儲能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應用

戴華偉

摘要：隨著世界范圍內(nèi)科技進程的不斷躍升，人類對電能的需求程度逐漸上升。因此，在生產(chǎn)生活中電能的重要性逐漸凸顯。通過對傳統(tǒng)電力生產(chǎn)流程的分析，傳統(tǒng)的電氣生產(chǎn)過程中，電能的產(chǎn)生、傳輸、分配和使用幾乎同時進行，這種特性很大程度上影響著電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設、調(diào)度運行以及控制管理方式。目前，可以利用大容量儲能技術(shù)的應用打破電力供需實時平衡的限制。文章分析關(guān)儲能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應用現(xiàn)狀，介紹電氣工程領(lǐng)域儲能技術(shù)，并提出提高電能存儲技術(shù)在電氣工程中的應用能力的方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣工程;儲能技術(shù);應用研究;電能質(zhì)量

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(zhì)基礎(chǔ)，更是實現(xiàn)國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求，電力企業(yè)必須要結(jié)合實際情況，優(yōu)化現(xiàn)有能源供給結(jié)構(gòu)，提高電力儲能的質(zhì)量，從而保障輸配電過程的安全性與穩(wěn)定性。

一、儲能技術(shù)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(nèi)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(guān)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(shù)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(shù)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(cè)、輸配電側(cè)、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(shù)可以按照能量存儲形式及結(jié)構(gòu)機理劃分為物理儲能和化學儲能兩種。

二、儲能技術(shù)分析

（一）物理儲能技術(shù)

壓縮空氣儲能技術(shù)是典型的物理儲能技術(shù)形式之一。基于電動機驅(qū)動壓縮機從而將空氣壓縮并降溫后進行可靠存儲，儲氣室主要由報廢的礦井、海底儲氣罐、油氣井以及山洞等構(gòu)成，釋放過程中，風電機組實際輸出的功率達不到帶動負荷運行的要求，從而將儲存著的空氣進行加熱升溫處理，隨后諸如燃燒室內(nèi)進行輔助燃燒，燃氣膨脹最終推動汽輪機的運行，實現(xiàn)發(fā)電。壓縮空氣儲能實際轉(zhuǎn)化率可以達到75%左右，德國建設的一座29萬Kw壓縮空氣儲能站，其轉(zhuǎn)化率可以達到77%，實際在額外配套一些技術(shù)該轉(zhuǎn)化率有望可以達到80%左右。除此之外，抽水儲能技術(shù)以及飛輪儲能技術(shù)等也是目前應用較為普遍的儲能技術(shù)，抽水儲能技術(shù)容量大，運行成本低，但受到地理條件以及水文環(huán)境等影響，儲能電站選址有一定的要求;而飛輪儲能技術(shù)能量密度較高、瞬時功率也比較大，對于充放電次數(shù)沒有明顯的限制且清潔型較高，但實際配套建設成本較高。

（二）化學儲能技術(shù)

鋰電池儲能技術(shù)是目前較為新型的儲能技術(shù)之一，其能源效率較高且能量密度更大。鋰電池儲能主要包含單體電池、充放電系統(tǒng)以及電池管理系統(tǒng)等幾個部分組成，實際綜合利用效率可以達到85%以上。相比于鉛酸電池等儲能技術(shù)，鋰電池儲能的充放電效率更高，安全性也比較好，通過串并聯(lián)等方式可以大大提升儲能容量或者得到更高的電壓。液流電池也是常見的化學儲能技術(shù)之一，業(yè)內(nèi)也稱之為氧化還原液流電池，主要是將正負極之間的電解液進行有效隔離，并實現(xiàn)各自循環(huán)的一種高性能電池。實際輸出功率主要由電池組的面積以及單電池的節(jié)數(shù)所決定，進一步增加電解液的體積或者濃度等，可以大大提升儲能容量。

三、電氣工程領(lǐng)域中有關(guān)儲能技術(shù)的應用

（一）儲能技術(shù)在穩(wěn)定和控制大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中的應用

電力儲能技術(shù)是改變傳統(tǒng)電力發(fā)展思維方式的有效手段，在很大程度上促進了電力工程的現(xiàn)代化發(fā)展?，F(xiàn)代化的電力儲能技術(shù)通過抑制傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中可能會發(fā)生的局部不穩(wěn)定問題促進電能穩(wěn)定和可控。通過對電力儲能技術(shù)的有效應用，可以通過區(qū)域之間的多種結(jié)合模式解決整體不穩(wěn)定的問題。

傳統(tǒng)電能系統(tǒng)運行過程中，機組之間會有一定程度的振蕩現(xiàn)象，而電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）必須通過發(fā)電機組附加勵磁控制才能有效抑制系統(tǒng)發(fā)生局部振蕩，對于大型復雜互聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的區(qū)域間多模式低頻振蕩問題，常難以達到滿意的控制效果。在傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)中，任何微小擾動都會引起系統(tǒng)整體功率之間的動態(tài)不平衡導致機組間的振蕩。而只要儲能裝置容量足夠大，并且可以快速響應，就可以實現(xiàn)機組之間系統(tǒng)功率的平衡與協(xié)調(diào)。這是一種主動至穩(wěn)電系統(tǒng)的思路。

（二）儲能技術(shù)在脈沖功率系統(tǒng)中的應用

現(xiàn)有技術(shù)的一個典型應用是在脈沖功率系統(tǒng)中發(fā)揮作用。脈沖率源并不是一個單一系統(tǒng)，由許多不同的系統(tǒng)部件組成，如負載儲能單元和波形調(diào)制等。從長遠來看，脈沖功率系統(tǒng)會逐漸朝著高傳輸功率和高儲能密度以及高傳輸密度方向不斷發(fā)展。將該技術(shù)應用于整體電能系統(tǒng)，不僅可以促進以上目標的實現(xiàn)，還可以減小系統(tǒng)的體積。為了將現(xiàn)行的儲能技術(shù)和傳統(tǒng)的電力儲存技術(shù)相結(jié)合，還需要進行進一步的儲能設備研究與升級，研究出更多種類的，適應于不同系統(tǒng)，并且更加具有適應性的電力儲能設備。電力儲能設備具備的特點可以在真正意義上促進電力整體系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級，使整體系統(tǒng)具有更加高效的運作效果。

四、儲能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應用展望

隨著我國社會發(fā)展速度的不斷提高，人民以及公司對電力的需求量也不斷增強，當前電力資源已經(jīng)成為推動我國社會發(fā)展的主要資源。電能所涉及的內(nèi)容比較全面，其應用范圍也非常廣泛。隨著經(jīng)濟水平的不斷提升，我國電氣工程所面臨的問題也越來越嚴重，為了對這些問題進行更好的解決，我國儲能技術(shù)必須朝著大規(guī)模、大容量方向發(fā)展。目前，限制我國儲能技術(shù)發(fā)展的主要因素為材料。隨著科研水平的不斷提高，這個問題一定會被很好地解決，從而提升我國儲能技術(shù)水平。所有儲能技術(shù)都是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰看鎯ζ饋恚@個過程所消耗的能量比較大，如果降低其損耗率，也能夠促進儲能技術(shù)朝著更好的方向發(fā)展。未來將會主要研究儲能技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應用以及對能源的合理分配等。

結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，以及電力行業(yè)整體發(fā)展水平的不斷提高，發(fā)展模式不斷健全，在經(jīng)濟社會的高速發(fā)展的情況下，對于電力能源的需求量以及應用的要求也在不斷提高，儲能技術(shù)也隨之得到了更為廣泛的應用和發(fā)展，在電力系統(tǒng)內(nèi)的應用范圍不斷擴大。這在一方面促進了儲能系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展，另一方面也對儲能技術(shù)提出了更高的要求，促進其符合電力能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。但就我國目前的電力能源以及儲能裝置發(fā)展現(xiàn)狀而言，仍舊存在較多的問題，例如電力儲能技術(shù)的功率震蕩等，需要我們專家學者予以重視并積極解決，才能促進我國電力能源系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)的長遠健康發(fā)展，提高其自身的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

參考文獻

[1].10位大咖，傾力解讀儲能電力電子關(guān)鍵技術(shù)，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(shù)在河北省南部電網(wǎng)應用的適用性研究[J].河北電力技術(shù)，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(shù)高峰論壇成功舉辦[J].電氣時代，2019（01）：20-22.