南方電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用及前景論述

陳子昂

摘 要：電力儲(chǔ)能技術(shù)作為電力新興能源技術(shù)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，且儲(chǔ)能技術(shù)在近年來(lái)的發(fā)展中日趨成熟，為電力能源儲(chǔ)備的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持。當(dāng)前南方電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)主要表現(xiàn)在抽水儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能，壓縮空氣儲(chǔ)能，超導(dǎo)儲(chǔ)能，超級(jí)電容儲(chǔ)能等多個(gè)方面，各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，并日漸成熟。本文對(duì)南方電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：南方電網(wǎng)；儲(chǔ)能系統(tǒng)；前景；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0088-02

電力的生產(chǎn)、傳輸、配網(wǎng)、供應(yīng)過(guò)程都在同一時(shí)間段進(jìn)行，這種特性對(duì)于電力能源的傳輸及使用會(huì)造成較大的影響，需要采用整體操作的方法對(duì)電力設(shè)備的指揮、規(guī)劃、調(diào)度及運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一的管理。另一方面，由于電力能源存在供需平衡差，在不同時(shí)間段、不同季節(jié)，供需時(shí)間差表現(xiàn)得尤為明顯，大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)能在電量供應(yīng)盈余的情況下對(duì)電力能源進(jìn)行有效存儲(chǔ)，在用電量激增的情況下使用儲(chǔ)備電力能源，能夠充分提升供電系統(tǒng)的整體質(zhì)量，提升電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。在當(dāng)前大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)電力事業(yè)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

1 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 抽水儲(chǔ)能

抽水儲(chǔ)能方法使目前電力儲(chǔ)能中應(yīng)用較為廣泛的方法之一，其主要特點(diǎn)是能源儲(chǔ)存周期壽命長(zhǎng)，儲(chǔ)能空間大，電力資源供需調(diào)峰作用明顯等特點(diǎn)。通過(guò)用電時(shí)間差，在低峰期時(shí)段通過(guò)電能將水抽往水庫(kù)上游進(jìn)行保存，在用電需求量大的情況下，直接使用上游的水能進(jìn)行發(fā)電，抽水儲(chǔ)能方法在對(duì)水電站進(jìn)行抽水儲(chǔ)存的周期能夠達(dá)到40年，而水利發(fā)電的綜合效率在75%以上。我國(guó)南方電網(wǎng)截至在2017年8月前，抽水儲(chǔ)能電站規(guī)模達(dá)到34520MW，但另一方面，由于水電站選址要求較高，水電站建設(shè)成本較大，且儲(chǔ)能規(guī)劃周期較長(zhǎng)，這造成抽水儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)法滿足短時(shí)間用電量供需切換的過(guò)程。

1.2 飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與飛輪聯(lián)動(dòng)，使用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速，而將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，儲(chǔ)存在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪中。在電力需求量增大的情況下，可以使用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，而飛輪儲(chǔ)能的效率高于抽水儲(chǔ)能，通常能夠達(dá)到85%以上。當(dāng)前，我國(guó)南方電網(wǎng)已經(jīng)擁有較為成熟的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，如Active Power公司的500 kW CleanSource DC飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，其儲(chǔ)能效率能夠達(dá)到87%左右。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)能量轉(zhuǎn)化方式較為靈活，轉(zhuǎn)化周期短，可用于電力供需轉(zhuǎn)化頻繁，且用電量激增明顯的地區(qū)。

1.3 壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能方法用于燃?xì)獍l(fā)電站，其儲(chǔ)能原理是利用燃?xì)鈮嚎s并儲(chǔ)存高壓燃?xì)?，在需要使用能源時(shí)，再釋放燃?xì)膺M(jìn)行發(fā)電。當(dāng)前世界上最大的壓縮空氣儲(chǔ)能燃?xì)怆娬疚挥诿绹?guó)俄亥俄州，其裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)3000MW。壓縮空氣儲(chǔ)能電站的建設(shè)成本較低，但由于壓縮空氣儲(chǔ)存的條件較為苛刻，需要儲(chǔ)藏在合適的巖洞或海底洞穴中，對(duì)于選址要求較高。

1.4 超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)

超導(dǎo)儲(chǔ)能的原理是通過(guò)電磁線圈對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，由于抄到底儲(chǔ)存具有高密度性的特點(diǎn)，其電力儲(chǔ)能的綜合效率能夠達(dá)到95%以上，且能量轉(zhuǎn)化迅速，能夠達(dá)到毫秒級(jí)響應(yīng)的特點(diǎn)。目前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)嘗試使用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)，但由于科技的限制，對(duì)于超導(dǎo)體儲(chǔ)能容量產(chǎn)生了嚴(yán)重的限制，當(dāng)前儲(chǔ)能容量?jī)H為0.83kW·h。但美國(guó)對(duì)于超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，并已經(jīng)在電壓控制與電量調(diào)節(jié)中有了較為成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.5 超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)

超級(jí)電容器表面使用特殊電極材料，能夠使普通電極表面儲(chǔ)能增加萬(wàn)倍，其電荷間距離壓縮至0.5nm以下，能夠使用較小的空間儲(chǔ)存大量的電能。超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)當(dāng)前主要用于商業(yè)發(fā)電領(lǐng)域，由于電容器單體儲(chǔ)能容量較小，通常只能達(dá)到2～14W·h，且電容器造價(jià)較為高昂，在電力儲(chǔ)能中應(yīng)用較少，對(duì)于高壓變電站、大功率直流電機(jī)短時(shí)放電等方面，能夠使用超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)。

2 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

功率型以及容量型均屬于儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用范疇，應(yīng)用場(chǎng)合以及應(yīng)用模式的不同對(duì)儲(chǔ)能的技術(shù)性能提出了不同的要求，圖1為不同應(yīng)用模式對(duì)儲(chǔ)能功能規(guī)模以及放電時(shí)間的需求范圍。

對(duì)于容量型的儲(chǔ)能模式而言，頻率調(diào)節(jié)、系統(tǒng)削峰填谷以及系統(tǒng)的備用對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的容量要求較高。除此之外，功率型的儲(chǔ)能應(yīng)用模式包括電能質(zhì)量調(diào)節(jié)應(yīng)用模式以及系統(tǒng)穩(wěn)定控制兩方面，必須要滿足可以對(duì)電網(wǎng)足夠的瞬時(shí)功能動(dòng)態(tài)支撐，同時(shí)儲(chǔ)能的系統(tǒng)必須可以快速響應(yīng)。另外，可再生能源接入的模式對(duì)功率規(guī)模以及系統(tǒng)的容量要求也相對(duì)較高，會(huì)根據(jù)裝機(jī)規(guī)模以及不同的發(fā)電特性進(jìn)行改變。

總而言之，從目前的情況上看，尚不存在單一的儲(chǔ)能技術(shù)可以滿足所有應(yīng)用模式的要求，所以要根據(jù)不同的模式采取不同的儲(chǔ)能技術(shù)。

3 南方電網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用

3.1 新能源的運(yùn)用

太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生能源都具有間歇性、出力變化快以及隨機(jī)性等特點(diǎn)，相關(guān)資料表明，當(dāng)可再生能源的裝機(jī)容量達(dá)到20%后，局部電網(wǎng)將會(huì)造成較為明顯的沖擊。尤其是針對(duì)于氣電源、油以及水比例相對(duì)較小的區(qū)域，若是僅僅對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行有功調(diào)節(jié)，很難適應(yīng)出力的變化，情況嚴(yán)重時(shí)不排除會(huì)造成嚴(yán)重的惡性事故。

針對(duì)于我國(guó)南方地區(qū)而言，光伏發(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電等相關(guān)可再生能源的規(guī)模還相對(duì)較小，有資料報(bào)道稱(chēng)于2010年底南方的風(fēng)電裝機(jī)均為947MW，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。但是，隨著科技和時(shí)代的發(fā)展，對(duì)能夠與可再生能源聯(lián)合運(yùn)作的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研究，迅速切換和調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電功率和充放電狀態(tài)，確保再生能源的輸出功率可以達(dá)到非常穩(wěn)定的狀態(tài)，并且保證電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，是將來(lái)我國(guó)南方電網(wǎng)發(fā)展的主要途徑。

3.2 削峰填谷技術(shù)

我國(guó)時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)以及居民用電量正在日漸加大，導(dǎo)致了電力負(fù)荷峰谷的絕對(duì)值也在不斷變大，這就給電力調(diào)度產(chǎn)生了極大的困難，各個(gè)電廠、省區(qū)之間的發(fā)電矛盾也突顯出來(lái)，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電側(cè)矛盾不斷加重。我國(guó)南方電網(wǎng)區(qū)域水電廠的投產(chǎn)以及逐漸加大的系統(tǒng)調(diào)峰難度，針對(duì)于廣西以及云南等地依然存在低谷調(diào)峰缺額。對(duì)大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行建造能夠在電低谷時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)能，在用電高峰時(shí)釋放電能，從而滿足用電以及發(fā)電的負(fù)荷調(diào)節(jié)，能夠避免削減峰谷差。

4 對(duì)于電力儲(chǔ)能技術(shù)的幾點(diǎn)建議

隨著各種電力儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，儲(chǔ)能技術(shù)正向著高效率、高密度、集成化與低成本方面發(fā)展。針對(duì)我國(guó)南方電網(wǎng)電力儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，提出以下建議：①應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定用電市場(chǎng)價(jià)格，在儲(chǔ)能技術(shù)不斷得到應(yīng)用的今天，對(duì)于電力盈余與電力短缺都有著較為完善的應(yīng)對(duì)策略，對(duì)于峰谷用電供需矛盾，電力部門(mén)應(yīng)當(dāng)對(duì)電價(jià)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，一方面著眼于儲(chǔ)能成本的投入，另一方面著眼于電力市場(chǎng)的供求關(guān)系。②要完善電力儲(chǔ)能的發(fā)展模式，儲(chǔ)能方向可以在用戶或發(fā)電廠方面，由電網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一對(duì)發(fā)電及儲(chǔ)能進(jìn)行管理，并引導(dǎo)民間投資方參與儲(chǔ)能市場(chǎng)。③要加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用研究，傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)已日趨成熟，但對(duì)于高效、高密度、低成本的儲(chǔ)能技術(shù)還相差甚遠(yuǎn)，這就需要電力部門(mén)加大研發(fā)，在超導(dǎo)體、超級(jí)電容器等新興儲(chǔ)能方式上多做研究，使其盡快進(jìn)入電力市場(chǎng)得到普及和應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)電力的發(fā)展方向是向著低碳經(jīng)濟(jì)與綠色經(jīng)濟(jì)為主，對(duì)于能源可再生技術(shù)需要加大科研力度，并使其不斷投入到日常生產(chǎn)中，電力儲(chǔ)能技術(shù)在當(dāng)前階段已日趨成熟，對(duì)于電力儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用與拓展應(yīng)面向更為廣闊的空間。

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收稿日期：2018-6-25