新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)研究

李 楠

（中國電子科技集團(tuán)有限公司第四十八研究所，湖南 長沙 410000）

0 引 言

現(xiàn)階段，正在積極開發(fā)和推動(dòng)新能源電力系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，意在通過積極開發(fā)水能、冷能、機(jī)械能等多種新能源，使之存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化為電力能源，支持電力系統(tǒng)持續(xù)且穩(wěn)定地運(yùn)行，滿足實(shí)際用電需求。根據(jù)近些年新能源電力系統(tǒng)發(fā)展實(shí)際情況，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用能夠極大程度上消除新能源使用不穩(wěn)定和周期性強(qiáng)等問題，拓展了電力系統(tǒng)應(yīng)用范圍。發(fā)展新能源電力系統(tǒng)應(yīng)高度重視并且優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)，為促進(jìn)我國現(xiàn)代化電力行業(yè)的良好發(fā)展創(chuàng)造條件。

1 新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用及作用

1.1 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

1.1.1 化學(xué)儲(chǔ)能

化學(xué)儲(chǔ)能是一種常見的新能源儲(chǔ)能技術(shù)，在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是電池正負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，將化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電力能源，以滿足用電需求。該項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠滿足電力系統(tǒng)儲(chǔ)能需求，而且盡可能地保證能源充分利用，以便電力系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定且安全的運(yùn)行[1]。為了保證化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用，需要詳細(xì)了解新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，選擇與之相匹配的電池，尤其要重點(diǎn)考慮電池屬性及類別，以保證其使用功能較強(qiáng)，可持續(xù)進(jìn)行化學(xué)能量轉(zhuǎn)化，滿足電力系統(tǒng)電能需求。比如鋰電池與金屬電池的使用性能就有很大差異，其中鋰電池能源轉(zhuǎn)化率較高，且能源轉(zhuǎn)化所需時(shí)間較短；而金屬電池能源轉(zhuǎn)化需要消耗的成本較低，更能保護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行[2]。因此，在具體選擇電池的過程中，相關(guān)負(fù)責(zé)人及技術(shù)人員應(yīng)基于電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況及能源轉(zhuǎn)化需求而選擇最為恰當(dāng)?shù)碾姵亍?/p>

1.1.2 物理儲(chǔ)能

物理儲(chǔ)能是一種常見的能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化技術(shù)，在新能源電力系統(tǒng)中也能夠發(fā)揮作用，滿足儲(chǔ)能需求?，F(xiàn)階段所推出的物理儲(chǔ)能技術(shù)有抽水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及壓縮儲(chǔ)能3種形式。相關(guān)負(fù)責(zé)人或技術(shù)人員可從降低耗能、提高能源利用率的角度出發(fā)，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況及能源轉(zhuǎn)化需求選擇最為適合的物理儲(chǔ)能形式。3種物理儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下，其中抽水儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)為容量較大、成本較低，缺點(diǎn)則是受地理位置及自然條件影響較大，相應(yīng)的其使用性能有所改變，需要特別考慮這一情況。飛輪儲(chǔ)能能源轉(zhuǎn)化效率高，可切實(shí)有效節(jié)約能源轉(zhuǎn)化時(shí)間，且不受外界因素影響，當(dāng)然需要注意的是，其應(yīng)用成本較高。壓縮儲(chǔ)能因?yàn)槭峭ㄟ^風(fēng)電機(jī)作用才實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的，所以能源轉(zhuǎn)化率不是很高，但也能夠滿足電力系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

1.1.3 電磁儲(chǔ)能

電磁儲(chǔ)能作為儲(chǔ)能技術(shù)的一種類型，它是將電磁能轉(zhuǎn)化為電力能源，整個(gè)轉(zhuǎn)化過程非常高效，且能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的良好運(yùn)行提供充足能源。除此之外，電磁儲(chǔ)能技術(shù)還有另外一個(gè)優(yōu)勢，也就是在能源轉(zhuǎn)化的過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，尤其是內(nèi)部電阻和電流的變化情況，進(jìn)而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整能源轉(zhuǎn)化程度，以此來保證電力系統(tǒng)有充足電能能源的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)能源浪費(fèi)現(xiàn)象[3]。

1.1.4 相變儲(chǔ)能

與化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能以及電磁儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)有所不同的是，相變儲(chǔ)能是通過吸收其他能量并轉(zhuǎn)化為熱能，以此來滿足電力系統(tǒng)的用電需求。現(xiàn)階段相變儲(chǔ)能技術(shù)的形式中，電儲(chǔ)熱是利用水或金屬作用實(shí)現(xiàn)能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化，其中因水儲(chǔ)能所消耗的成本較低，所以常應(yīng)用于新能源電力系統(tǒng)中。金屬儲(chǔ)能根據(jù)物體形態(tài)變化而存儲(chǔ)熱能，根據(jù)電力系統(tǒng)的用電需求而快速將熱能轉(zhuǎn)化為電力能源，其能源轉(zhuǎn)化率較高。熔融鹽儲(chǔ)能是以鹽為處理對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行一系列的處理，使之發(fā)揮熱導(dǎo)性能，產(chǎn)生熱能，之后轉(zhuǎn)化為電力能源，以滿足電力系統(tǒng)的應(yīng)用需求。冰蓄冷儲(chǔ)能則是通過冰蓄冷的方法產(chǎn)生冷能，電力系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生制冷效果，使電力系統(tǒng)可更加高效地應(yīng)用電力能源。

1.2 儲(chǔ)能技術(shù)的作用

回顧分析我國電力系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展歷程，以往電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中所應(yīng)用的發(fā)電模式，如火力發(fā)電和水力發(fā)電等，不僅會(huì)消耗大量的資源，而且使得電力能源供應(yīng)不穩(wěn)定。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在先進(jìn)技術(shù)的支持下發(fā)電模式更新，能夠?qū)μ柲?、風(fēng)能以及地?zé)崮艿饶茉催M(jìn)行開發(fā)與利用，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏δ茉矗詽M足電力系統(tǒng)的用電需求。但從電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況來看，可再生能源開發(fā)利用具有周期性強(qiáng)和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，難以保證電力能源供應(yīng)持續(xù)且穩(wěn)定。針對(duì)這一情況，提出的解決方案是根據(jù)不同能源的開發(fā)特點(diǎn)來合理配置儲(chǔ)能時(shí)間，在適合的時(shí)間進(jìn)行不同能源的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化，以便有充足的電力能源支持電力系統(tǒng)運(yùn)行。時(shí)至今日，所提出且應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)可為以上電力系統(tǒng)能源供應(yīng)予以補(bǔ)充和優(yōu)化，可為電力系統(tǒng)儲(chǔ)備充足的電力能源，打破電力能源供應(yīng)受地理環(huán)境和自然條件的限制，能夠在山林地區(qū)鋪設(shè)線路，實(shí)現(xiàn)電能供應(yīng)，并且因?yàn)閮?chǔ)能技術(shù)的合理應(yīng)用，使電力系統(tǒng)持續(xù)安全、高效地運(yùn)行，滿足了實(shí)際用電需求[4]。

2 新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用的措施

相關(guān)調(diào)查研究顯示，截止到2020年，各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)均保持良好發(fā)展態(tài)勢，其中化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)占比為5.9%，以抽水儲(chǔ)能為代表的物理儲(chǔ)能裝機(jī)占比為91.9%，變相儲(chǔ)能裝機(jī)占比為2.2%。這充分說明了當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用以抽水儲(chǔ)能為主，化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展勢頭良好?？偨Y(jié)性分析抽水儲(chǔ)能應(yīng)用的實(shí)際情況，其存在的主要缺點(diǎn)是受地理資源條件限制，能量密度較低等。為了能夠改變此種局面，真正提高儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，需根據(jù)新能源電力系統(tǒng)應(yīng)用需求，進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，具體的做法如下。

2.1 完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新能源電力系統(tǒng)發(fā)展處于起步階段，儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)部分還存在缺陷或不足，相應(yīng)的儲(chǔ)能效果有限。為了盡可能地提高儲(chǔ)能效率，在優(yōu)化應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)之際應(yīng)進(jìn)一步完善儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。也就是相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)詳細(xì)了解新能源電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況和儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際情況，掌握系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置情況，從不同角度分析該系統(tǒng)，探究可提高該系統(tǒng)使用性能的方案，大膽創(chuàng)新，積極改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的配套設(shè)備予以全方位地檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的異常情況，制定切實(shí)可行的處理方案，有針對(duì)性地處理、消除故障隱患，保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。了解和分析電力系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作狀態(tài)，當(dāng)存在相關(guān)參數(shù)設(shè)置不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況時(shí)，需及時(shí)修正，并注意設(shè)置儲(chǔ)能模塊和轉(zhuǎn)化模塊，使之能夠與儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行有效銜接，促使后續(xù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中可通過模塊操作來控制儲(chǔ)能系統(tǒng)，使之良好運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)目的[5]。

考慮到相關(guān)從業(yè)人員整體水平的高低直接影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為了能夠使之專業(yè)化、規(guī)范化、合理化地開發(fā)和設(shè)置電力系統(tǒng)，應(yīng)組織從業(yè)人員進(jìn)行深度的專業(yè)知識(shí)與技能學(xué)習(xí)、業(yè)務(wù)能力訓(xùn)練以及新技術(shù)學(xué)習(xí)等，逐步提高從業(yè)人員的專業(yè)性，使之能夠在實(shí)際工作中提出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善的可行性方案，并加以執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)新能源電力系統(tǒng)的升級(jí)。

2.2 優(yōu)化儲(chǔ)能配置

正常情況下，新能源電力系統(tǒng)選定特定儲(chǔ)能技術(shù)，后續(xù)工作重心放在該項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)的儲(chǔ)能配置上，只有保證儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用與工作環(huán)境和工作方式相匹配，才能夠真正發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)的作用，提高能源轉(zhuǎn)化率、降低能源轉(zhuǎn)化成本、避免能源浪費(fèi)。為此，在具體優(yōu)化儲(chǔ)能配置的過程中，需要從業(yè)人員能夠了解儲(chǔ)能技術(shù)支持的電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，掌握關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如電力負(fù)荷、轉(zhuǎn)化速率、電能損耗以及儲(chǔ)能速率等，如若某關(guān)鍵數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，則說明儲(chǔ)能技術(shù)配置存在異常情況，需要從業(yè)人員深入分析，提出可行性方案，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用予以調(diào)整，優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)，如此即可保證儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)且良好地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化目的，滿足電力系統(tǒng)用電需求。

2.3 加強(qiáng)儲(chǔ)能控制

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于新能源電力系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化不到位、能源浪費(fèi)或者電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等情況，這充分說明了儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用效果不佳。為了盡可能地避免此種情況發(fā)生，應(yīng)注重在配置儲(chǔ)能技術(shù)之后，還要根據(jù)實(shí)際工作需要，結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況來制定針對(duì)性的、可行性的人工優(yōu)化控制體系，也就是重點(diǎn)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

總結(jié)以往工作經(jīng)驗(yàn)，可知儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的過程中內(nèi)部異常放電現(xiàn)象發(fā)生的概率較高，一旦出現(xiàn)此種現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)。從業(yè)人員應(yīng)針對(duì)這一情況，綜合分析儲(chǔ)能系統(tǒng)，探究可行性的措施來管控儲(chǔ)能系統(tǒng)，如利用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建與儲(chǔ)能系統(tǒng)有效銜接的信息化控制系統(tǒng)，利用傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒒刂葡到y(tǒng)，整理并分析數(shù)據(jù)，不僅有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)異常情況，發(fā)布指令，而且有利于從業(yè)人員能夠掌握異常情況，制定可行性的處理方案，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)予以有針對(duì)性的配置，進(jìn)一步完善該系統(tǒng)，保證其長期良好地運(yùn)行。

3 結(jié) 論

基于本文分析，新能源電力系統(tǒng)的良好發(fā)展與儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用有一定關(guān)系。目前，化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能等多種儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上補(bǔ)充了電力系統(tǒng)，使可用的電力能源充足。但深入了解新能源電力系統(tǒng)可知，其運(yùn)行過程中依舊存在一些不足之處，如可能出現(xiàn)能源浪費(fèi)、能源轉(zhuǎn)化率偏低、能源使用效率不高等情況。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，如完善儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化儲(chǔ)能配置、加強(qiáng)儲(chǔ)能控制等，如此既可保證新能源電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行，又能夠提高能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化效果，避免能源浪費(fèi)。