電氣工程中儲能技術的應用及展望

王濤

（中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550009）

0 引言

伴隨著我國社會經濟的高速發展，各行各業發展速度不斷增加，作為電氣領域發展中能源儲備的一項核心技術，儲能技術被廣泛應用在電氣工程領域，在推進我國電氣行業穩步發展的同時，使以往電能儲存與消耗問題得到有效解決。目前，抽水儲能、蓄電池儲能、空氣壓縮儲能、飛輪儲能是比較常見的儲能技術，在電氣工程中的應用比較廣泛，為電能源生產與傳輸帶來了諸多便利，初步實現了能源消耗的降低，儼然成為當下電氣行業的核心發展技術。

1 儲能技術的類型

1.1 抽水儲能技術

抽水蓄能被公認為是最成熟，且規模較大的儲能方式，主要指在上下游分別建設兩個水庫，這樣在負荷相對較低的情況下，在電動機作用下抽水儲能設備開始工作，從下游水庫中抽水保存到上游水庫中；而在負荷高峰時段，借助發電機力量開始工作，合理利用上游水庫中所儲存的水來發電，能量轉換效率可達到70%～75%。但就目前來看，抽水儲能技術的應用范圍廣泛，建設周期普遍較長，對于選址要求比較嚴格，動態調節下很難快速響應，這對抽水儲能技術的應用與推廣造成一定限制，目前國際中抽水蓄能電站的總裝機容量達到9×108kW，約占據全球發電裝機容量的3%。

1.2 蓄電池儲能技術

蓄電池儲能技術最早在英國普及應用，主要指在太陽能發電設備、風力發電設備、可再生能源蓄電設備的輔助應用下，對電能源進行有效儲存與排放，后被廣泛應用在各國的電力工程中[1]。以英國蓄電池儲能技術應用為例：PSB 是目前該國家正在使用的儲能技術，在蓄電池儲能原理下，修建一座15/120MW·h 的儲能電站，整體運行效率將高達75%；而另一種NaS 蓄電池，整體應用優勢更加明顯，能夠輸出脈沖功率。也正因為這樣的獨特之處，使得PSB 蓄電池、NaS 電磁成為電氣工程的常見技術手段，在電能負荷調峰、電能質量條件等工作中得到全面應用，有助于電氣設備實用性能的提升。

1.3 空氣壓縮儲能技術

空氣壓縮儲能技術是一種新型蓄能蓄電技術，最早起源于1978 年，主要借助電網負荷低谷內所剩余的電力壓縮空氣，在75MPa 壓力的高壓密封設施中儲存，然后在用電高峰時期釋放，以此來驅動燃氣輪機發電，也是當下工業大規模應用的技術方式。在電網低谷負荷期應用該技術，合理運用剩余電能，對空氣壓縮機起到重要的驅動作用，通過對山洞、報廢礦井、過期油氣井等高壓密封空氣的存儲，在用電高峰中釋放壓縮空氣，推動燃氣輪機發電，通常適用在燃氣輪機發電設備中。相比于傳統的燃氣輪機，空氣壓縮儲能技術在電力輸出相同的前提下，所產生的資源消耗將有效減少40%，并且通過對空氣進行一定時間的壓縮，最終結合實際需求一并完成燃氣與能量的輸出，具有效率高、響應快、壽命長等優勢，能源轉化效率將高達75%，有著較大的發展潛力。

1.4 飛輪儲能技術

飛輪儲能主要在電動機作用下，帶動飛輪高速旋轉，是根據用電需求利用飛輪帶動發電機進行發電的儲能方式[2]。通常情況下，飛輪儲能系統中有著圓柱形的旋轉質量塊，在磁懸浮軸承的配合下，支撐系統運行。通過高質量應用磁懸浮軸承，有效控制系統運行期間的能源摩擦損耗問題，進一步提高儲能效率，延長系統使用壽命，減少真空環境下飛輪系統的風阻損耗產生。并且，在科學技術快速發展背景下，飛輪系統的應用范圍逐步拓展，通過與電動機、發電機的深度銜接，介于高質量電子裝置，合理調節飛輪轉速，促進了電網、儲能裝置之間的功率交換，使電網運行得到強有力的支撐。值得注意的是，將飛輪儲能技術應用在電力工程領域，整體設備的使用壽命相對較長，可以進行安全維護，不會對周圍環境造成不良影響，整體優勢比較顯著。

2 電氣工程中儲能技術的應用

2.1 脈沖功率系統的應用

脈沖系統是電氣工程中的重要構成，關系到電網整體運行效率與供配電質量，對于儲能技術的應用比較典型，具體應用期間有關部門及人員要給予高度重視。在脈沖功率系統中，涵蓋了負載、開關、儲能單元、波形調制、低功率能源等單元，其中開關、波形調制、儲能單元等，均屬于脈沖功率源。從脈沖功率源的發展趨勢來看，具體可以分為：高輸出功率、高功率密度、高儲能密度、高可靠性、高重復頻率，這在儲能器件的重量與體積減少，輸出功率提高中，在脈沖功率系統運行中有著重大的意義。在脈沖功率系統的具體運行期間，為加快小型化高功率儲能目標的實現，我們需要強化對新型儲能技術與方式的研究，與傳統儲能器件進行對比分析，通過對超級電容器、電池、傳統儲能器件、高儲能密度器件等不同儲能方式的相互結合，結合當下正在使用的儲能器的靜電、電感、慣性等特征，為脈沖功率系統運行提供有力保障。

2.2 共享儲能領域的應用

共享儲能是以電網為載體，對電網側、電源側、用戶側三大獨立分散的儲能電站資源進行優化配置的新型技術，通過電網實現統一協調，以此來全面釋放出源網荷各段儲能的能力，有助于電能源的有效節約[3]。近年來，隨著《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》的出臺，國家發改委、國家能源局明確提出，預計到2025 年，實現新型儲能在現有商業化初期的基礎上，努力向規?；l展轉變，新型儲能裝機規模將高達3000 萬kW。正是在這種情況下，共享儲能成為當下儲能技術應用的重要方向，發揮著削峰填谷、虛擬同步、準確控制等作用。以國網青海電力為例：基于共享儲能的儲能技術應用，對以往實施的“固定晚高峰”充放電模式進行了調整，逐步向“按斷面負載率”方向的轉變，在原有放電模式的基礎上，結合當地能源需求與新能源送出通道的負載情況，在通道滿載時儲能電站開始充電，當負載率≤80%時，系統將自動開始放電，充放電模式不再以“一充一放”式為主，而是強調“多充多放，淺充淺放”，促進了儲能電站運行效率的大幅提升。

2.3 綜合能源系統的應用

在電力產供銷模式升級發展背景下，為深入推進綜合能源系統，強化電力系統的能源配置能力，儲能技術扮演著重要的角色，同時也是未來綜合能源系統發展的關鍵環節，能夠在保證可再生能源并網運行穩定的前提下，促進電網資源的優化配置，妥善處理電力系統故障問題，將更穩定的電源輸送至廣大客戶群體。在傳統的電力系統中，儲能技術的形式種類居多，從本質層面來看就是通過對電能資源的轉變，形成其他類型的能源然后進行存儲，在需要時轉變為電能進行輸送與使用。而將儲能技術應用在綜合能源系統中，可衍生為一種多種能源輸入、輸出的儲能方式，通過多種形式能源的集中輸入，經過專業處理后輸出為終端消費的所需能量，該操作方式比較簡便，無須多高成本的投入，轉化速度要明顯高于傳統的輸配電方式，能夠為大功率設備提供可靠的能源支撐。在具體應用過程中，以儲能設備為載體，促進能量輸入、能量轉換、能量輸出等裝置的有機結合，形成一個完整的儲能系統，按照應用場景來看具體可分為電—熱聯合系統儲能技術、電—氣聯合系統儲能技術、電力—交通聯合系統儲能技術三大類，為能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警等提供便利。

2.4 光伏發電領域的應用

伴隨著“雙碳”目標的落地，“光伏發電”等綠色低碳技術在電力行業的應用愈發成熟，儼然成為當下越來越受歡迎的能源選擇，在儲能技術原理基礎上，深度結合了大數據、物聯網、智能控制等技術，實現了對電網運行全過程的有效控制，為光伏儲能技術應用邁出了關鍵的一步。就儲能技術在光伏并網發電中的應用現狀來看，主要體現在電力調峰、負荷響應、電能質量、微電網等方面。

（1）電力調峰。電力調峰是以滿足峰電時段大功率、集中性等電能需求為出發點，最大限度控制電網負荷，此時儲能裝置結合電網實際運行情況，在負荷偏低的節點中，儲存光伏系統內電能，然后在高峰期釋放能源，使電網功率峰值輸出得到很好的保障。

（2）負荷響應。借助儲能技術，自動化調整電網一些大功率負荷，這樣即便電網負荷處于較高的狀態下，部分電網系統依然能夠交替運行[4]。在此期間，有關部門要高度關注電網負荷響應系統、儲能電站的連接問題，保證至少有一條通信線路得以正常運行，這樣既能規避高功率設備，又能使負荷響應需求得到更好滿足。

（3）電能質量。在光伏發電系統運行期間，應用儲能技術保證光伏電源使用的穩定性，確保系統產生的能源質量得到有效保障，發揮儲能系統的功能優勢，在儲能技術配合下對有源濾波進行調整，在保證電壓穩定性的前提下，將相角控制在合理范圍內，達到電能供應質量標準。

（4）微電網。一般情況下，微電網與電力系統二者屬于獨立運行狀態，以光伏發電系統為載體構成微電網，有助于其自身作用的發揮，為光伏發電提供安全保障。

3 電氣工程中儲能技術的應用展望

3.1 低成本儲能技術開發

就現階段的儲能技術應用情況來看，應用成本高是限制儲能技術應用范圍拓寬的主要因素之一，因此如何控制并降低儲能技術的開發應用成本，提高儲能技術的運行效率，順利實現“低成本，高效率”發展目標，是目前電氣行業從業者重點關注的特點話題。并且，作為電氣工程中的常見技術手段，儲能技術的重要性不可忽視，適當提高儲能技術開發與應用力度，發揮其技術應用優勢，有助于電力系統性能與穩定性的提升，因此，儲能設備能量轉換效率的提高，也是當下儲能技術研究中迫切需要解決的關鍵話題。

3.2 強化儲能技術管理

儲能技術是我國電力行業轉型發展的重要方向，主要分為觸電與儲熱兩大模塊，往往存在于真實的市場環境中，涉及多個技術領域，在電力工程建設及電網運行中發揮著不可忽視的作用。這就需要在市場環境持續發展與變化的同時，加大儲能技術管理力度，在市場調節作用下，促進電力工程對儲能技術的合理利用，高效管理能量，更好發揮儲能技術在電力行業中的應用價值。

3.3 輸電工作中應用儲能技術

輸電與配電是電力工程的重要組成，因此在輸電、配電領域加強儲能技術應用，在電氣工程中占據重要地位。在實務中，有關部門要綜合考慮電網工程實際情況，根據儲能技術的類別與特征，對儲能電源進行合理規劃，促進儲能機組與電網的有效連接，提高電網控制與調節技術水平，在保證電網系統穩定運行的前提下，為社會民眾提供更優質的電力服務。

3.4 構建可再生能源利用系統

伴隨著世界人口的快速增長，能源日趨緊張，傳統能源面臨著嚴重的枯竭問題，對社會各行業帶來巨大影響，針對即將面臨巨大危機，想要促進社會經濟的可持續發展，新能源發展早已成為當下能源危機問題的有效解決途徑。因此可以說，在電力系統中適當引入儲能技術，通過對可再生資源與能源的合理利用，能夠進一步控制傳統能源枯竭問題，減少能源危機帶來的幅面影響。然而，目前部分電力企業所應有的供電方式較為陳舊，滯后性明顯，這導致事故與災難發生時很難及時準確地應對，誘發更加嚴重的危害與損失。在這種情況下，電力企業需要提高對儲能技術的重視程度，靈活選擇機械儲能、電磁儲能、電化學儲能三大儲能方式，科學構建可再生資源與能源利用系統，積極創新并優化傳統的供電方式，大力推進分布式供電，改善當下電網系統運行期間的不足之處。如此一來，電網系統未來可逐步形成區域管理模式，供配電過程將更加地具有靈活性、安全及穩定性，借助儲能技術完善供電方式，推進電網系統的穩定運行[5]。

4 結語

綜上所述，儲能技術是未來能源系統革新發展的前提基礎，也是智能電網構建的重要環節，在我國電力事業發展中占據重要地位。在新時代背景下，各地區電網企業要給予儲能技術高度重視，準確掌握新型儲能技術的應用優勢與具體類型，找準儲能技術應用要點，靈活應用在電力工程的各個領域中，充分發揮儲能技術的應用價值，加大低成本儲能技術開發力度，強化儲能技術管理，構建可再生能源應用系統，為我國電力行業的創新發展提供有力保障。