電力系統中的儲能技術及其應用前景

［關鍵詞］電力系統；儲能技術；應用前景

［中圖分類號］TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0086–03

傳統的供電模式是以供需平衡為基礎的供電，這種方式可以保障電力系統的穩定性，但對煤炭等不可再生資源的依賴相對較高，不僅造成環境污染問題，而且也不利于國家的可持續發展。新能源的發展可解決以上問題，但其大規模接入會打破傳統供電的平衡，并會導致較大的諧波，進而影響電力系統正常運行，影響供電質量。儲能技術的應用，可以有效解決新能源并網的問題，保障電力系統穩定性的同時，也為實現可持續發展助力。

1儲能技術概述

儲能技術是將電能暫時儲存起來，并在需要時釋放出來，供使用的一種新技術。其本質是通過對電能進行處理，進而實現電能在時間段與空間點方面的轉移，從而提高電能供給的質量，更好地匹配能源供給與需求的時間差。在傳統電力系統中，幾乎無需使用該技術，所以該技術的產生與應用，主要為了更好應對新能源的使用問題。

2電力系統中的儲能技術種類

2.1機械儲能

2.1.1壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能的核心是將電能轉化成空氣的壓力，進而實現電能的轉化與儲存。在電網負荷低谷期，通過壓縮空氣儲能可以實現對空氣的高壓儲存，而在用電高峰期，則可以釋放電能，使其通過推動渦輪機或發動機運轉，實現電能的快速轉化。壓縮空氣儲能工作原理如圖1所示。壓縮空氣儲能裝置的種類如圖2所示。壓縮空氣儲能技術具有儲能規模靈活、運行周期長、無污染等特點，與當下我國“雙碳”的發展理念相契合，但該技術的儲能效率相對較低，其轉化率也存在不足，在儲能中會導致大量的能量損失。

2.1.2抽水儲能

抽水儲能是將電能轉化成水的勢能，進而實現對電能的儲存與利用。相較于壓縮空氣儲能來說，該模式的能量轉化率更高，在70%～85%。在具體使用的過程中，需要在上下游都設計相應的水庫，在出現電力負荷低谷的過程中，可以快速將水資源抽送到上游，而在用電峰值時，將上游水庫中的水釋放到下游。近些年來，我國在抽水儲能方面的投入不斷增加。該技術具有儲能量大、能量轉化效率高等優勢，但其也存在前期投入量大、選址困難等問題。所以近些年來，我國加大了在水利工程施工方面的建設力度，水利工程的建設與抽水儲能的設施更為契合，降低建設成本的同時，也實現了對電能的高效利用，使得該儲能技術在使用中具有獨特優勢。

2.1.3飛輪儲能

飛輪儲能是將電能轉化成輪子旋轉的動能，將其儲存到系統中。在儲存能力中，飛輪的轉速加快，而在釋放能量后，飛輪的旋轉速度減慢。飛輪儲能實現了技術的創新，其是創造一個真空的環境，然后通過磁力懸浮的方式，讓輪子在真空罩內快速轉動，其轉動速度可高達50000r/min，以此實現電能的儲存。相較于其他儲存模式來說，該儲存的能量儲存速度非常快，甚至可以在幾分鐘之內達到所需要的速度。而且，結合飛輪儲能技術的特點可知，其瞬時性的特點應用于電力系統，可以實現瞬態功率平衡的目的，所以其更適用于高速、瞬間儲能的場景，而且該技術的電能消耗也相對較少，可以實現80%以上的電能轉化。其能量儲存的密度，可以通過轉子的幾何形狀及材料屬性等進行計算出來。對于單一材料，各向同性轉子這種關系可表示為：

式中，E為轉子動能，m為轉子的質量，σ為材料的拉伸強度，K為轉子的幾何形狀系數，ρ為材料的密度。

通過式中的方式進行計算，即可算出飛輪儲能的上限。

2.2電化學儲

能電化學儲能是指通過化學反應的方式來進行能量的儲存，簡單來說，就是通過電池的方式，進行能量的儲存。常見的電化學儲能包括鋰離子電池、鉛酸電池及燃料電池等。文章以鋰離子電池為例。鋰離子儲能是電化學儲能的重要組成部分，其主要是通過鋰離子在正負電機中來回移動的方式，來實現充放電反應。該技術具有使用壽命長、儲存能力高等優勢，在汽車、手機等行業得到了廣泛應用。在新能源快速發展的當下，科學家也提出了眾多電能儲存的方式，其中雙向互動模式下有序充電也是其所提出的重要設想。由于新能源汽車都是蓄電池，而該模式就是借助新能源汽車的作用，在電網有多余的電量時，可以通過車輛進行儲存，而在電網壓力重時，可以讓車輛放電以供人們用電，進而減輕電網的負擔。但該模式忽略了電池的損耗，所以在電瓶具有更高效能之前，該模式的應用存疑。

2.3電磁儲能

電磁儲能的核心是將電能轉化成電磁。常見的電磁儲能包括超導磁體儲能與超級電容儲能。

2.3.1超導磁體儲能

超導磁體儲能是以超導材料為基礎，通過與電網相連接，通過變流器供電勵磁，在線圈內產生磁場，進而實現能量儲存。1911年，荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯發現，汞在溫度4.2K以下，其電阻為零，而且許多材料在特定的溫度下，都會失去其原有的特性，該發現也成為超導磁體儲能的核心。在特定材料的作用下，超導磁體儲能可以實現高達90%的轉化率。超導磁體儲能主要是由低溫容器、制冷裝置、變流裝置等部件組成。超導儲能系統控制及功率線路布局如圖3所示。該技術具有響應速度快、無污染等優勢，而且在實際使用的過程中，具有穩定的輸出效果，所以將該儲能技術應用于電力系統，可以有效提高電力系統的服務質量。

2.3.2超級電容儲能

超級電容儲能是以多孔材料為電極，通過正負電荷層的方式，形成充電、放電的高靜電電容器。相較于傳統的電容器來說，該電容器不僅具有更強的耐壓能力，而且還具有較強的儲存能力，進而實現電力快速釋放的效果。而且相較于傳統的儲能技術來說，該技術還具有較強的性能優勢，可以重復實現重放10萬次以上，安全、耐用，是一種高性能的超級電容器。相較于傳統的蓄電池來說，該模式具有功率密度大、放電效率高等優勢，更重要的是其對維護的要求更低，而且可靠性也非常高，在微電網及電動汽車等領域中，具有較號的發展前景。

3儲能技術在電力系統中的應用

3.1微電網

微電網是一個小型的發電系統，不僅可以實現自我維護、管理等，而且還可以與電網并網。在部分供電能力不足的區域，通過微電網的獨立供電，可以保障供電的穩定性與安全性。相較于電力系統，微電網可以對分布式電源進行就地消化與利用，有效避免了新能源等并網后所產生的問題，是保障電力系統安全、可靠的重要技術。而通過將其接入供給側，還可以實現供給側的管理，為實現資源價值的最大化助力。

3.2可再生能源電站

儲能技術的應用有效解決了傳統新能源發電的問題，而且其實現了能源時間與空間點的轉移，這也為可再生能源電站的建立提供了保障。在供電的過程中，可以結合用戶的實際需求，實現跟蹤計劃調度，提高電網可控性的同時，還可以提高并網的友好性。

4結束語

儲能技術的應用不僅讓新能源并網成為可能，而且還實現了資源的合理利用，對于推動我國電力系統的發展有著重要的作用，符合當下居民對電網高服務質量的需求。但當下許多儲能技術仍存在一些問題，仍需要加大對儲能技術的研究，并不斷探索應用的新方向，進而為推動社會經濟的良好發展助力。