新能源電力系統中的儲能技術研究

中電大豐風力發電有限公司 朱瑜

1 引言

新能源電力系統具有一定的復雜性，其中儲能技術又扮演著重要的角色，為確保新能源發電能夠取得實效性成果，技術人員對新能源電力系統的儲能技術進行了深度研究，最終確實取得了比較可觀的研究成果。為進一步優化我國新能源電力系統儲能效果，相關工作人員必須對新能源電力系統中的儲能技術進行更多了解，并確定不同儲能技術的優勢缺點等，以便更好地進行應用。

2 儲能技術對于新能源電力系統發展的重要性

第一，為新能源發電大規模使用創造條件。新能源發電技術具有清潔無污染的優勢，一經出現就得到了眾多認可與關注，其中風能、太陽能都是比較具有代表性的清潔能源，也是目前新能源發電技術的主要研究方向，其普遍具有化石能源不具備的環保價值和再生條件，但同時也具有間歇性、不連貫的問題，很難像化石能源一樣持續不斷地發電。如要大規模推廣新能源發電技術，就必須克服這些問題，才能保證電網穩定運行[1]。而儲能技術的出現，則能夠讓上述問題迎刃而解，能夠避免新能源發電技術的波動性和間歇性所帶來的一系列負面影響，讓電網穩定運行、使人民群眾生產生活有序進行。儲能技術是新能源發電技術并網并推廣的必要手段。

第二，能夠改變能源供應結構。新能源具有清潔無污染的特征，與可持續發展的戰略目標完全相符，這使越來越多的技術人員開始投身此類能源的應用研究。如果一味地使用化石能源進行供能，其所造成的環境問題將帶來巨大的負面影響，其本身的儲量也確實無法滿足繼續長期大規模使用的需求，因此通過優化儲能技術改變能源供應結構是未來發展的不二之選。換而言之，可以推出儲能技術將新能源發電形成的電能儲存起來，使新能源發電系統得以獨立運行或者并網運行，在對新能源發電系統進行合理設計的情況下，其完全能夠滿足特定用戶的用電需求，儲能技術在這個過程中發揮的作用可想而知。

第三，能夠調峰和平穩輸出。目前我國的新能源開發仍處在探索階段，風能、太陽能等新能源的間歇性、波動性問題仍然沒有得到妥善解決，這使得新能源發電系統始終無法真正實現并網運行或大規模推廣，而儲能技術的出現則解決了這一問題。合理應用儲能技術，能夠實現電站調峰、保證電能穩定供應，對提升新能源發電系統應用效果有不可忽視的重要作用。

儲能技術在新能源電力系統發展過程中將發揮重要作用，對該項技術的研究也從未停止。有關部門應當高度重視，對該類技術的應用情況進行深入分析以及研究，同時提出合理的改進措施，讓該項技術能夠擁有更大的應用空間，為我國新能源電力系統適應新世紀發展需求提供有力支持。

3 新能源電力系統中的儲能技術

3.1 物理儲能技術

物理儲能技術是最具代表性的儲能技術之一，主要可以分成以下幾種。

一是壓縮空氣儲能技術。壓縮空氣儲能技術的原理在于，儲能過程中風電機組會輸出較大功率，除了供應電網之外，多余的電能可通過壓縮空氣儲能電站進行保存，在壓縮機的作用下對空氣進行壓縮降溫，而后將這部分空氣儲存到特定的儲氣室中，即可達到儲能的目標。在需要使用電能的時候，風電機組的實時輸出功率可能無法滿足用電要求，此時可將提前儲備的高壓低溫空氣升溫、使之成為助燃條件，進而驅動燃氣輪機和發電設備等，完成整個能源轉換過程，這一儲能技術的能源轉化率比較高，可以達到75%以上，在其他先進技術的支持下，轉化率還能進一步提升。從使用情況來看，壓縮空氣儲能技術具有一定的優勢，例如其儲能成本比較低、安全性比較突出、系統穩定性比較可觀等。當然其也具有一定的不足之處，例如壓縮空氣儲能系統的儲能密度較低，對地形巖層等條件有一定的要求，很難在所有地區大規模推廣。

二是飛輪儲能技術[2]。飛輪儲能系統的儲能效率比較高，在實際運行中，其儲能效率最高可達80%左右。在進行儲能時，飛輪儲能系統中的電能會驅動電動機設備運行，將電能通過旋轉體動能的形式儲存，在需要釋放能量的過程中，飛輪旋轉帶動發電機發電，即可將儲存的機械能轉化為電能。從研究結果來看，飛輪儲能技術具有儲能密度較大、充放電次數不限制等優勢，整體儲能效率比較高，因此得到了越來越多的認可和關注。

三是抽水儲能技術。抽水儲能技術具有使用成本低的特點，但是水資源本身會隨著時間推移而不斷蒸發，這使得抽水儲能技術的能量轉換效率只能維持在70%左右。目前常見的抽水儲能技術，可以通過海水、地下水及江河大壩等介質而發揮作用，隨著技術的不斷發展，抽水儲能技術的儲能容量將會進一步提升，系統的應用成本也會逐漸下降，其未來的發展前景十分廣闊。

各類型物理儲能技術都有其應用范圍。在應用過程中，工作人員應當高度重視，要結合現場具體情況，選擇合適的技術類型，同時也要不斷提升自身的實際水平，加強對于相關專業知識的了解，讓物理儲能技術為新能源電力系統的可持續運行提供有力支持。

3.2 化學儲能技術

化學儲能技術是比較常見的儲能技術，可以理解為借助化學電池進行儲能的技術，在化學電池正負極反應的作用下進行充放電，進而實現化學能和電能的轉化儲存。新能源電力系統中的化學儲能電池主要包括以下幾種。

一是鈉硫儲能電池。這種化學電池具有十分可觀的能量密度，和普通的鉛酸電池比較起來，其儲能密度可高達鉛酸電池的3 倍以上，同時其還具有運行空間需求小、充放電效率高等特征，建成后一般不需要反復多次進行維護，應用效果比較可觀。

二是鋰電池。鋰電池是一種十分常見的化學電池，其具有儲能效率高、能量密度大的特征，在長期使用中仍然能保持穩定性和安全性，在有必要的情況下，可以借助串并聯的方式提升鋰電池的儲能容量等，保證了鋰電池的使用適應性。當然也必須看到，鋰電池串并聯擴容的方式需要耗費大量資金，因此一般只在應急供電的情況下進行使用。

三是液流儲能電池，某型號液流儲能電池如圖1所示。液流儲能電池具有一定的先進性，輸出功率比較大，電池組實際面積越大、輸出功率越高，通過提升電解液濃度和容積等手段可以有效增加液流儲能電池儲能容量。在實際應用中，液流儲能電池具有安全性、穩定性突出的特點，不需要進行復雜的安全保護即可安全使用，在新能源電力系統中扮演了不可忽視的重要角色。這種儲能電池還具有能量轉化率高的優勢，能夠在一定程度上將新能源電力系統產生的電能保存下來以備后續使用，目前已經在許多地區的電力系統中發揮作用。這種化學電池也確實有一定的不足之處，例如其建造和使用成本比較高，很難大規模推廣使用。

圖1 某型號液流儲能電池

四是金屬空氣儲能電池。金屬空氣儲能電池是比較新型的化學儲能電池之一，利用氧氣作為電池正極、鎂鋁鋅鐵等化學性質相對活潑的金屬元素作為電池負極，在金屬元素發生化學反應的過程中，可產生一定的電能。在實際使用中，金屬空氣儲能電池的實用價值比較可觀，具有無污染、高效率的特征，電池原材料經過處理也可以反復利用，這在一定程度上保障了金屬空氣儲能電池的應用價值。特別需要提到的是，這種儲能電池只需要幾分鐘即可更換金屬燃料，整體運行效率非常高，在新能源電力系統中占據重要地位[3]。

五是鉛酸儲能電池。鉛酸儲能電池指的是以稀硫酸溶液作為電解液、以絨狀鉛及二氧化鉛和蓄電池等作為正負極的儲能電池，其具有使用方法成熟、使用成本比較低的優勢。與此同時，鉛酸儲能電池也具有儲能效率低、電池使用壽命比較短的問題，稍有不慎還可能導致嚴重的重金屬污染問題，因此逐漸被其他先進的儲能電池所取代。

在化學儲能技術應用過程中，涉及多種化學反應，也會使用到多種化學原料。因此，提升該類技術應用過程中的安全性至關重要，相關人員應當對于各類化學制造技術進行深入分析以及研究，避免該類技術在應用過程中出現安全問題。對于一些重要的化學原料，應當采取有效的保管措施。

3.3 相變儲能技術

相變儲能技術是除了化學儲能技術和物理儲能技術之外，比較具有代表性的儲能技術之一，具有系統構成簡單、應用靈活性突出的特點，整體運行穩定性比較可觀，工作人員不需要花費大量時間進行系統管理，目前常見的相變儲能技術主要包括冰蓄冷儲能技術等。其中，冰蓄冷儲能技術最具有代表性，主要是通過儲存和釋放冷量完成儲能任務，能夠有效提升制冷機組設備的運行效率。另外，電儲熱技術也比較成熟，主要通過金屬材料和水完成儲能，具有使用成本比較低、使用穩定性突出的特征，在新能源電力系統中發揮了重要作用。

由于相變儲能技術是一種新型的技術，在應用過程中會存在相應問題。專業技術人員應當從多角度考慮，對相變儲能技術的原理進行深入研究，在條件允許的情況下，還應當對該類技術進行不斷升級，以達到不斷提升應用效果的目的。

3.4 電磁儲能技術

電磁儲能技術是新能源電力系統中比較常見的儲能技術之一，可以分為超導磁儲能技術和超級電容器儲能技術兩種。一是超導磁儲能技術。這種儲能技術主要是依托超導線圈中的直流電磁場進行儲能，儲能效率非常高，最高可達到90%以上。在實際應用中，其還具有響應速度快、不造成環境污染等優勢，特別需要提到的是，超導線圈的電阻值幾乎為零，因此利用這種儲能技術進行儲能，不會造成嚴重的能量消耗，這有助于更好地儲存電能并根據用電峰值進行釋放[4]。特別需要提到的是，超導線圈需要低溫保存，因此其使用成本相對來說比較高。二是超級電容器儲能技術。超級電容儲能技術也是比較先進的技術之一，同時兼具電容器和儲能電池的特點，充放電過程可以根據需求進行逆轉，儲能效率非常高且運行安全穩定，對優化新能源電力系統運行情況有一定的積極作用。

4 結語

新能源電力系統是清潔能源產業的重要組成部分，能夠借助太陽能、風能等新型清潔能源實現發電供電，推動新能源電力系統發展進步，是保證我國經濟社會可持續發展的必要手段，也是建設環境友好型社會的重要舉措。但是，新能源電力系統存在供能不穩定的問題，只有借助儲能技術對其產生的電力能源進行儲存和釋放，才能更好地解決這一問題。除了文中提到的物理儲能技術、化學儲能技術、相變儲能技術、電磁儲能技術之外，技術人員還需要結合新能源發展情況，對儲能技術進行進一步研究。