儲能技術在電氣工程領域中的應用分析

吳嘉澍

摘 要：我國智能電網(wǎng)建設速度不斷加快，城鄉(xiāng)供電覆蓋面增大，這在給群眾提供生活便利的同時也給電力工業(yè)生產提出更多的要求。本文將結合儲能技術的發(fā)展概述，討論其在電力工程領域中抽水儲能、空氣壓縮、電池儲能、平穩(wěn)風電波動、優(yōu)化輸配電等方面的應用，致力于保護電網(wǎng)的安全運作，實現(xiàn)高效的電能供給。

關鍵詞：儲能技術;電氣工程;電力供應

引言：21世紀開始，人類對電能的開發(fā)使用程度達到了新的高度，電力成為了人類社會賴以生存的物質基礎，更是實現(xiàn)國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產業(yè)。為了滿足人們日益增長的用電需求，電力企業(yè)必須要結合實際情況，優(yōu)化現(xiàn)有能源供給結構，提高電力儲能的質量，從而保障輸配電過程的安全性與穩(wěn)定性。

一、儲能技術的發(fā)展概述

眾所周知，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)直接決定了用戶的使用效果，所以電氣工程需要始終處于平穩(wěn)狀態(tài)運作。然而近幾年，全球范圍內的不可再生能源開采形式緊張，儲備量告急。對應的新能源發(fā)電成為各界關注的要點，大量新能源裝機開始并入電網(wǎng)。電能容量比例也在不斷增大，但是新能源發(fā)電仍處于起步階段，所以無論是風能發(fā)電還是太陽能都會因為受到自然環(huán)境的影響，不能保證穩(wěn)定發(fā)電。而且新能源發(fā)電技術在大規(guī)模接入電網(wǎng)后，其波動性會造成電壓閃變現(xiàn)象，不利于系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性。如果風能、太陽能發(fā)電設備在并網(wǎng)后運行功率超出規(guī)定范圍，就會造成電力系統(tǒng)運行波動。而儲能設備可以釋放能量，維持系統(tǒng)運作的可靠性，改善新能源發(fā)電瞬時性的劣勢。儲能技術對電氣工程的適用性較強，可以應用在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，例如：發(fā)電側、輸配電側、用戶端等等。在電氣系統(tǒng)中安裝了儲能系統(tǒng)后，電力負荷走向得以優(yōu)化，峰谷差減少，新能源并網(wǎng)比例增加。不僅可以降低供電成本，另外還可以提高電網(wǎng)運作的安全性及可靠性，目前，投入使用的儲能技術可以按照能量存儲形式及結構機理劃分為物理儲能和化學儲能兩種。

二、儲能技術在電氣工程領域中的應用

（一）水庫抽水儲能

目前來看，水庫抽水儲能技術擁有較強的電力儲存能力，能夠在電力企業(yè)用高峰期時，及時為電氣工程補充能量，而且抽水儲能技術在世界范圍都有較廣泛的應用，儲能水平相對成熟，使用起來比較安全，也是全球范圍內使用面最廣的一種儲能方法。抽水儲能是由上水庫與下水庫共同實現(xiàn)，上水庫位置較高，勢能也大，下水庫位置較低，勢能較弱。在電力工程處于負荷較小時期，抽水儲能站就會將水源從下游水庫抽調到上游，通過勢能轉化來形成電力，然后進行儲能。等到電氣企業(yè)處于用電高峰時期，上游水庫的重力勢能就會開始發(fā)電，從而改善電網(wǎng)供電不足的問題。在供電過程中，儲能設備會始終保持在發(fā)電機運作的狀態(tài)下。在電力工程使用抽水儲能技術能夠很大程度上彌補電力工程峰值供電不足的問題，同時在低谷用電控制上也有良好表現(xiàn)。但是水庫抽水儲能技術的應用很容易受到地理位置的影響，所以儲能電站一般都建立在離發(fā)電中心較遠的位置，這樣一來電力運輸過程中很容易發(fā)生能源損耗問題，而且電網(wǎng)線路一旦發(fā)生故障，維修起來十分不便[1]。

（二）空氣壓縮儲能

空氣壓縮儲能技術是通過使用電能驅動壓縮機實現(xiàn)從壓縮空氣內能——機械能——電能的轉換。當電氣工程內的電力運行負荷較大時，管理人員可以將被壓縮的空氣釋放出來，以空氣內能來驅動燃氣輪機等發(fā)電設備?？諝鈮嚎s儲能技術的應用原理與抽水儲能技術原理基本一致。發(fā)電企業(yè)只要具有一定規(guī)模，就能夠用空氣壓縮機來改善電氣工程峰谷期電差值的問題。需要注意的是，在使用空氣壓縮儲能技術時，電氣企業(yè)需要選擇一個開闊的場地，來存儲壓縮后的空氣。例如：可建立水封恒壓氣體儲存站，該儲存站能夠保持空氣輸出壓力的平穩(wěn)性。顯著提升燃氣輪機發(fā)電廠整體運行的質量。近幾年，隨著我國分布式發(fā)電系統(tǒng)的不斷建設，空氣儲存設備的結構設計也更加完善。技術人員發(fā)現(xiàn)可以通過增壓來減小氣體儲存設備的占地面積，在日后燃氣輪機發(fā)電廠的生產過程中，技術人員也需要針對壓縮空氣儲能技術進行進一步的改良。

（三）電池系統(tǒng)儲能

電池系統(tǒng)儲能是利用化學反應來轉化電能，按照電池內的電力勢能高低來區(qū)分出電池的正負極，然后利用正負極之間氧化還原反應的“可逆性”來實現(xiàn)充放電操作。使用電池進行儲能，可以按照供電要求來調整配置儲能功率以及儲能量，使用起來更加靈活，而且響應速度快。電池儲能技術應用的穩(wěn)定性比較高，不會受到地理環(huán)境、自然氣候的影響，所以適合大范圍的成產及批量化使用。但是電池儲能技術也有一定缺點，例如：電池成本造價偏高、使用年限偏低等等。近幾年，電池儲能技術也在不斷更新，應為其適宜大規(guī)模生產且反應速度快等優(yōu)勢，在商業(yè)供電方面有良好表現(xiàn)，越來越多的新型電池被開發(fā)出來，電池容量也在加大，并基本實現(xiàn)了循環(huán)壽命[2]。

（四）平穩(wěn)風電波動

一直以來，電氣企業(yè)均使用火力發(fā)電，通過燃燒煤、石油和天然氣等來帶動火電機組的運行，這種發(fā)電方式是可以通過人為控制，所以發(fā)電過程相對穩(wěn)定;但是新能源發(fā)電會受到自然因素的影響，例如：風電場的運行是靠風力轉換為動能，其發(fā)電質量會受到風速的影響，而風速屬于不可控制因素，有很強的不確定性。所以從風電場發(fā)電具有一定的波動性。而且風電場一般都設置在遠離負荷的場地，輸配電質量會受到輸電線路容量的影響，所以風力發(fā)電自身具有很強的隨機性、不可控性、間歇性。因此，技術人員需要利用儲能系統(tǒng)來改善風電場功率的波動性能，從而降低不同運行情況下因風電的波動而引起的系統(tǒng)波形頻率變化，進一步降低電網(wǎng)調峰所面臨的壓力。

（五）優(yōu)化輸配電過程

我國經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快，電氣工程的電網(wǎng)負荷也在增加，負荷峰谷的差值加大，這給輸配電工作的開展也帶來了一定難度，電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與安全性都受到影響，為保證群眾平穩(wěn)用電，管理人員需要根據(jù)負荷容量及負荷峰谷差值的變化，對變電站及輸電線路進行合理擴容。我國電力行業(yè)建設規(guī)劃要求電網(wǎng)擴容量要達到原來輸送量的125%以上，甚至要達到150%才能滿足峰值用電負荷要求。但是每年用電負荷峰值只出現(xiàn)在很短的時間內，甚至累計起來不超過十個小時，所以在擴容以后，變電站大部分時間都處在低負荷率運作的狀態(tài)，設備容量沒有發(fā)揮出應有的作用，成本投資被浪費。而且對于城市來說，人口密集，用地緊張，想要擴充輸電通道十分困難。所以為了緩解緊張的用電形式，工作人員需要利用儲能技術來實現(xiàn)平穩(wěn)輸配電。通過在變壓器側面安裝儲能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)負荷低谷期充電，負荷峰值放點，縮小兩者之間的負荷差。并利用峰谷之間的電價差，為企業(yè)獲取更多經(jīng)濟收益。而且儲能系統(tǒng)還具有孤島運行功能，與可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)配合，可以構建含負荷在內的智能微網(wǎng)系統(tǒng)，提高變電站供電的可靠性。配電側的儲能設備可以在低谷時段將電能儲存起來，然后高峰期釋放，緩解輸配電壓力，降低變壓器負荷，而變壓器溫度降低，能夠保證運行狀態(tài)的平穩(wěn)性，提高供電質量[3]。

結論：綜上所述，近幾年智能建筑、電子家居產品的興起改變了人們的用電方式，消費者用電需求量逐漸增大。這給電氣工程的運行也提出更大的挑戰(zhàn)，尤其是不可再生資源緊張，開發(fā)新能源已經(jīng)是電力行業(yè)必然發(fā)展趨勢。因此，工作人員必須要認識到儲能技術的重要性，并結合實際情況在電氣工程中開展使用。

參考文獻：

[1].10位大咖，傾力解讀儲能電力電子關鍵技術，透析未來四大新趨勢[J].變頻器世界，2019（10）：9-13.

[2]胡琳琳，胡文平，時珉，等.大規(guī)模儲能技術在河北省南部電網(wǎng)應用的適用性研究[J].河北電力技術，2019，38（02）：26-28+49.

[3]朱金鳳.智能攜手綠色發(fā)展——2018中國能效管理創(chuàng)新技術高峰論壇成功舉辦[J].電氣時代，2019（01）：20-22.