電氣工程領(lǐng)域中儲能技術(shù)的應(yīng)用

韓偉

【摘? 要】現(xiàn)階段，在我國電氣工程領(lǐng)域的發(fā)展過程中，針對儲能技術(shù)的運(yùn)用非常廣泛，對提高電氣工程的開展質(zhì)量以及效率都有著重要的保障?；诖耍疚闹攸c(diǎn)針對電氣工程領(lǐng)域中儲能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】電氣工程;儲能技術(shù);應(yīng)用分析

電能的廣泛應(yīng)用被認(rèn)為是20世紀(jì)中最具影響力的成就之一。隨著電能的發(fā)展和技術(shù)的完善，現(xiàn)在電能已經(jīng)逐漸深入到了國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面，是現(xiàn)代人類社會主要生存的基礎(chǔ)，因此電力工業(yè)也是現(xiàn)階段我國最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。由于過去傳統(tǒng)電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中存在很多缺點(diǎn)，因此儲能技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提升了電網(wǎng)的安全性和靈活性，保證了經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和發(fā)展。針對這種情況，該文就針對儲能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行研究，以期對今后我國電力的發(fā)展和社會現(xiàn)代化水平的提升有更大的積極影響。

1.電氣工程學(xué)科面臨的主要問題及儲能技術(shù)的作用

1.1電力系統(tǒng)安全高效運(yùn)行問題更加突出

現(xiàn)代社會中我國的電力系統(tǒng)不斷向著大電網(wǎng)的方向發(fā)展，因此保持電網(wǎng)的穩(wěn)定不僅對電力的發(fā)展有著重要的影響，同時(shí)也對電力系統(tǒng)整體的安全運(yùn)行產(chǎn)生重要的作用。隨著現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展和擴(kuò)大，互聯(lián)電網(wǎng)將逐漸展現(xiàn)和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)不同的特征，在這個(gè)過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)中的強(qiáng)耦合性、系統(tǒng)運(yùn)行條件下的隨意性等都會比之前更為突出。與此同時(shí)，大型的互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性的逐漸喪失將給我們帶來越來越大的影響。

1.2可再生能源的規(guī)?；煤头植际侥茉聪到y(tǒng)的建立是必然的趨勢

在社會的不斷發(fā)展過程中，石油、煤炭等不可再生的化石能源隨著不斷使用和開發(fā)已經(jīng)呈現(xiàn)了逐漸枯竭的趨勢和狀態(tài)，因此這也導(dǎo)致了全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)，在這個(gè)基礎(chǔ)上我們只有不斷尋求更好的新能源對其進(jìn)行替代，才能保證人類社會的正常發(fā)展和進(jìn)步。因此太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕Y源的有效利用，不僅能對這一問題進(jìn)行解決，同時(shí)還能更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本要求，是一種有效的發(fā)展途徑。但是在實(shí)際開發(fā)這些能源的時(shí)候，由于這些能源的共同特點(diǎn)都是穩(wěn)定性較差，同時(shí)能量的密度也比較低，因此開發(fā)的過程中會存在很大的問題和困難，我們要不斷對這一問題進(jìn)行解決。

1.3 環(huán)境保護(hù)問題的重要性

環(huán)境污染問題中一個(gè)比較重要的方面就是大氣污染，特別是在現(xiàn)代社會中交通運(yùn)輸工具的發(fā)展下，越來越多的尾氣排放都被排放到大氣中，因此這一問題現(xiàn)在也引起了人們的廣泛關(guān)注和重視。在傳統(tǒng)交通工具的使用過程中，主要是以燃燒化石燃料為主要的動力來源，比如：石油、柴油等。但是為了更好地對現(xiàn)代尾氣問題和環(huán)境污染問題進(jìn)行解決，也提出“低碳環(huán)保，綠色出行”的理念，因此交通運(yùn)輸工具的驅(qū)動系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)為電力驅(qū)動也是在這個(gè)背景下提出的。

2.電氣工程領(lǐng)域中儲能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 抽水儲能技術(shù)

抽水儲能電站可以按照任意容量建造，儲存能量的釋放時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾天，其效率在70%～85%之間，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括能量管理、頻率控制以及向系統(tǒng)提供備用容量。目前，全世界共有超過90 GW的抽水儲能機(jī)組投入運(yùn)行，約占全球總裝機(jī)容量的3%。抽水儲能的最大特點(diǎn)是儲存能量非常大，因此，非常適合于電力系統(tǒng)調(diào)峰和用作備用電源的長時(shí)間場合。從技術(shù)層面上講，抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行效率是關(guān)鍵。

2.2 蓄電池儲能技術(shù)

用于儲能的Na S電池可以對脈沖功率進(jìn)行輸出，同時(shí)由于高效的功率，因此在通常輸出的功率也是額定功率的6倍，但是整項(xiàng)工作的開展通常不會超過30 s。這一特點(diǎn)使得我們能更好地對電能進(jìn)行調(diào)整和完善，將整體的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行有效提升和發(fā)展。

2.3 超級電容器儲能技術(shù)

一般情況下，超級電容器要比常規(guī)的電容器更具有介電常數(shù)、耐壓力且擁有較大的表面積。例如：陶瓷超級電容器的絕緣能力就比較強(qiáng)，同時(shí)由于陶瓷超級電容器的耐壓水平比較高，因此這項(xiàng)技術(shù)也為今后儲能的應(yīng)用和發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。

2.4超級電容器儲能

與常規(guī)電容器相比，超級電容器具有更高的介電常數(shù)、更大的表面積或者更高的耐壓能力。例如，陶瓷超級電容器具有相當(dāng)高的耐壓水平和絕緣強(qiáng)度，這使它們成為未來儲能應(yīng)用的很好候選方案。目前，超級電容大多用于高峰值功率、低容量的場合。由于能在充滿電的浮充狀態(tài)下正常工作10 a以上，因此超級電容器可以在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平。超級電容器安裝簡單，體積小，并可在各種環(huán)境下（熱、冷和潮濕）運(yùn)行，現(xiàn)在已經(jīng)可以為低功率水平的應(yīng)用提供商業(yè)服務(wù)。

2.5飛輪儲能

大多數(shù)現(xiàn)代飛輪儲能系統(tǒng)都是由一個(gè)圓柱形旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊和通過磁懸浮軸承支撐的機(jī)構(gòu)組成。采用磁懸浮軸承的目的是消除摩擦損耗，提高系統(tǒng)的壽命。為了保證足夠高的儲能效率，飛輪系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中，以減少風(fēng)阻損耗。飛輪與電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)相連，通過某種形式的電力電子裝置，可進(jìn)行飛輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)儲能裝置與電網(wǎng)之間的功率交換。飛輪儲能的突出優(yōu)點(diǎn)是幾乎不需要運(yùn)行維護(hù)，設(shè)備壽命長（可完成20 a或者數(shù)萬次深度充放能量過程），對環(huán)境沒有不良的影響。飛輪具有優(yōu)秀的循環(huán)使用以及負(fù)荷跟蹤性能，它可以用于那些在時(shí)間和容量方面介于短時(shí)儲能應(yīng)用和長時(shí)間儲能應(yīng)用之間的應(yīng)用場合。

3.改善電能存儲技術(shù)的主要方向

在社會的不斷發(fā)展中，我國的現(xiàn)代化腳步也在逐漸加快，因此怎樣更好地對高密度、大容量的電能存儲技術(shù)和方式進(jìn)行研究也是現(xiàn)階段我們需要解決的主要問題。

3.1 發(fā)展電力電子技術(shù)

在電力行業(yè)的發(fā)展過程中，各種能量形式能否真正地進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換和發(fā)展，會直接對我國儲能技術(shù)產(chǎn)生影響。因此對于快速、大容量同時(shí)成本又比較低的能量轉(zhuǎn)換問題進(jìn)行解決，就是一項(xiàng)非常重要的問題。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們發(fā)展電力中的電能存儲技術(shù)將使電力行業(yè)得到更有效的進(jìn)步和提升。

3.2 對于各種儲能技術(shù)的有效利用

由于每項(xiàng)儲能技術(shù)的特點(diǎn)不同，因此在優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)上都會有很多不同。在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)過程中，我們也不可能只采用一種儲能技術(shù)對工作進(jìn)行開展和完成。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們就要對各種技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮和利用，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用的具體要求，我們要對儲能技術(shù)中的優(yōu)勢進(jìn)行有效利用，對不足的地方進(jìn)行改善。

3.3 尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域

在發(fā)展的過程中，在對儲能技術(shù)進(jìn)行完善和發(fā)展的過程中，也要適當(dāng)?shù)亻_發(fā)和研究新的儲能技術(shù)，保證技術(shù)不斷地提升和進(jìn)步。在對原有的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行改善的時(shí)候，要及時(shí)地對原有的問題進(jìn)行改善，避免出現(xiàn)局限性。同時(shí)要想讓儲能技術(shù)在應(yīng)用的過程中向著更全面的方向發(fā)展，在進(jìn)行服務(wù)的過程中就要不斷開發(fā)新的應(yīng)用行業(yè)和領(lǐng)域，使儲能技術(shù)在今后的發(fā)展過程中得到更好的進(jìn)步和應(yīng)用。

4.結(jié)束語

本文討論了未來電氣工程學(xué)科所面臨的問題，指出儲能技術(shù)的應(yīng)用可以為這些問題的解決提供一條可行的途徑，概括了使用儲能技術(shù)解決這些問題時(shí)的技術(shù)要求。并且，介紹了各種儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析了各種儲能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，介紹了目前這個(gè)方向上的熱點(diǎn)研究問題。儲能技術(shù)可以對解決未來電氣工程學(xué)科所面臨的問題發(fā)揮重要的作用，應(yīng)該積極開展這一領(lǐng)域的研究，為電氣工程學(xué)科的發(fā)展提供新的技術(shù)支持。

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