儲能技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展

孫昌岫

山東泉舜工程設(shè)計監(jiān)理有限公司 山東淄博 255000

隨著儲能技術(shù)商業(yè)化的發(fā)展，儲能項目規(guī)模會逐步增加，儲能各應(yīng)用市場領(lǐng)域?qū)⒏用魑こ虒嵺`中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如儲能工程設(shè)計、消防安全等缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參考，儲能電池選型、電站規(guī)劃配置、系統(tǒng)集成缺少頂層設(shè)計和理論支撐，儲能系統(tǒng)調(diào)控和運行維護缺少經(jīng)驗，儲能電池SOC標(biāo)定誤差較大，系統(tǒng)調(diào)控未實現(xiàn)系統(tǒng)性全局最優(yōu)等[1]。

1 儲能技術(shù)

廣義的儲能是指通過某種介質(zhì)和裝置，把以電能、熱能、機械能、化學(xué)能等為代表的某一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量存儲起來，在需要的時候再將其轉(zhuǎn)化為特定形式的能量并釋放出來的一系列的技術(shù)和措施，包括煤、石油、天然氣等化石能源及電力、熱能、氫能、成品油等二次能源的存儲。狹義的儲能多指電能的存儲。因為電能是目前應(yīng)用最廣泛的二次能源，所以儲能的轉(zhuǎn)換大多與電能的生產(chǎn)、利用和消耗相關(guān)。電能的存儲是儲能中最為重要的形式。隨著第一塊電池--“伏特電堆”的出現(xiàn)，開始把儲能與電緊緊地聯(lián)系在一起。而鉛酸電池的發(fā)明則逐漸揭開了工業(yè)儲能的序幕。進入21世紀(jì)以來，電力行業(yè)的高速發(fā)展、電子產(chǎn)品的快速普及以及可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用驅(qū)動著儲能產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，各種新型儲能技術(shù)不斷涌現(xiàn)，儲能向著大型化、高效率、低成本的方向發(fā)展[2]。

2 儲能技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 壓縮空氣儲能技術(shù)

空氣壓縮儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C技術(shù)而產(chǎn)生的一種系統(tǒng)，其主要作用為儲存能量，這一系統(tǒng)于電力系統(tǒng)用電低峰段可有效轉(zhuǎn)化電能，并儲存已經(jīng)完成轉(zhuǎn)化的能量，而用電高峰時段可有效釋放高壓空氣，在此基礎(chǔ)上保證發(fā)電機能量的充足，使發(fā)電機正常運行?，F(xiàn)階段，壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要分為兩種類型，一種類型為新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效縮減機組規(guī)模，控制在100MW范圍內(nèi)，另一種類型為傳統(tǒng)電站，通過天然氣及洞穴儲存能量，且一般情況下單臺機組規(guī)模在100MW以上。同時，根據(jù)儲能系統(tǒng)能否耦合其他熱力系統(tǒng)，可將其劃分為制冷循環(huán)耦合系統(tǒng)、內(nèi)燃機系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C系統(tǒng)及燃?xì)庹羝Y(jié)合循環(huán)耦合系統(tǒng)，而就目前來看，空氣壓縮儲能技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍較為廣泛，但是化石燃料會對儲能效率產(chǎn)生不良影響，且在地理條件方面存在約束[3]。

2.2 電化學(xué)儲能分析

對于化學(xué)儲能而言，通過和其他相關(guān)儲能設(shè)備進行比較可知，機動性相對來說比較好，并且在一定程度上具有著相對來說比較快的反應(yīng)速度，能力比較高等，再加上循環(huán)效率上也是較為獨特的。所以在大多數(shù)化學(xué)裝置中都能獲得比較好的應(yīng)用。通過研究重點領(lǐng)域中化學(xué)技術(shù)，合理的運用鋰電池以及鉛炭電池，對化學(xué)儲能的應(yīng)用性進行不斷的提高。現(xiàn)階段由于我國化學(xué)儲能占的比例不是很高，大部分技術(shù)都是由國外部分公司進行壟斷的，因此會下降鋰電池成本，進一步加強化學(xué)儲能中的商業(yè)潛力[4]。

2.3 飛輪儲能技術(shù)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中飛輪儲能技術(shù)的應(yīng)用，可在很大程度上促進電力系統(tǒng)對可再生能源的接收，確保其正常運行?，F(xiàn)階段，可再生能源已經(jīng)成為電力行業(yè)發(fā)展過程中的重要能源，但其存在不穩(wěn)定性，因此電力系統(tǒng)中可再生能源的運行可影響輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，而風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有機結(jié)合飛輪儲能技術(shù)可提升風(fēng)能利用率，使電力系統(tǒng)運行成本下降。存儲階段能量釋放過程中，飛輪儲能技術(shù)可使飛輪轉(zhuǎn)動效率有效下降，電動機可有效將動能轉(zhuǎn)化為電能，在此基礎(chǔ)上減少電力系統(tǒng)發(fā)電成本。同時，電力系統(tǒng)若是出現(xiàn)故障，可嚴(yán)重影響智能電網(wǎng)內(nèi)儲能系統(tǒng)的正常運行，而通過飛輪儲能系統(tǒng)可有效減少并處理故障，確保系統(tǒng)運行正常。

3 基于我國電力系統(tǒng)儲能技術(shù)發(fā)展的研究

在可再生能源并網(wǎng)方面，以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源發(fā)電普遍存在波動性和不確定性，大量并網(wǎng)將對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生沖擊。儲能系統(tǒng)可對可再生能源發(fā)電進行能量緩沖與調(diào)節(jié)，以便更好地被電網(wǎng)所接納，從而提高可再生能源發(fā)電利用率。從電網(wǎng)側(cè)看，如果通過新增發(fā)電和輸配電設(shè)備的方法來滿足不斷增加的高峰負(fù)荷，則需要增加昂貴的設(shè)備投資，同時擴容的容量利用率非常低。此外，傳統(tǒng)的火力發(fā)電站、水力發(fā)電站及核電站對負(fù)荷的響應(yīng)時間較長，因此，通過增加設(shè)備容量的方法難以做到對需求的快速響應(yīng)。為此，建設(shè)包括抽水蓄能電站在內(nèi)的各類大型儲能電站進行電力調(diào)峰和電能質(zhì)量優(yōu)化，可以起到能量緩沖的作用。從用戶側(cè)看，隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化技術(shù)的快速發(fā)展，一些重要的用電設(shè)備對電能質(zhì)量提出了更高要求。儲能系統(tǒng)可對電網(wǎng)電壓波動、頻率偏移、諧波、三相不平衡等電能質(zhì)量問題進行優(yōu)化，對斷電、電涌等突發(fā)事故提供應(yīng)急保護，有助于滿足用戶更高的用電要求[5]。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行中儲能技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義，其包含壓縮空氣儲能技術(shù)、飛輪儲能技術(shù)及電化學(xué)儲能技術(shù)，而不同技術(shù)類型的應(yīng)用可進一步強化現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行過程中對新能源的兼容性，提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及能量管理效率，在此基礎(chǔ)上提升現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性及安全性，增強系統(tǒng)儲能能力。