儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

邱 倬（江西誠達(dá)工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西南昌330043）

儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

邱 倬（江西誠達(dá)工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西南昌330043）

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲能技術(shù)，具有積極的現(xiàn)實意義。分析儲能技術(shù)和它在電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況，能夠客觀的反映出目前儲能技術(shù)的發(fā)展水平，也可以發(fā)現(xiàn)哪些因素會制約它在電力系統(tǒng)中的發(fā)展，更是對其未來發(fā)展前景的一種探索。下面我將簡單闡述儲能技術(shù)的內(nèi)涵和原理，以及特點，存在的問題，探討儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況。

儲能技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用；前景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國的智能電網(wǎng)事業(yè)也獲得飛速發(fā)展，通過新能源發(fā)電被廣泛的利用起來。相關(guān)企業(yè)和科研工作者開始意識到儲能技術(shù)的重要性。儲能技術(shù)的類型豐富多樣，可以應(yīng)用到輸變發(fā)用配各個環(huán)節(jié)，不管是它的功率，容量還是技術(shù)和響應(yīng)時間，在性能上都存在差異，應(yīng)用在電力系統(tǒng)中必須根據(jù)實際情況進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，最大化的把儲能技術(shù)的價值發(fā)揮出來。

1 儲能技術(shù)

1.1 類別

按照能量的差別，我們可以把儲能技術(shù)大致劃分為下面幾種類型：①基礎(chǔ)燃料能量的存儲，比如石油，煤和天然氣；②中級燃料能量的存儲，比如煤氣，氫氣，太陽能燃料；③對后續(xù)消費能量的儲存和電能的存儲，比如相變儲能。筆者主要對電能儲存技術(shù)進(jìn)行分析和探討。根據(jù)能量的形式，可以把電能存儲氛圍化學(xué)和物理兩部分，其中物理儲能又能分成電磁場儲能和機(jī)械儲能。

1.2 機(jī)械儲能

1.2.1 抽水蓄能

抽水蓄能的發(fā)電站一般情況下由上下水庫，發(fā)電系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)構(gòu)成，并且下水庫和上水庫之間是有落差的。當(dāng)電力負(fù)荷處于低谷時，可以把下水庫中的水抽入上水庫，通過水力勢能的方式存儲能量；當(dāng)負(fù)荷屬于高峰階段，再把上水庫中的水引入下水庫用于發(fā)電，把水力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這項技術(shù)發(fā)展穩(wěn)定，相對成熟，壽命在30～40年之間，它的儲能容量，規(guī)模還有功率非常大，除了書庫的庫容外，不受其他條件的限制，一般處于100～2000MW范圍內(nèi)。同時，抽水蓄能也存在缺陷，它受制于外在地理條件，建造水庫的地質(zhì)必須符合相關(guān)要求。它的關(guān)鍵技術(shù)具體有工程地質(zhì)技術(shù)，選擇抽水蓄能電站的主要參數(shù)的技術(shù)，抽水蓄能機(jī)組技術(shù)。

1.2.2 壓縮空氣儲能

在燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種新的能量儲存系統(tǒng)，即壓縮空氣儲能系統(tǒng)。它的主要工作原理是：電力系統(tǒng)用電出現(xiàn)低谷時，通過富余的電量發(fā)動空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣把能量儲存起來；電力系統(tǒng)處于用電高峰時，釋放出高壓空氣，給發(fā)電機(jī)正常工作提供能量支持。相關(guān)科研人員對于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的調(diào)研從未停止過，導(dǎo)致壓縮空氣儲能系統(tǒng)的形式非常豐富多樣，根據(jù)應(yīng)用規(guī)模和熱源的差異，把它劃分成下面幾種：①傳統(tǒng)的利用地下洞穴和天然氣進(jìn)行儲能的電站，一臺機(jī)組的規(guī)模大于100MW；②新型壓縮空氣進(jìn)行能力儲存的系統(tǒng)，告別了地下洞穴和天然氣的使用，可以把一臺機(jī)組的規(guī)?？刂圃?0MW以下。按照儲能系統(tǒng)和其他熱力系統(tǒng)是否可以耦合，又可以把它分成燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)耦合系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和制冷循環(huán)耦合系統(tǒng)。具體而言，當(dāng)前的空氣壓縮儲能技術(shù)相對成熟，效率也比較高，可以達(dá)到70%，可以還是受到化石燃料和地理條件的制約。

1.2.3 飛輪儲能

通過旋轉(zhuǎn)體即飛輪的運動的方式進(jìn)行能量存儲是飛輪儲能的主要工作原理。存儲階段，在電動機(jī)的作用下，可以增加飛輪旋轉(zhuǎn)的速度，把電能變成動能；釋放能量的過程中，飛輪的轉(zhuǎn)動速度會降低，電動機(jī)發(fā)揮發(fā)電機(jī)的作用，把動能變成電能。這種儲能方式，轉(zhuǎn)換能量的效率比較高，也不會對環(huán)境造成破壞，環(huán)保能力好，功率密度高，使用壽命長，但是它的自放電率相對高一些，而且存儲能量的密度比較低。

1.3 化學(xué)儲能

化學(xué)儲能主要利用化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)電能和化學(xué)能量的相互轉(zhuǎn)換，進(jìn)行能量存儲。電池作為轉(zhuǎn)換能量的主要載體，種類豐富多樣，它的電化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)部組成材料存在差異，但是卻有著基本相同的內(nèi)部核心結(jié)構(gòu)，全是正負(fù)極，電解質(zhì)和隔膜構(gòu)成的。正極是電池內(nèi)部高電勢的一端，負(fù)極是電勢低的一端。進(jìn)行充電時，正極內(nèi)的活性材料被氧化，失去電子，陽離子在電場和電解質(zhì)的作用下來到負(fù)極，流失的電子順著外電路的方向向負(fù)極移動，最終和負(fù)極內(nèi)的活性材料相融合，產(chǎn)生還原反應(yīng)。充電過程和放電過程是相反的。

化學(xué)儲能方式可以根據(jù)應(yīng)用需求的不同靈活的配置能量和功率，擺脫了地理條件的制約，反應(yīng)能力好，可以批量化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。但是他也存在短板，比如電池的成本高，壽命短，都是需要日后進(jìn)行改進(jìn)完善的地方。

2 儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的評價指標(biāo)

能否讓儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮出最大的功效，一方面受到它能否達(dá)到特定的等級和規(guī)模的影響，受到它能否和工程應(yīng)用的設(shè)備形態(tài)相符影響，另一方面，也受到它自身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性影響。要想在未來把儲能技術(shù)廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，一定要保證它的規(guī)模可以達(dá)到兆瓦級/兆瓦時級；還要保證應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)，適合標(biāo)準(zhǔn)化和批量化的生產(chǎn)，方便日常的維護(hù)和控制；同時還要結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷的完善電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)，讓它符合電力系統(tǒng)的發(fā)展需要和社會的發(fā)展要求，最大程度的發(fā)揮自身功能。此外，也要考慮它的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)成本，這都是可以決定儲能技術(shù)能否被廣泛推廣利用的因素，一定要重視，時刻謹(jǐn)記提高技術(shù)水平，節(jié)約成本。

3 儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)實際情況看，電力系統(tǒng)中容量最大的儲能裝機(jī)還是抽水蓄能。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用抽水蓄能，可以起到調(diào)相調(diào)頻，黑啟動，事故備用，削峰填谷和電網(wǎng)調(diào)峰的作用，因為每一個國家電力市場和它的規(guī)模結(jié)構(gòu)都存在差異，也會有不同的方法對抽水蓄能的運行和電價機(jī)制進(jìn)行管理。舉個例子，日本制定電價使用的是內(nèi)部核算和租賃制；英國則專門針對抽水蓄能制定了電價機(jī)制和競價模式，對抽水蓄能的交易和收入做出了明確的規(guī)定；美國不同的州擁有不同的電力體制和運行方式。具體包括租賃制，電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營，參與電力市場競爭三種模式。我國則建立了相對完整的抽水蓄能管理和開發(fā)建設(shè)體系，并把它的建設(shè)和管理交由電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)，由電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)它一半的建設(shè)成本，剩下的分別由用戶和發(fā)電企業(yè)承擔(dān)。

4 儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展前景

根據(jù)VLPGO的結(jié)論可以看出，中日美西班牙等國，都主張把太陽能和風(fēng)能等清潔能源作為長期使用的化石燃料。不同的國家針對自身的電力系統(tǒng)特點，提出了不同的目標(biāo)和政策，并推廣落實。未來新能源將被大規(guī)模的開發(fā)，電網(wǎng)事業(yè)也會飛速發(fā)展，國家都認(rèn)為儲能技術(shù)定義為可以對市場需求進(jìn)行快速反應(yīng)和服務(wù)的產(chǎn)品，并且大力應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，受到電網(wǎng)公司的歡迎和認(rèn)可。儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，不管是今天還是未來，都具有不可取代的作用，它可以削峰填谷，接入大量的可再生資源，減少電網(wǎng)建設(shè)的投資成本，也可以給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行提供保障，也可以給市場帶來新的發(fā)展機(jī)遇和經(jīng)濟(jì)效益。未來全球的儲能市值將會出現(xiàn)前所未有的提升。雖然在電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲能技術(shù)的前景是樂觀和廣闊的，但是也存在諸如，政策扶持力度差，沒有明確的商業(yè)模式，成本高，缺乏系統(tǒng)的電價機(jī)制等問題，需要不斷的努力，進(jìn)行改善。

綜上所述，儲能技術(shù)在未來，必然會成為轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，變革電力生產(chǎn)和消費方式的支撐性技術(shù)，環(huán)節(jié)可再生能源在發(fā)電過程中出現(xiàn)的隨機(jī)波動和間歇性問題。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲能技術(shù)，一方面，可以有效提高傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備的運行效率和利用率；另一方面，它能夠更好地解決電網(wǎng)中的如法故障，有效提升電能的質(zhì)量，實現(xiàn)電力系統(tǒng)高效，穩(wěn)定和安全的運行，使其能夠滿足社會發(fā)展的要求。因此相關(guān)科研人員需要充分重視儲能技術(shù)的作用，從本國實際情況出發(fā)，結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行解決，給其未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

［1］國家電網(wǎng)公司“電網(wǎng)新技術(shù)前景研究”項目咨詢組，王松岑，來小康，程時杰.大規(guī)模儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2013，01：3～8+30.

［2］駱 妮，李建林.儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究進(jìn)展［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012，02：71～79.

［3］葉季蕾，薛金花，王 偉，吳福保，楊 波.儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景［J］.中國電力，2014，03：1～5.

TM711

A

2095-2066（2016）29-0051-02

2016-9-30

邱 倬（1973-），男，工程師，本科，主要從事電力建設(shè)方面的工作。