儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的應(yīng)用研究

黃瑞文

摘要：現(xiàn)在人們對(duì)生活水平的提高，在整個(gè)電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，用戶在不同時(shí)段對(duì)電能需求量是不同的。根據(jù)不同的用電需求，及時(shí)補(bǔ)充或削減電量是現(xiàn)有電力系統(tǒng)調(diào)峰的重要調(diào)節(jié)措施。傳統(tǒng)的電量調(diào)節(jié)主要依靠減少或增加供給側(cè)發(fā)電量來滿足用電需求。此種方法，對(duì)于供給側(cè)的發(fā)電機(jī)組而言會(huì)帶來較大損害。基于此，本文提出了利用儲(chǔ)能技術(shù)以儲(chǔ)能電站的方式來參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的新措施。該儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，可以有效改善發(fā)電機(jī)組不正常運(yùn)行的態(tài)勢(shì)，進(jìn)而保障整個(gè)電網(wǎng)的長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);電能需求;電力系統(tǒng)調(diào)峰;儲(chǔ)能技術(shù)

引言

目前，人類所使用的大部分能源都是以不同形式儲(chǔ)存下來的太陽能。煤炭、石油、天然氣等化石能源是太陽能在數(shù)十億年時(shí)間里所累積的產(chǎn)物，而水能、風(fēng)能等可再生能源則是太陽能以年為單位累積的產(chǎn)物。自然界中的能源供給通常是不均衡的，由地理位置、季節(jié)氣候等自然條件決定。能源的需求同樣不均衡，且時(shí)常與能源的供給完全不匹配。因此，在能源供給和需求之間迫切需要一種裝置，以實(shí)現(xiàn)能量在空間和時(shí)間上的轉(zhuǎn)移，這就是儲(chǔ)能。

1儲(chǔ)能技術(shù)簡介

儲(chǔ)能是指將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式后進(jìn)行的能量存儲(chǔ)。例如，使用電能參與氫氣的制取，將電能轉(zhuǎn)換為氫能源后實(shí)現(xiàn)了能量的存儲(chǔ)，在有一定需求時(shí)，再將氫能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，這就是儲(chǔ)能的一種具體表現(xiàn)。目前儲(chǔ)能技術(shù)主要包括兩種方式，一種是機(jī)械儲(chǔ)能，另一種是電磁儲(chǔ)能。機(jī)械儲(chǔ)能主要包括抽水儲(chǔ)能與壓縮氣體兩種形式。抽水儲(chǔ)能主要是在水力發(fā)電中，將過剩的電能帶動(dòng)相應(yīng)水泵動(dòng)作，將水從低處運(yùn)往高處，待電能不足的情況下，開啟水閘，利用水的重力勢(shì)能將機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣儲(chǔ)能也是利用多余電能，將電能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械能，對(duì)氣體進(jìn)行壓縮。在電能供應(yīng)不足情況下，釋放壓縮氣體帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。電磁儲(chǔ)能主要利用儲(chǔ)能電子設(shè)備進(jìn)行電能的存儲(chǔ)，主要包括電池儲(chǔ)能技術(shù)與電容儲(chǔ)能技術(shù)兩種。電池儲(chǔ)能技術(shù)主要使用的是鉛酸電池、鋰電子電池等電子元器件將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)電池的充電過程，在停電或者電力供應(yīng)不上時(shí)，利用電池對(duì)外進(jìn)行供電，滿足緊急用電的需求。電容充電的本質(zhì)與電池充電的類似，都是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種表現(xiàn)形式。儲(chǔ)能技術(shù)的日益豐富，也為電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

2儲(chǔ)能技術(shù)的分類

按照不同的分類方法，儲(chǔ)能技術(shù)可進(jìn)行如下分類。

2.1按照儲(chǔ)能原理分類

儲(chǔ)能可分為機(jī)械能儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電氣類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及化學(xué)類儲(chǔ)能等。其中，機(jī)械能儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣和飛輪儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池等電池儲(chǔ)能技術(shù)。電氣類儲(chǔ)能包括超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能。熱儲(chǔ)能主要指通過利用水等相變材料將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿膬?chǔ)能方式?；瘜W(xué)類儲(chǔ)能主要是指利用氫（H2）或合成天然氣（SNG）作為次級(jí)能量載體的儲(chǔ)能方式。

2.2按照儲(chǔ)能時(shí)間長短分類

儲(chǔ)能可分為：短時(shí)儲(chǔ)能，通常放電時(shí)間為數(shù)秒到數(shù)分鐘。中期儲(chǔ)能，通常放電時(shí)間為數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)。長期儲(chǔ)能，通常放電時(shí)間為數(shù)小時(shí)到數(shù)天。

2.3按照儲(chǔ)能功能分類

儲(chǔ)能可分為能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能。能量型儲(chǔ)能特點(diǎn)是比能量高，放電相對(duì)較慢，主要用于較大能量輸入和輸出的場(chǎng)合;功率型儲(chǔ)能特點(diǎn)是比功率高，以高放電率快速放電，主要用于瞬間高功率輸入和輸出的場(chǎng)合。

3儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的應(yīng)用

3.1應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能技術(shù)目前主要應(yīng)用于大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等領(lǐng)域，運(yùn)用特定的運(yùn)行模式、設(shè)定固定的計(jì)算目標(biāo)來進(jìn)行容量配置問題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的工作統(tǒng)計(jì)，平滑風(fēng)電在瞬間的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量是普通風(fēng)電的25%，這樣計(jì)算下來可以看出，平滑風(fēng)電按小時(shí)計(jì)算的傳輸功率相對(duì)穩(wěn)定，容量相比風(fēng)電系統(tǒng)也相對(duì)較高。因此可以看出，大規(guī)模的風(fēng)發(fā)電廠及光發(fā)電廠應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量一般都超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)存時(shí)間相對(duì)減少，這就大大提高了儲(chǔ)存電能的應(yīng)用率。目前電池儲(chǔ)能技術(shù)常用升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行應(yīng)用，普遍適應(yīng)于大于35kv的電路中。

3.2應(yīng)用于運(yùn)輸電能

目前我國的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠最大效率的應(yīng)用已有的電網(wǎng)資源，不斷提高輸電的運(yùn)行效率及運(yùn)行能力，這樣能夠大大降低了運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)成本，還能夠提升電網(wǎng)的安全運(yùn)行，有效控制了使用的頻率及實(shí)現(xiàn)無控制操作。電池儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)㈦娏M(jìn)行有效的存儲(chǔ)，將額外的浪費(fèi)降至最低，這樣能夠確保電力在運(yùn)輸過程中更好地應(yīng)用。

3.3應(yīng)用于變電系統(tǒng)

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用等環(huán)節(jié)，具有削峰填谷，參與電網(wǎng)輔助服務(wù)（調(diào)頻、調(diào)壓等）、需求響應(yīng)及作為備用電源等功能。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，電池儲(chǔ)能應(yīng)用通過削弱峰處、填補(bǔ)低谷的方式進(jìn)行，能夠確保電力的儲(chǔ)存容量，節(jié)約了儲(chǔ)存的時(shí)間，將其控制在大約6小時(shí)，大大提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。目前，受場(chǎng)地因素限制，單獨(dú)的儲(chǔ)能裝備對(duì)大電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的能力有限，在主網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景集中考慮在變電站內(nèi)配置儲(chǔ)能設(shè)備。

3.4能源控制應(yīng)用

很多的儲(chǔ)能技術(shù)在研發(fā)的過程中需要投入大量的研究成本，所以一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)能否在研發(fā)之后得到社會(huì)的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用其最為基本的限制因素就是儲(chǔ)能技術(shù)的使用成本。有關(guān)部門對(duì)于當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)的投資成本做出了比較詳細(xì)的報(bào)告分析，最后發(fā)現(xiàn)在相同成本下經(jīng)濟(jì)效益比較高的幾種技術(shù)主要為壓縮空氣技術(shù)和抽水蓄能技術(shù)。在大規(guī)模的生產(chǎn)背景下，這兩種技術(shù)在保證工程質(zhì)量的同時(shí)可以為使用者創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，所以在不久的未來這兩種方式將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

4電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展

儲(chǔ)能技術(shù)在研發(fā)的過程中需要投入大量的研究成本，所以一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)能否在研發(fā)之后得到社會(huì)的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用其最為基本的限制因素就是儲(chǔ)能技術(shù)的使用成本。有關(guān)部門對(duì)于當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)的投資成本做出了比較詳細(xì)的報(bào)告分析，最后發(fā)現(xiàn)在相同成本下經(jīng)濟(jì)效益比較高的幾種技術(shù)主要為壓縮空氣技術(shù)和抽水蓄能技術(shù)。在大規(guī)模的生產(chǎn)背景下，這兩種技術(shù)在保證工程質(zhì)量的同時(shí)可以為使用者創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，所以在不久的未來這兩種方式將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。儲(chǔ)能技術(shù)中最不經(jīng)濟(jì)的方式是電池儲(chǔ)能技術(shù)，這種方式在使用的過程中，在完成相同工作量的情況下，造成的能源浪費(fèi)是最高的。盡管科技在不斷的發(fā)展，很多的科研人員也在嘗試著將這種方式的生產(chǎn)成本降低到最小，但是實(shí)際的使用成本還是要高于其他的發(fā)電方式，在未來這種技術(shù)最終會(huì)被淘汰。

結(jié)束語

從世界范圍看，現(xiàn)階段儲(chǔ)能仍處于發(fā)展的初期階段，但近年來我國儲(chǔ)能行業(yè)已呈現(xiàn)出多頭并進(jìn)的良好態(tài)勢(shì)：如傳統(tǒng)的抽水蓄能等儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大;超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容等電氣類儲(chǔ)能，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池等電化學(xué)類儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)不斷優(yōu)化升級(jí);儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能等也取得了不小的進(jìn)展。相關(guān)政策的不斷出臺(tái)和實(shí)施，儲(chǔ)能技術(shù)和工藝將得到快速提升，儲(chǔ)能成本也將大幅下降。在不遠(yuǎn)的未來，規(guī)?；瘍?chǔ)能完全能夠利用自身效能實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

參考文獻(xiàn)

[1]劉越.探析儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].電子測(cè)試，2019，（04）：91-92.

[2]全俊曉.儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電子測(cè)試，2020.

[3]方彤，王乾坤，周原冰.電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用評(píng)價(jià)及發(fā)展建議[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23（11）：32-36.

[4]趙紫玲，代拓.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)智能微網(wǎng)中的應(yīng)用探究[J].電子測(cè)試，2013（24）：200-201.