儲能技術在新能源電力系統中應用研究

摘要：深入研究儲能技術在新能源電力系統中的應用策略，將極大促進電力系統穩定性的提升，具有重要的研究價值。儲能技術能夠優化電網運行配置、調節電力系統的運行、提供應急電源保障，其對于新能源電力系統的建設具有重要意義。在儲能技術的選擇與應用時，應準確把握不同儲能技術的特點與局限性，根據新能源電力系統的使用需求，靈活進行選擇。

關鍵詞：儲能技術新能源光伏發電系統電力系統光熱發電

ResearchontheApplicationofEnergyStorageTechnologyinNewEnergyPowerSystems

SHENHongda

HangzhouXiaoshanDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridZhejiangElectricPowerCo.，Ltd.，Hangzhou，ZhejiangProvince，311201China

Abstract：In-depthresearchontheapplicationstrategyofenergystoragetechnologyinnewenergypowersystemwillgreatlypromotetheimprovementofpowersystemstability，whichhasimportantresearchvalue.Energystoragetechnologycanoptimizetheoperationconfigurationofpowergrid，regulatetheoperationofpowersystem，andprovideemergencypowersupplyguarantee，whichisofgreatsignificancefortheconstructionofnewenergypowersystem.Whenselectingandapplyingenergystoragetechnologies，itisnecessarytoaccuratelygraspthecharacteristicsandlimitationsofdifferentenergystoragetechnologies，andmakeflexiblechoicesaccordingtotheusedemandofnewenergypowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Newenergy;Photovoltaicpowergenerationsystem;Powersystem;Photothermalpowergeneration

在新能源電力系統中，儲能技術的應用可實現電力系統發電中化石原料的最大化節約，以此來達到優越的節能效果。太陽能和風能等新能源都屬于清潔能源，在具體應用中并不會產生對自然環境具有危害的有毒、有害物質，這樣便可達到良好的環保效果，讓電力系統的生產和運行實現環保性能的顯著提升。隨著新能源電力系統儲能技術的應用，社會也將會更加深入地研究新能源方面的相關技術，這對電力系統中的新能源及其儲能技術發展將會起到非常積極的推動作用，并進一步帶動新能源電力系統的良好運行與發展，為電力行業帶來更大的經濟效益，以此來有效促進電力行業的良好發展。

1儲能技術的主要類型

1.1物理儲能技術

物理儲能技術通過物理過程將能量儲存起來，并在需要時釋放。常見的物理儲能技術包括壓縮空氣儲能、抽水蓄能和重力儲能。

壓縮空氣儲能將電能轉化為壓縮空氣并將其儲存在儲氣罐中，當需要釋放能量時，壓縮空氣被釋放并驅動渦輪機發電。其適用于需要大容量儲能的場景，如電力系統的峰谷填平或是備用能源。

抽水蓄能是利用水力勢能的變化來儲存并釋放能量，在能量充裕時，水被抽到高處的水庫中儲存勢能，需要釋放能量時，水被釋放并通過渦輪機發電。其具有高效性與靈活性，且對環境的影響較小，適用于山區地形或是水資源豐富的地區。

重力儲能是利用物體的高度變化來儲存并釋放能量，常見的應用是通過將重物提升到高空儲存勢能，釋放能量時，重物下降并驅動發電機發電。其優點是儲能效率高且無污染，但會受到地形及土地利用的限制。

不同的物理儲能技術具有各自的特點及其適用的場景，需根據具體需求與條件選擇合適的技術進行應用[1]。

1.2電磁儲能技術

電磁儲能技術是利用電磁場存儲或釋放能量。電磁儲能技術包括超級電容器和超導磁能儲存系統。

超級電容器利用電場和電荷的存儲來儲存能量，具有快速充放電、長周期壽命且高能量密度等優點，適用于短時高功率需求的場景，如常見的電動車輛的動力輸出或電網的頻率調節。

超導磁能儲存系統是利用超導體的零電阻特性與磁場的存儲能量來實現高效儲能，將電流通過超導線圈形成磁場，將能量存儲在磁場中，釋放能量時，磁場的能量轉化為電能。其優點是高效率、長周期壽命且大容量，適用于大規模能量儲存或輸送的場景，如電網的儲能或恒定功率的輸出。

電磁儲能技術高效、環保且可靠，能滿足不同場景的能量存儲需求，然而，其也存在一些挑戰和限制，如超級電容器的能量密度相對較低，超導磁能儲存系統的制冷需求再或者是成本方面較高等。但隨著技術的不斷進步及成本的降低，電磁儲能技術將在未來發揮越來越重要的作用，推動清潔能源的發展與電力系統的智能化。

1.3化學儲能技術

化學儲能一般采用電池作為能量存儲裝置，通過正負極發生氧化還原反應進行充放電，通過電能和化學能的相互轉化來存儲能量，是目前應用最廣、發展最成熟的新能源電能存儲技術。隨著電池能量存儲技術的發展，電池的類型也越來越多。與其它類型的能量存儲技術相比，化學能量存儲技術在能量轉換率、電能容量、技術成本等諸多方面都有著巨大的優勢。鋰離子電池的能量轉化效率最高，達到了85%左右，并且具有更高的能量密度，該電池還具有低成本、低碳環保、可回收利用的優點，但尚未形成工業化和規模化的發展[2]。

1.4相變儲能技術

相變儲能技術利用相變材料的吸熱和放熱來儲存能量，其能量密度高，且結構簡單，可靈活調節，方便使用和管理。其中，電儲熱技術是通過水和金屬的儲熱特性來實現技術的運用；水的儲熱技術是以水為媒介來儲存熱能，該技術方便運營和管理，投資也比較小；金屬的儲熱技術是以金屬為媒介來儲存熱能，通過金屬的固態和液態的狀態轉變來儲存熱量，具有高溫、高導熱等優點。

相變儲能裝置主要由相變儲能器件、換熱介質和換熱裝置3部分構成。其中，相變儲能器件是一種可容納相變儲能的器件，可有效地抵抗相變時的熱、壓變化。而熱傳輸媒介在儲存和釋放能量的過程中一般是通過液體的循環進行的。熱傳遞裝置由一個加熱裝置和一個冷卻裝置組成，該裝置用來提供熱源并吸收熱。在儲能的過程中，相變材料吸熱并進行相變，把熱能轉換成相變存儲。在釋放能量時，相變材料又通過放熱恢復到原來的狀態。在此基礎上，開展儲能系統的儲能密度、能量轉化效率、循環壽命等性能測試，并對其進行優化設計，改善其儲能器性能。

2新能源電力系統中儲能技術的應用實踐

2.1超導儲能技術的應用

新能源電力系統建設超導儲能站，用于儲存風能、光能等新能源電力過剩時的電能，這些儲能站通過超導磁體將電能轉化為磁能，并在需要時釋放磁能，將其轉化回電能供電。超導儲能技術平滑新能源電力系統中能源的波動。例如：在太陽能與風能等能源波動時，超導儲能系統快速地吸收或釋放能量，保持電網的穩定性及可靠性。超導儲能技術具有快速響應的特點，能在毫秒級別內完成能量的儲存與釋放，使新能源電力系統更快速地應對電網負荷變化與能源波動，提高電網的響應速度。超導儲能系統能作為備用電源，在電網發生故障或突發事件時提供持續的電力支持，其快速響應及高能量密度的特點使其成為應對緊急情況的高手。超導儲能技術還具有高效率、低能量損耗的特點，幫助新能源電力系統提高能源的利用效率，減少能源的浪費，降低系統的運行成本[3]。

2.2在光伏發電系統中的應用

隨著全球對清潔能源的需求越來越高，光伏發電系統逐漸成為新能源電力系統中不可或缺的一部分。然而，與風力發電系統一樣，光伏發電系統也存在著波動性和間歇性的問題。針對光伏發電系統的波動性和間歇性，物理儲能技術也是一種常見的解決方案。具體而言，物理儲能技術可以利用儲水能或壓縮空氣等方式來儲存光伏發電的多余電能，以便在需要時進行釋放，如圖1所示。儲水能技術可以利用水庫、水塘等儲水體系，將光伏發電的電能轉換成水能進行儲存，在需要時，通過水力發電進行釋放。而壓縮空氣儲能則是將光伏發電的電能轉換為壓縮空氣進行儲存，在需要時，通過逆向發電機將壓縮空氣轉換為電能。電磁儲能技術和化學儲能技術也可以應用于光伏發電系統中。電磁儲能技術可以使用超級電容器或電池等設備儲存電能；化學儲能技術則可以使用燃料電池將光伏發電的電能轉換成化學能進行儲存。相變儲能技術則可以利用蓄熱式儲能技術，將光伏發電的電能轉化成熱能儲存。

在優化措施方面，提高儲能系統的容量、儲能效率和儲能周期等參數是提高光伏發電系統可靠性和穩定性的關鍵因素。在容量方面，需要確保儲能系統的容量能夠滿足光伏發電系統的峰值負荷需求；在儲能效率方面，需要盡可能地提高儲能系統的能量轉化效率，降低能量損失；在儲能周期方面，則需要確定儲能系統的充放電周期，以便在需要時進行釋放。此外，預測和控制光伏發電的產生和消耗情況也是優化措施的重要手段。通過利用天氣預報等信息，可以預測光伏發電的產生和消耗情況，以便根據需求和供給的差異進行儲能或釋放。同時，可以利用智能控制技術，通過控制儲能系統的充放電周期和放電功率等參數，來實現對光伏發電系統的優化控制，以提高系統的可靠性和穩定性。除了針對儲能系統本身的參數進行優化，還可以針對儲能技術本身的特點和性能，采取一些措施來提高其性能和可靠性。針對儲水能技術，可以改善水庫的水位控制和泄洪設施等手段，提高儲水能技術的穩定性和安全性。對于壓縮空氣儲能技術，可以采用地下儲氣庫等方式，以提高儲能效率和可靠性。對于電池等電磁儲能技術，則可以通過提高電池的循環壽命和降低自放電率等方式，提高儲能效率和儲能密度。對于化學儲能技術，則可以針對燃料電池的穩定性和壽命進行優化，以提高其可靠性和效率[4]。

2.3在光熱發電系統中的應用

由于太陽能輻射的不穩定性和變化性，光熱發電系統在穩定性和經濟性方面存在一定的問題。因此，為提高光熱發電系統的經濟性和穩定性，可以引入儲能系統。在光熱發電系統中，常見的儲能技術包括相變儲能和蓄熱儲能等。

相變儲能利用物質相變時釋放或吸收的潛熱來儲存和釋放熱能，這種技術被廣泛應用于光熱發電系統中。蓄熱儲能可以通過儲存太陽能輻射產生的熱能來提高光熱發電系統的效率和穩定性。例如，通過在集熱器中引入相變材料，當太陽能輻射較強時，集熱器中的相變材料吸收熱能并發生相變，將多余的熱能儲存起來；當太陽能輻射較弱時，相變材料會釋放儲存的熱能，保持集熱器的溫度穩定，從而提高光熱發電系統的效率和穩定性。

2.4在機械發電系統中的應用

機械發電系統是將機械能轉化成動能，再將獲得的動能轉化成電能。相比于風能電力系統與光伏電力系統，機械發電系統需要經過兩道能量轉化操作，在能量轉化過程中，能量循環質量會對最終電能轉化效率產生直接影響。在機械發電系統中應用儲能技術，可以優先考慮物理儲能領域的壓縮空氣儲能，其在提升機械發電系統的電能儲存質量方面有良好效果。若想達到高效率壓縮空氣儲能目標，則需要對壓縮機、渦輪機等機械設備的工作原理、應用模式進行詳細分析[5]。

3結語

儲能技術具有雙向功率特性和靈活調劑能力，可實現能源“斷點續傳”，支撐能源和信息的實時交互，有效改善新能源波動性、電網調峰調頻能力不足，是構建以新能源為主體的新型電力系統的關鍵環節。面對儲能蓬勃發展態勢，要以技術創新為基礎，加快布局前瞻性、系統性、戰略性儲能關鍵技術攻關，堅持儲能技術多元化發展。總之，儲能技術是電力系統快速發展的關鍵技術。隨著科技水平的發展，我們對儲能技術的研究也將不斷深化，儲能技術也將不斷完善，從而推動電力行業的持續發展和進步。

參考文獻

[1]朱曉綱，于佳琪，李勇，等.基于暫態能量辨識的含規模化儲能的新能源電力系統暫態穩定控制方法[J].智慧電力，2024，52（5）：82-89.

[2]郝麗麗，蔡雅琪，王正風，等.計及運行規劃收益補償的電能量市場儲能報量報價策略[J].電力自動化設備，2024，44（5）：36-43，72.

[3]劉春雨.太陽能光熱電站儲能系統熱性能研究及技術經濟分析[D].西安：西安理工大學，2023.

[4]楊旭生.新能源并網及儲能技術分析[J].新疆有色金屬，2023，46（6）：96-97.

[5]張鵬，周建波，郭愷超.新能源電力系統中的儲能技術[J].中國設備工程，2023（5）：219-221.