儲能技術在新能源電力系統(tǒng)中的應用分析

天津匯豐綜合能源規(guī)劃設計有限公司 趙 梅

在不可再生能源緊缺和環(huán)境污染問題越發(fā)嚴峻的情況下，電力行業(yè)在發(fā)展中需要加強對新能源電力系統(tǒng)的開發(fā)和利用力度，且配合科學儲能技術來滿足社會發(fā)展對能源的現(xiàn)實需求，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。所以，相關工作人員應當深入研究儲能技術，明確技術類型、技術優(yōu)勢等，進而根據(jù)新型能源電力系統(tǒng)運行實際情況及實際需求，將儲能技術應用于風能電力系統(tǒng)、光伏電力系統(tǒng)、機械發(fā)電系統(tǒng)等，以便提高電能質量與效率，滿足實際用電需求，同時促進我國電力行業(yè)持續(xù)且良好發(fā)展。

1 新能源發(fā)電發(fā)展概況

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導下我國提出了“雙碳”目標，加大新能源發(fā)電技術的研究與應用力度。據(jù)相關統(tǒng)計顯示，截至2022年12月我國風電裝機總容量為3.6544×108kW，同比增長率為11.2%；新增裝機容量為3.763×107kW，同比減少21%。2021年我國風力發(fā)電已經達到6.526×1011kW，同比增長率為40.5%；2022年1～11月風力發(fā)電量累積為6.1448×1011kW，累積增速12.2%（見表1）。

表1 風力發(fā)電統(tǒng)計分析

當前，在社會經濟不斷發(fā)展的背景下，國民生活水平不斷提高，智能家居需求顯著提高，加之我國工業(yè)、服務等領域的不斷發(fā)展，這使得國內用電需求持續(xù)攀升。此種情況下，為能夠改變煤炭燃燒發(fā)電等傳統(tǒng)發(fā)電弊端，促進電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，新能源電力系統(tǒng)發(fā)電備受重視，且近些年發(fā)展態(tài)勢良好。從長遠發(fā)展的角度來講，在國家政策支持、用電需求不斷攀升等多方面影響下，未來新能源發(fā)電勢在必行，并且占比不斷擴大，以促進電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 新能源電力系統(tǒng)中儲能技術的應用優(yōu)勢

2.1 可有效抑制風電并網的功率

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，風力不穩(wěn)定性可能導致其并網功率波動性較大，同時給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性帶來一定的負面影響。儲能技術可通過將風力發(fā)電系統(tǒng)中的過剩電力存儲起來，從而緩解并網功率的波動。也就是當風力發(fā)電系統(tǒng)產生的電力超過當前需求時，過剩電力可以被存儲在儲能設備中，而不是直接注入電力系統(tǒng)；當電力需求超過風力發(fā)電系統(tǒng)的產能時，儲能設備可以釋放存儲的電力，以滿足系統(tǒng)的需求。

這種靈活性和可控性可降低風力并網功率的波動性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，儲能技術還可提供靈活的電力調度能力。通過儲能設備的充放電控制，可以在電力需求高峰期存儲電力，并在低谷期釋放電力，以平衡電力系統(tǒng)的負荷需求。這可以優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行效率，降低電力系統(tǒng)的運行成本。

2.2 穩(wěn)定電力系統(tǒng)的頻率

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電力的供應和需求必須保持平衡，以維持系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。然而，隨著新能源的大規(guī)模接入，其不可控性和間歇性導致了電力系統(tǒng)頻率的波動。這就需要一種手段來平衡供需之間的差異，以保持系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。儲能技術可有效減少因新能源不穩(wěn)定性而導致的電力系統(tǒng)頻率波動。其可以充當電力系統(tǒng)的緩沖器，吸收或釋放電能，以維持系統(tǒng)的頻率在合理范圍內。通過合理配置和管理儲能設備，可以實現(xiàn)快速響應，保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。此外，儲能技術的有效應用，還可作為備用電源，當主要電源出現(xiàn)故障或供電不足時，及時提供電能，確保電力系統(tǒng)的正常運行[2]。

2.3 優(yōu)化電力系統(tǒng)的電能質量

新能源發(fā)電并網過程中會出現(xiàn)電壓降落或閃變等問題，導致電能質量下降。而將儲能技術應用于新能源電力系統(tǒng)之中，可以解決以上問題，提高電能質量。因此，儲能技術可提供穩(wěn)定的電壓和頻率，減少電力系統(tǒng)中的電能波動和電壓波動。這有助于改善電能質量，降低電網中的諧波和電壓浪涌等問題，保證用戶用電質量。

3 新能源電力系統(tǒng)中儲能技術實踐應用

3.1 新能源電力系統(tǒng)中儲能技術類型

3.1.1 飛輪儲能技術

飛輪儲能技術是一種高效的儲能技術，是利用旋轉的飛輪將電能轉化為機械能進行儲存，然后在需要時將機械能轉化為電能釋放出來。將該項技術應用于新能源電力系統(tǒng)之中可發(fā)揮諸多優(yōu)勢，即由于飛輪儲能系統(tǒng)沒有化學反應和能量轉換過程，能量轉換效率高，通常可以達到85%以上；由于旋轉的飛輪能夠迅速儲存和釋放能量，飛輪儲能系統(tǒng)的響應時間短，可以在幾毫秒內實現(xiàn)能量轉換，這使得飛輪儲能系統(tǒng)適用于瞬時能量需求大的應用，將其應用于新能源電力系統(tǒng)之中可調節(jié)電網頻率、均衡電力負荷等；由于飛輪的高速旋轉特性，飛輪儲能系統(tǒng)可以在單位體積內儲存大量能量，并且能夠迅速釋放出來，滿足高功率的需求，這使得飛輪儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中可有效地平衡電力的供需關系。但在實際應用飛輪儲能技術時，需要考慮成本、良好的機械支撐和旋轉平衡控制等方面要素。

3.1.2 相變儲能技術

相變儲能技術是新能源電力系統(tǒng)中的一種重要技術，可以解決新能源電力系統(tǒng)的供需不平衡、能源調度等問題。目前，所推出的相變儲能技術有多種，比如水泵蓄能技術、壓縮空氣儲能技術、燃料電池儲能技術等。不同相變儲能技術的應用優(yōu)勢不盡相同，需要根據(jù)新能源電力系統(tǒng)運行需求，選擇適合的技術類型。比如，新能源電力系統(tǒng)中應用水泵蓄能技術，主要是利用電力將水泵抬升至高處，并在需要能量時通過釋放水勢來產生電能；另外，新能源電力系統(tǒng)中應用壓縮空氣儲能技術，可利用電力將空氣壓縮到儲氣罐中，當需要能量時，釋放壓縮空氣驅動渦輪發(fā)電機產生電能[3]。

3.1.3 抽水儲能技術

抽水儲能技術是一種在新能源電力系統(tǒng)中廣泛使用的儲能方式。其利用電力供過于求時，將多余電力用于抽取水，并將之儲存在高海拔水庫中，當需要電力時，通過釋放儲存的水能，將其轉化為電能供應電網。將其應用于新能源電力系統(tǒng)之中可發(fā)揮的優(yōu)勢有以下幾點。

一是高度的電能轉化效率。在抽水時，電能轉化為水能時損失較小，而釋放儲存的水能時，水能能夠高效轉化為電能。二是靈活地調節(jié)電力供應。當電力供需不平衡時，可以通過控制抽水儲能系統(tǒng)的輸出來滿足需求。三是較長的儲能時間。水能的儲存時間可以根據(jù)需要進行調整，從幾小時到幾天不等。這可以平衡不穩(wěn)定的新能源發(fā)電量，彌補風力和太陽能等可再生能源的波動性；可以提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少能源供應中斷的風險；還可以提供調頻、備用、削峰填谷等電網服務，增加電力系統(tǒng)的靈活性和可調度性。

3.1.4 化學儲能技術

化學儲能技術包括鋰電池、鈉硫電池以及液流電池等。首先是鋰電池。鋰電池在儲能效率上較高，可以達到85%，目前也是應用較為廣泛的技術。其優(yōu)點是具備儲放能更高效、能量密集程度大，且在使用過程中安全系數(shù)較高，而缺點則是前期成本投入高。其次是鈉硫電池。鈉硫電池在儲能效率上較低，但成本相對便宜。并且，鈉硫電池應用過程卻有諸多限制，比如循環(huán)壽命也不高。

最后是液流電池。液流蓄電池是一種高性能蓄電池，通過增大電解液的濃度和體積的方式能提高液流電池的存儲容量，且具有靈活的電池配置和強大的放電過程安全性。但缺點是維護難度大，在一定程度上限制了液流電池的推廣和應用。

3.2 新能源電力系統(tǒng)中儲能技術實踐應用

3.2.1 風能電力系統(tǒng)中儲能技術的應用

隨著風能發(fā)電的快速發(fā)展，儲能技術在風能電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。儲能技術可解決風力發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性問題，使得風能電力系統(tǒng)能夠提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應。為了能夠將儲能技術的應用價值充分發(fā)揮出來，應根據(jù)風能電力系統(tǒng)運行需求，應用適合的技術類型，即電池儲能技術，以便在風力發(fā)電系統(tǒng)運行中，可以將多余的電力轉換成電能存儲起來，以備不時之需；當風力不足時儲能電池可以釋放儲存的電能，提供持續(xù)穩(wěn)定的電力輸出。

除此之外，也可將動力儲存技術應用于風能電力系統(tǒng)之中，通過將風能轉化為機械能來儲存能量。例如，風力發(fā)電系統(tǒng)可以將多余的電力用來帶動液壓發(fā)電機抽取水，把水儲存在高處的水庫中，當需要輸出電力時，水可以從水庫中釋放，通過液壓機轉化為電能。相對而言，一些山區(qū)或者水資源豐富的地區(qū)風能電力系統(tǒng)中更適合應用動力儲能技術，可切實有效地解決能量存儲問題[4]。

3.2.2 光伏電力系統(tǒng)中儲能技術的應用

光伏電力系統(tǒng)主要是通過合理利用太陽能電池將太陽能轉化為電能，并且將電能轉化為直流電，從而滿足實際需求。將儲能技術應用于光伏電力系統(tǒng)之中，主要是在該系統(tǒng)內電池輸出功率產生波動時，通過運行儲能系統(tǒng)來為光伏電力系統(tǒng)提供瞬時功率，促使該系統(tǒng)保持平穩(wěn)的運行狀態(tài)。為了確保儲能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮作用，相關工作人員在具體進行光伏電力系統(tǒng)安裝過程中應當采用化學儲能技術，也就是通過鉛酸電池或者鋰電池儲能方式來設置儲能系統(tǒng)，以便提高該系統(tǒng)的安全性、可靠性及規(guī)范性。

需要特別注意的是鉛酸電池儲能設置時，相關工作人員應明確電池的正負極構成，將負極視為酸性蓄電池、正極視為二氧化鉛蓄電。之后利用電磁流的運行路徑，將陰離子、陽離子分別放入負極、正極中，陰、陽離子經過長時間的負載，精準展現(xiàn)出對應的點和流動方向，相應地可大大提高強酸儲能的放電效果。

3.2.3 機械發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術的應用

保障機械發(fā)電系統(tǒng)良好運行的關鍵點是合理地進行機械能與電能的轉換。無論是從機械能轉化為電能，還是電能轉化為機械能，要想提高能量循環(huán)質量，在機械發(fā)電系統(tǒng)中需要科學合理地應用物理儲能技術，也就是壓縮空氣儲能。為了保障壓縮空氣儲能效果良好，需要相關工作人員能夠熟練掌握各種設備的用途，包括電動機、壓縮機、發(fā)電機，等等。然后根據(jù)相關規(guī)范要求及實際情況，科學合理地進行各種設備的設置，從而提高整體運行效果。

3.3 儲能技術在新能源電力系統(tǒng)中的應用前景

在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念指導下，未來我國將大力發(fā)展新能源電力系統(tǒng)，促進電力行業(yè)持續(xù)且良好發(fā)展。目前，就新能源電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢及儲能技術應用實際情況來看，未來將開發(fā)具有高能量密度、高功率的多元化電力儲能系統(tǒng)，將超級電容與儲能電池相結合；還要重點解決協(xié)調控制問題、優(yōu)化配置問題等，以便新能源電力系統(tǒng)在電力儲能系統(tǒng)的輔助下高效且穩(wěn)定運行。

綜上所述，新時期我國電力行業(yè)正處于轉型升級的關鍵時期，需要從傳統(tǒng)發(fā)電逐步向新能源發(fā)電轉變，以便促進該行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。但從近些年我國新能源電力系統(tǒng)開發(fā)與應用的實際情況來看，雖然已經取得顯著成效，但依舊存在一些有待解決的問題，比如風電并網的功率不穩(wěn)定，等等。對此，應當根據(jù)新能源電力系統(tǒng)的實際需求，將儲能技術有效應用于風能電力系統(tǒng)、光伏電力系統(tǒng)或機械發(fā)電系統(tǒng)之中，良好地進行新能源發(fā)展，助力電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。