儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用

楊光

【摘 要】近年來，資源短缺形式日益嚴峻，推動了新能源的發(fā)展進程，其發(fā)電規(guī)模逐漸擴大。伴隨著供電需求和電網負荷的逐漸增加，對電網工作提出了更為嚴格的要求，電網調控和監(jiān)管工作也隨之變得更加復雜。儲能技術被廣泛地應用在電網運行中，并成為電網運行的重要環(huán)節(jié)。本文先對儲能技術進行概述，然后簡單介紹了較為常用的電力儲能方式，最后探討了儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的具體應用，希望能為電網建設提供一定的參考。

【關鍵詞】儲能技術；電力系統(tǒng)；穩(wěn)定控制；應用

為更好地滿足我國供電需求，加大了在電力儲能技術方面的研究，并結合我國能源特點，指明了電力儲能技術的發(fā)展方向。現(xiàn)階段，儲能技術得到了世界范圍內各個國家的廣泛關注，并被大面積應用在能源、交通和電力等領域。電能可以化學能、動能等形式進行存儲，依照實際存儲方式可將其劃分成物理、電化學、相變和電磁這四種儲能方式，且每一種儲能方式仍可細分。筆者將結合自身工作經驗，粗略研究儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用。

1.儲能技術概述

在電力系統(tǒng)中，儲能技術貫穿全程，它能夠進一步滿足日益增長的供電需求，還能充分利用電網設備，提升電網運行效率。儲能系統(tǒng)的大面積應用不僅能夠優(yōu)化正在使用的電力系統(tǒng)建設模式，還能有效利用電網的整體資產。儲能技術參照能量類型可將其劃分成石油等基礎燃料、氫氣等中級燃料、電能和后續(xù)消費能量這四種存儲方式，本文將著重探討電能存儲，參照能量存儲形式，可將其劃分成物理和化學這兩種儲能。因儲能技術位居較高的戰(zhàn)略地位，且技術含量較高，因此，世界范圍內越來越多的國家加入到儲能技術的研究行列。其中日本編制了具體的儲能技術發(fā)展路線；美國能源部也針對現(xiàn)代電池撰寫了相關技術報告，我國也意識到儲能技術的重要地位，并將其逐漸應用在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中。

2.常見的電力儲能形式

2.1超導儲能

超導儲能的工作原理為：借助超導體性質編制成線圈完成磁場能量儲存，無需將其轉換成能源便可完成功率傳輸。超導儲能具有高轉換效率、較大的比容量和比功率，可進行大容量能量轉換，還能進行電力系統(tǒng)的實時功率補償。

2.2飛輪儲能

碳纖維和玻璃纖維復合材料共同構成了飛輪，其工作原理為：將電能轉化成機械能的形式進行存儲。飛輪儲能系統(tǒng)使用壽命較長、制造周期較短。另外，飛輪儲能系統(tǒng)還能被沒有限制地進行充電，且可快速充電，基本上不存在環(huán)境污染。然而，該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比維護經費較高。

2.3電池儲能系統(tǒng)

電池儲能系統(tǒng)的工作原理為：借助正負極的化學反應完成充放電，鉛酸、鎳鉻、鋰、鈉硫是較為常用的電池儲能系統(tǒng)，其中鉛酸電池在高溫條件下使用壽命較短，它與鎳鉻電池特性近似，比能量和比功率不高，但經濟，制造成本不高，具有較強的可靠性，技術成熟，近年來被大面積應用在電力系統(tǒng)中，現(xiàn)階段儲能容量為20MW；鎳鉻電池工作效率較高，循環(huán)使用壽命較長，然而其容量隨著充放電次數(shù)的增加逐漸減少，仍需進一步增強其荷點保持能力，因該電池中存在重金屬，對其使用具有嚴格的限制；鈉硫電池作為一種新型儲能電池，擁有廣闊的發(fā)展前景。

3.儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著電力系統(tǒng)的運行質量，也決定著電力系統(tǒng)運行效率，本文將著重探討幾種常用儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用。

3.1電池儲能的應用

3.1.1發(fā)電環(huán)節(jié)

電池儲能系統(tǒng)可有效增強風能或者光能發(fā)電中電網運行能力，具體的容量分配應緊密結合具體的運行模式和應用目標展開計算。通常風能或者光能發(fā)電場中的容量在幾十MW之上，存儲時間一般在幾十分鐘和幾個小時之間。

3.1.2輸電環(huán)節(jié)

電池儲能系統(tǒng)可最大限度地利用現(xiàn)存的電網資源，增強輸送能力，提高輸電線路的工作效率，節(jié)省輸電成本，還能憑借頻率、功率控制來增加輸電網運行安全性和穩(wěn)定性。一般使用調頻調峰電站充當儲能系統(tǒng)，其容量在幾十MW，存儲時間在幾十分鐘和幾個小時之間。

3.1.3變電環(huán)節(jié)

電池儲能系統(tǒng)可有效增加電網運行安全性和穩(wěn)定性，縮減電網供電峰谷差。位于變電端的儲能系統(tǒng)通常采用削峰填谷模式，容量在MW，存儲時間一般在四小時和八小時之間。

鉛酸蓄電池系統(tǒng)是電池儲能系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)可應用在發(fā)電廠、變電站中，發(fā)揮備用電源的作用，使用多年，效果良好。該系統(tǒng)在保障電力系統(tǒng)日常、安全運行中發(fā)揮著重要的作用，有效增加了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.2飛輪儲能技術

3.2.1增強電網對再生能源采用收能力

分析發(fā)電以及光伏發(fā)電均具備間歇性特征，需要接入大量的可再生能源，這對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出了新的要求。飛輪儲能和風力發(fā)電協(xié)同供電，這種供電模式能夠較好地規(guī)避開啟柴發(fā)暫時性停電現(xiàn)象的出現(xiàn)，縮減柴發(fā)開啟和啟停次數(shù)，充分利用風能，節(jié)省發(fā)電成本，縮減電價。日本、美國等部分地區(qū)均采用了飛輪儲能技術，這不僅能夠有效增加電網穩(wěn)定性，還能降低風電出功波動的影響程度，盡量減小柴油發(fā)電機的出力。

3.2.2提升電網運行水平和增加經濟性

暫態(tài)穩(wěn)定問題是電力系統(tǒng)中較為常見的穩(wěn)定問題，要求儲能裝置應具備較高的瞬間功率且可短時間持續(xù)。飛輪儲能系統(tǒng)是一個能夠靈活調整控制的有功源，自主參與電力系統(tǒng)的動態(tài)行為，且可在消除擾動后減小短暫態(tài)過渡時間，進而在短時間內將系統(tǒng)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。飛輪儲能技術可較好地滿足電站日新月異的需求，憑借其可快速調控的優(yōu)勢，可獲得事半功倍額效果。美國能源部已經建成飛輪儲電站，伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，飛輪儲能技術將更加成熟，將被應用到更廣的范疇中，可增加電網運行經濟性。

3.3蓄電池和超級電容器混合儲能系統(tǒng)

分析現(xiàn)階段超級電容器和蓄電池的物理特征可知，這兩種儲能技術均具有互補性。其中蓄電池儲能系統(tǒng)擁有較大的能量且密度較高，循環(huán)壽命相對較短，功率密度不高，放電和充電效率不高；超級電容器能量不大且密度較低，目前還無法大面積應用在電力系統(tǒng)中。然而，如果將同時應用這兩種系統(tǒng)，取長補短，能夠顯著加強儲能系統(tǒng)的性能。

4.結語

儲能技術在調整能源結構和改變電力生產消費模式中發(fā)揮著重要的作用，它能夠有效解決可再生能源發(fā)電問題，并能提升電網運行效率，還能及時應對電網突發(fā)性故障，改善電能質量，較好地滿足日益增長的供電需求。我們應加大在儲能技術方面的研究，未來儲能技術將朝著更加高效和經濟的方向發(fā)展。緊密結合我國能源分布特征，貫徹落實國家電網格局，加強儲能技術建設，進而優(yōu)化電力系統(tǒng)分配，促進電網的穩(wěn)步、健康發(fā)展。 [科]

【參考文獻】

[1]國家電網公司“電網新技術前景研究”項目咨詢組.大規(guī)模儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用前景分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（1）：3-8，30.

[2]張昊蒙.淺談電力儲能技術及其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應用[J].電子世界，2014，（16）：276-276.

[3]葉季蕾，薛金花，王偉等.儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀與前景[J].中國電力，2014，47（3）：1-5.

[4]袁小明，程時杰，文勁宇等.儲能技術在解決大規(guī)模風電并網問題中的應用前景分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（1）：14-18.DOI：10.7500/AEPS201210050.

[5]方家琨.超導磁儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用研究[D].華中科技大學，2012.