儲能技術在電氣工程領域中的應用

戴華偉

摘要：隨著世界范圍內科技進程的不斷躍升，人類對電能的需求程度逐漸上升。因此，在生產生活中電能的重要性逐漸凸顯。通過對傳統電力生產流程的分析，傳統的電氣生產過程中，電能的產生、傳輸、分配和使用幾乎同時進行，這種特性很大程度上影響著電力系統的規劃、建設、調度運行以及控制管理方式。目前，可以利用大容量儲能技術的應用打破電力供需實時平衡的限制。文章分析關儲能技術在電氣工程領域中的應用現狀，介紹電氣工程領域儲能技術，并提出提高電能存儲技術在電氣工程中的應用能力的方法，以供參考。

關鍵詞：電氣工程;儲能技術;應用研究;電能質量

引言

21世紀開始，人類對電能的開發使用程度達到了新的高度，電力成為了人類社會賴以生存的物質基礎，更是實現國民經濟發展的支柱型產業。為了滿足人們日益增長的用電需求，電力企業必須要結合實際情況，優化現有能源供給結構，提高電力儲能的質量，從而保障輸配電過程的安全性與穩定性。

一、儲能技術的發展概述

眾所周知，電力系統運行狀態直接決定了用戶的使用效果，所以電氣工程需要始終處于平穩狀態運作。然而近幾年，全球范圍內的不可再生能源開采形式緊張，儲備量告急。對應的新能源發電成為各界關注的要點，大量新能源裝機開始并入電網。電能容量比例也在不斷增大，但是新能源發電仍處于起步階段，所以無論是風能發電還是太陽能都會因為受到自然環境的影響，不能保證穩定發電。而且新能源發電技術在大規模接入電網后，其波動性會造成電壓閃變現象，不利于系統運作的穩定性。如果風能、太陽能發電設備在并網后運行功率超出規定范圍，就會造成電力系統運行波動。而儲能設備可以釋放能量，維持系統運作的可靠性，改善新能源發電瞬時性的劣勢。儲能技術對電氣工程的適用性較強，可以應用在電力系統的各個環節中，例如：發電側、輸配電側、用戶端等等。在電氣系統中安裝了儲能系統后，電力負荷走向得以優化，峰谷差減少，新能源并網比例增加。不僅可以降低供電成本，另外還可以提高電網運作的安全性及可靠性，目前，投入使用的儲能技術可以按照能量存儲形式及結構機理劃分為物理儲能和化學儲能兩種。

二、儲能技術分析

（一）物理儲能技術

壓縮空氣儲能技術是典型的物理儲能技術形式之一。基于電動機驅動壓縮機從而將空氣壓縮并降溫后進行可靠存儲，儲氣室主要由報廢的礦井、海底儲氣罐、油氣井以及山洞等構成，釋放過程中，風電機組實際輸出的功率達不到帶動負荷運行的要求，從而將儲存著的空氣進行加熱升溫處理，隨后諸如燃燒室內進行輔助燃燒，燃氣膨脹最終推動汽輪機的運行，實現發電。壓縮空氣儲能實際轉化率可以達到75%左右，德國建設的一座29萬Kw壓縮空氣儲能站，其轉化率可以達到77%，實際在額外配套一些技術該轉化率有望可以達到80%左右。除此之外，抽水儲能技術以及飛輪儲能技術等也是目前應用較為普遍的儲能技術，抽水儲能技術容量大，運行成本低，但受到地理條件以及水文環境等影響，儲能電站選址有一定的要求;而飛輪儲能技術能量密度較高、瞬時功率也比較大，對于充放電次數沒有明顯的限制且清潔型較高，但實際配套建設成本較高。

（二）化學儲能技術

鋰電池儲能技術是目前較為新型的儲能技術之一，其能源效率較高且能量密度更大。鋰電池儲能主要包含單體電池、充放電系統以及電池管理系統等幾個部分組成，實際綜合利用效率可以達到85%以上。相比于鉛酸電池等儲能技術，鋰電池儲能的充放電效率更高，安全性也比較好，通過串并聯等方式可以大大提升儲能容量或者得到更高的電壓。液流電池也是常見的化學儲能技術之一，業內也稱之為氧化還原液流電池，主要是將正負極之間的電解液進行有效隔離，并實現各自循環的一種高性能電池。實際輸出功率主要由電池組的面積以及單電池的節數所決定，進一步增加電解液的體積或者濃度等，可以大大提升儲能容量。

三、電氣工程領域中有關儲能技術的應用

（一）儲能技術在穩定和控制大型互聯電力系統中的應用

電力儲能技術是改變傳統電力發展思維方式的有效手段，在很大程度上促進了電力工程的現代化發展。現代化的電力儲能技術通過抑制傳統電力系統中可能會發生的局部不穩定問題促進電能穩定和可控。通過對電力儲能技術的有效應用，可以通過區域之間的多種結合模式解決整體不穩定的問題。

傳統電能系統運行過程中，機組之間會有一定程度的振蕩現象，而電力系統穩定器（PSS）必須通過發電機組附加勵磁控制才能有效抑制系統發生局部振蕩，對于大型復雜互聯網電力系統中出現的區域間多模式低頻振蕩問題，常難以達到滿意的控制效果。在傳統的電氣系統中，任何微小擾動都會引起系統整體功率之間的動態不平衡導致機組間的振蕩。而只要儲能裝置容量足夠大，并且可以快速響應，就可以實現機組之間系統功率的平衡與協調。這是一種主動至穩電系統的思路。

（二）儲能技術在脈沖功率系統中的應用

現有技術的一個典型應用是在脈沖功率系統中發揮作用。脈沖率源并不是一個單一系統，由許多不同的系統部件組成，如負載儲能單元和波形調制等。從長遠來看，脈沖功率系統會逐漸朝著高傳輸功率和高儲能密度以及高傳輸密度方向不斷發展。將該技術應用于整體電能系統，不僅可以促進以上目標的實現，還可以減小系統的體積。為了將現行的儲能技術和傳統的電力儲存技術相結合，還需要進行進一步的儲能設備研究與升級，研究出更多種類的，適應于不同系統，并且更加具有適應性的電力儲能設備。電力儲能設備具備的特點可以在真正意義上促進電力整體系統轉型升級，使整體系統具有更加高效的運作效果。

四、儲能技術在電氣工程領域中的應用展望

隨著我國社會發展速度的不斷提高，人民以及公司對電力的需求量也不斷增強，當前電力資源已經成為推動我國社會發展的主要資源。電能所涉及的內容比較全面，其應用范圍也非常廣泛。隨著經濟水平的不斷提升，我國電氣工程所面臨的問題也越來越嚴重，為了對這些問題進行更好的解決，我國儲能技術必須朝著大規模、大容量方向發展。目前，限制我國儲能技術發展的主要因素為材料。隨著科研水平的不斷提高，這個問題一定會被很好地解決，從而提升我國儲能技術水平。所有儲能技術都是將電能轉變為其他形式的能量存儲起來，這個過程所消耗的能量比較大，如果降低其損耗率，也能夠促進儲能技術朝著更好的方向發展。未來將會主要研究儲能技術在諸多領域的應用以及對能源的合理分配等。

結束語

隨著電力系統的不斷發展，以及電力行業整體發展水平的不斷提高，發展模式不斷健全，在經濟社會的高速發展的情況下，對于電力能源的需求量以及應用的要求也在不斷提高，儲能技術也隨之得到了更為廣泛的應用和發展，在電力系統內的應用范圍不斷擴大。這在一方面促進了儲能系統新技術的發展，另一方面也對儲能技術提出了更高的要求，促進其符合電力能源系統的可持續發展。但就我國目前的電力能源以及儲能裝置發展現狀而言，仍舊存在較多的問題，例如電力儲能技術的功率震蕩等，需要我們專家學者予以重視并積極解決，才能促進我國電力能源系統以及儲能系統的長遠健康發展，提高其自身的經濟效益、環境效益和社會效益。

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