儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】在電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)，也是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段，可以為人們提供更加穩(wěn)定的電力供應(yīng)，滿(mǎn)足人們對(duì)電力資源的需要。為此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，并根據(jù)電力企業(yè)的實(shí)際情況以及電力資源的特點(diǎn)，選擇合理的儲(chǔ)能技術(shù)，從而有效地對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)備。本文對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】?jī)?chǔ)能技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用

儲(chǔ)能技術(shù)目前發(fā)展朝著高效、能量高密度、應(yīng)用低成本三個(gè)方面發(fā)展。關(guān)鍵技術(shù)的突破和發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步提高電能質(zhì)量，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用，可以更好地服務(wù)清潔能源，減少某些新能源所固有的間歇性和波動(dòng)性，減輕新能源并網(wǎng)時(shí)給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊。

一、電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀

1、壓縮空氣蓄能電站。采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)峰，將剩余電力壓縮空氣儲(chǔ)存在7.5MPA的典型高壓的密封環(huán)境下，利用高峰時(shí)釋放的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電，這就是壓縮空氣蓄能電站。燃?xì)廨啓C(jī)消耗2/3燃料，節(jié)省1/3的燃料。CAES儲(chǔ)氣庫(kù)的安全系數(shù)很高、反應(yīng)速度快，可用于調(diào)節(jié)峰谷電能、調(diào)頻率、發(fā)電系統(tǒng)備用以及分布式儲(chǔ)能等?，F(xiàn)在以水封恒壓儲(chǔ)氣站最為穩(wěn)定。100MW級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)在采用渠式超能熱管技術(shù)時(shí)，可達(dá)到90%的系統(tǒng)換能效率。

2、飛輪蓄能系統(tǒng)。軸承支撐系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、高速飛輪和真空泵等設(shè)備構(gòu)成飛輪蓄能系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷是谷值時(shí)，工頻電網(wǎng)將提供電能驅(qū)動(dòng)飛輪高速飛轉(zhuǎn)，并將這動(dòng)能產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存下來(lái)，實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。飛輪的儲(chǔ)能功率密度一般在5kw/kg以上，20wh/kg以上的能量密度，并且使用壽命長(zhǎng)，一般在-40℃～50℃環(huán)境下工作。儲(chǔ)能飛輪在近年發(fā)展進(jìn)步較大，主要體現(xiàn)在超導(dǎo)磁懸浮軸承、高強(qiáng)度碳素纖維和大功率電力電子變流技術(shù)。同時(shí)機(jī)械式飛輪系統(tǒng)也有很大發(fā)展，已形成系列產(chǎn)品。

3、抽水儲(chǔ)能電站。抽水蓄能電站要有上、下游兩個(gè)水庫(kù)進(jìn)行配合才能運(yùn)轉(zhuǎn)，讓抽水儲(chǔ)能設(shè)備在低谷時(shí)段保持在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，并將下游的水抽到上游的水庫(kù)，同時(shí)使得抽水儲(chǔ)能設(shè)備在高峰時(shí)可以利用上游的水進(jìn)行發(fā)電。抽水儲(chǔ)能電站有混合抽水、純抽水和調(diào)水式抽水三種類(lèi)型。這些抽水蓄能電站的特點(diǎn)是發(fā)電的庫(kù)容大、很少滲漏、建站地點(diǎn)的水頭高以及輸水管道較短等。電力系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)用到抽水儲(chǔ)能這項(xiàng)技術(shù)，主要是用于調(diào)頻、調(diào)峰填谷、緊急事故備用和提供備用容量，并且可以使核電站和火電站的運(yùn)行效率提高。

4、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過(guò)電池的正負(fù)極氧化還原來(lái)充放電就是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要工作。雖然鉛酸電池在高溫下使用期限比較短，其與鎳鎘類(lèi)電池很相似，比功率和比能量都較低，但是以其低廉的價(jià)格、較可靠和成熟的技術(shù)得以在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。鎳鎘類(lèi)電池的儲(chǔ)電能力不高，并且會(huì)帶來(lái)重金屬污染已被限用。

5、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)采用超導(dǎo)體線圈進(jìn)行儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，不需要進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)換，速度快，在實(shí)時(shí)大容量交換方面有優(yōu)勢(shì)，并且可以補(bǔ)償電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)在很大程度上可以支撐輸配電網(wǎng)電壓、補(bǔ)償功率、調(diào)節(jié)頻率以及提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種系統(tǒng)適用于在液氮溫區(qū)使用的MJ系統(tǒng)，可以很好地解決關(guān)于高場(chǎng)磁體繞組力學(xué)的支撐問(wèn)題。

二、儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、電池儲(chǔ)能的應(yīng)用

（1）發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可提高大規(guī)模風(fēng)/光發(fā)電的安全并網(wǎng)運(yùn)行能力，其容量配置需結(jié)合運(yùn)行方式和應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)目前的示范工程，平滑風(fēng)電瞬間功率波動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量一般為風(fēng)電的20%～30%；按計(jì)劃保持小時(shí)級(jí)穩(wěn)定功率輸出的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量一般為風(fēng)電的60%～70%。因此，大規(guī)模風(fēng)/光發(fā)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的典型容量為幾十MW以上，存儲(chǔ)時(shí)間為幾十分鐘至幾小時(shí)。通過(guò)升壓變，接入35kV及以上的輸電線路。（2）輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可充分利用現(xiàn)有的電網(wǎng)資源，提高輸電線路輸送能力和效率，降低輸電成本，還可以通過(guò)頻率、有功/無(wú)功控制提高輸電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。輸電側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)用作調(diào)頻調(diào)峰電站，容量為幾十MW，存儲(chǔ)時(shí)間為0.25～4h。儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)35kV或110kV電壓等級(jí)線路接入電網(wǎng)，并網(wǎng)運(yùn)行。（3）變電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以顯著提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，減小電網(wǎng)供電峰谷差。變電側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般以削峰填谷模式運(yùn)行，容量較大（功率至少為MW級(jí)），存儲(chǔ)時(shí)間4～8h。變電側(cè)的儲(chǔ)能裝置一般在35kV或110kV變電站的10kV母線上接入，并網(wǎng)運(yùn)行。

2、蓄電池和超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用。根據(jù)目前超級(jí)電容器與蓄電池的物理特性進(jìn)行分析，這兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)在技術(shù)特性方面具有一定的互補(bǔ)性。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度較大，循環(huán)壽命較短，功率密度小，放電和充電效率低，對(duì)放電和充電過(guò)程敏感，頻繁充放電和大功率充放電方面較差。然而，與之特性相反的超級(jí)電容器能量密度較低，現(xiàn)在還不適合在電力系統(tǒng)中進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。但是，如若把蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和超級(jí)電容器同時(shí)應(yīng)用，將超級(jí)電容器功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)與蓄電池能量密度大等特性相結(jié)合，會(huì)有效地增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能。

3、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

（1）提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源接納能力。風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電具有間歇性特點(diǎn)，可再生能源的大規(guī)模接入給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。飛輪儲(chǔ)能與風(fēng)力發(fā)電相配合供電，可以避免啟動(dòng)時(shí)的短時(shí)停電，減少啟停次數(shù)，提高風(fēng)能利用效率，降低發(fā)電成本和電價(jià)。

（2）提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)的絕大多數(shù)穩(wěn)定問(wèn)題是暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)儲(chǔ)能裝置需求的特點(diǎn)是瞬間功率大、持續(xù)時(shí)間短。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)可靈活調(diào)控的有功源，主動(dòng)參與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，并能在擾動(dòng)消除后縮短暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。采用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的電站可以滿(mǎn)足需求，利用其快速調(diào)節(jié)特性，可以在同樣容量下獲得雙倍的調(diào)節(jié)效果。

三、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、低成本與高效快速儲(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。目前，大規(guī)模應(yīng)用與推廣儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要難題在于其成本太高，因此，成本的降低與能量轉(zhuǎn)換效率的提高是儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重要方面之一。儲(chǔ)能技術(shù)在改善電能質(zhì)量和增強(qiáng)微電網(wǎng)穩(wěn)定性的應(yīng)用過(guò)程中，電能的釋放和存儲(chǔ)速度是控制的關(guān)鍵。

2、不同儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合應(yīng)用。不同的微電網(wǎng)儲(chǔ)能方法都有其各自的局限性和缺點(diǎn)，而如果要對(duì)其自身的固有技術(shù)特性進(jìn)行改良會(huì)在成本上付出巨大代價(jià)。所以，結(jié)合各種不同儲(chǔ)能方式的特性進(jìn)行混合應(yīng)用就能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，更加充分地發(fā)揮不同儲(chǔ)能方式所具有的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到功率和能量等各個(gè)方面的要求，與此同時(shí)還能夠把儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命有效延長(zhǎng)，這也是電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域研究與發(fā)展的新熱點(diǎn)。

3、大力發(fā)展液流電池儲(chǔ)能。液流儲(chǔ)能系統(tǒng)目前已經(jīng)擁有釩溴、全釩、多硫化鈉/溴等諸多體系。液流儲(chǔ)能系統(tǒng)的電化學(xué)極化非常小，其中全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)具有較大的儲(chǔ)能容量和較高的能量效率、能夠完成快速放電和充電、可100%深度放電、有效壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)勢(shì)。全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)商業(yè)化運(yùn)作，可以有效平滑波動(dòng)的風(fēng)電功率。作為與其配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)，氧化還原液流電池由于具有成本低、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)前景較為廣闊。

總之，隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源使用的日益普及，以及電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)可靠性和改善電能質(zhì)量的迫切需求，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性日益凸顯。因此，電力儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。

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