儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

張棟

摘要：近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新型能源逐步開(kāi)發(fā)，給電力系統(tǒng)帶來(lái)了一定程度的挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求將日漸增大。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中供需矛盾日益嚴(yán)重，現(xiàn)已形成“西電東送”“南北互供”“全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的格局。這種格局使得儲(chǔ)能技術(shù)成為電網(wǎng)運(yùn)行中的重要組成部分。將新型儲(chǔ)能技術(shù)引入智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，不僅可以大大提升電池儲(chǔ)能功率，還可以保障電力系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用

中途分類號(hào)：TM732

1 電力儲(chǔ)能方式

我國(guó)電力系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)需求。我國(guó)電網(wǎng)覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)薄弱，各種一次能源的分布與負(fù)荷的密度極不均勻，且電源遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，裝機(jī)容量與輸電跨度比小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。然而，現(xiàn)有系統(tǒng)中儲(chǔ)能容量?jī)H占總裝機(jī)容量的1.7%左右，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到合理水平，且尚未建立用于瞬態(tài)電能質(zhì)量管理和電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)/補(bǔ)償?shù)目焖俅笕萘績(jī)?chǔ)能系統(tǒng)，只能依靠繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置切機(jī)，被動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定，因此，很難從根本上避免大面積停電事故。近20年來(lái)，我國(guó)由于系統(tǒng)失穩(wěn)造成的大停電事故已達(dá)140余起，每次損失數(shù)千萬(wàn)元乃至數(shù)億元。因此，迫切需要建立起以多點(diǎn)儲(chǔ)能裝置支撐的系統(tǒng)，有效地支持電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓和頻率，消除由于電網(wǎng)互聯(lián)和負(fù)荷突變而形成的區(qū)域振蕩，實(shí)現(xiàn)輸/配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理和電能質(zhì)量管理，提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

2 儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 電池儲(chǔ)能應(yīng)用

電池儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)體系中運(yùn)用最為廣泛的一種技術(shù)。無(wú)論是在智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)，還是在智能電網(wǎng)配電和用電環(huán)節(jié)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)都得到廣泛運(yùn)用。總體而言，儲(chǔ)能技術(shù)具有發(fā)電功能、保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、供電功能和促進(jìn)再生能源利用等功能。作用表現(xiàn)為削峰填谷、備用電源、提高新能源并網(wǎng)能力和電網(wǎng)調(diào)頻。第一，電池儲(chǔ)能在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)用到智能電網(wǎng)體系中，可以大大提升電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)陌踩院透咝?。電池?chǔ)能系統(tǒng)的容量配置需要根據(jù)智能電網(wǎng)運(yùn)行方式和運(yùn)用目標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估與核算。就目前我國(guó)示范工程智能電網(wǎng)儲(chǔ)能容量而言，平滑風(fēng)電功率儲(chǔ)能容量為一般風(fēng)電的25%左右；智能電網(wǎng)體系中的穩(wěn)定功率儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為一般風(fēng)電的65%左右。由此可見(jiàn)，智能電網(wǎng)儲(chǔ)能體系中大規(guī)模風(fēng)/光發(fā)電場(chǎng)儲(chǔ)能容量一般在幾十兆瓦上，存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)。電池儲(chǔ)能通過(guò)接入35kV電壓等級(jí)線路接入職能電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，如圖1所示。

2.2 壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能（compressed-airenergystorage，CAES）技術(shù)是目前除抽水蓄能外唯一一種單體容量可以超過(guò)百M(fèi)W的高效儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能電站具有存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、資本損耗較小、建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站的優(yōu)勢(shì)，并且可實(shí)現(xiàn)模塊化組建。CAES主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、發(fā)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用等。特別適用于解決大規(guī)模集中新能源發(fā)電的平滑輸出問(wèn)題。近日由國(guó)家電網(wǎng)公司支持，清華大學(xué)研發(fā)了“非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能”技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)配置靈活，系統(tǒng)效率可達(dá)70%以上；投資成本低；適用于大規(guī)模儲(chǔ)能和分散式儲(chǔ)能，不發(fā)電時(shí)可作調(diào)峰使用；碳排放為0；可以提供天然的冷、熱、電三聯(lián)供；可以在電網(wǎng)電壓不足時(shí)提供自然支撐調(diào)壓。

2.3 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是蓄電池和超級(jí)電容量?jī)?chǔ)能體系。蓄電池和超級(jí)電容量由于在技術(shù)特性方面具有互補(bǔ)性，因此將其結(jié)合可以使職能電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大功效。就蓄電池系統(tǒng)而言，具有密度大、壽命短、功率小、效率低、充電功率較差等特點(diǎn)；就超級(jí)電容量系統(tǒng)而言，具有密度低、壽命長(zhǎng)、功率大、效率高、充電功率性能良好等特點(diǎn)。因此，將超級(jí)電容量與蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用，因此其在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。但是，蓄電池與超級(jí)電容量在電力系統(tǒng)中不能同時(shí)使用，否則會(huì)大大降低電池電容器功率和使用壽命，破壞電池儲(chǔ)存系統(tǒng)的性能。

2.4 飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

將飛輪儲(chǔ)能技術(shù)引入智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，不僅可以提高電可再生能源接納能力，還可以保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展腳步的加快，可再生能源被大量引入智能電網(wǎng)系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)，給輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。將飛輪儲(chǔ)能技術(shù)與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不僅可以大大提升風(fēng)能利用效率，還可以降低發(fā)電成本，有利于電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。比如，澳大利亞的SandBay、CoralBay、NineMilesBeach、Denham；日本的DogoIsland；美國(guó)的Alaska等一系列島嶼電網(wǎng)，都采用了風(fēng)輪儲(chǔ)能技術(shù)，以達(dá)到降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和減少系統(tǒng)運(yùn)行故障等目的。電力系統(tǒng)中故障問(wèn)題和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題都是“暫態(tài)穩(wěn)定性”問(wèn)題，對(duì)智能電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)影響較大。而飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以靈活處理職能電網(wǎng)系統(tǒng)中的故障問(wèn)題，從而保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、快速運(yùn)行。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)具有速度快、容量大、密度小等優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，在同樣容量下采用風(fēng)輪儲(chǔ)能技術(shù)可以獲得雙倍調(diào)節(jié)效果

2.5 抽水蓄能

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用后節(jié)省了大量的自然能源，并且電力系統(tǒng)供電效率得到了提升。技術(shù)發(fā)展應(yīng)用最廣泛的是抽水儲(chǔ)能，將能量保存，需要時(shí)將水放出，利用落差產(chǎn)生的水流沖擊來(lái)達(dá)到發(fā)電目標(biāo)。這種發(fā)電方式不會(huì)造成能源污染以及生態(tài)環(huán)境失衡?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)要對(duì)儲(chǔ)水部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，抽水的力量大小也要符合實(shí)際需求，結(jié)合發(fā)電站規(guī)模來(lái)計(jì)算。容量增大所存儲(chǔ)的能量也隨著增大，實(shí)現(xiàn)供能目標(biāo)需要輸水系統(tǒng)參與，管道與儲(chǔ)能部分連接要緊密，減少管道的彎度與傾斜角度，這樣能夠保留最大的水流沖擊力，一次抽水后能量釋放是持續(xù)的，可以達(dá)到數(shù)小時(shí)甚至幾天，保障了發(fā)電環(huán)節(jié)的連續(xù)性。

結(jié)論

隨著城市化腳步的加快，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)新型能源的需求加大，風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源被逐步開(kāi)發(fā)。與此同時(shí)，為進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和高效性，需要將新型儲(chǔ)技術(shù)引入電力系統(tǒng)中，在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上降低溫室氣體的排放量，促進(jìn)電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，以構(gòu)建智能化和多元化的電力系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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