小，且受用電、發電等因素的制約，整體供電質量會相應降低，對電力系統安全、穩定的運行造成影響，所以亟需研究改善電網運行水平和系統供電質量的方式。通過對電網發展途徑和分布式發電的有效整合，以及儲能技術作用和優勢的充分發揮，可達到有效的轉變供電方式的目的，促進供電更加高效、穩定。

3.2 加強節能降耗和電能質量的優化

電力能源對國民經濟穩定增長起著重要的決定作用。盡管我國的萬元GDP能耗一定程度降低，但是卻提升了萬元GDP電耗，因此需相關部門重視電能的節約。要保障電網穩定運行的電能質量，可對儲能技術進行充分的利用，達到有效控制電網損耗和改善電能質量的目的。

4 結 論

在社會發展過程中電能的地位非常重要，既對人們生活水平的提高產生影響，又潛移默化的影響著社會的發展。本文對電氣行業中儲能技術的運用和發展進行分析，以供參考。