新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術探究

李彥榮，王康民

(1.山西能源學院，晉中 030600；2.山西省高效太陽能光電轉(zhuǎn)換工程技術研究中心，太原 030000)

1 引 言

1.1 化學儲能

在新能源電力系統(tǒng)運行中，化學儲能是一種常見的新能源儲能技術，通過電池正負極的反應作用，實現(xiàn)化學能量與電力能源的有效轉(zhuǎn)化，以此滿足電力系統(tǒng)的用電需求，在達到電力系統(tǒng)儲能要求的基礎上，提高能源的利用率，保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，促進儲能技術在新能源電力系統(tǒng)能源儲存和轉(zhuǎn)化方面得以應用。在應用化學儲能技術時，要考慮到不同電池的屬性和類別，根據(jù)電池屬性特點，判斷電池的使用功能，確保選用的電池能夠達到電力系統(tǒng)內(nèi)部能源轉(zhuǎn)化的標準。如鋰電池不同于普通金屬電池的使用性能，在電力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化中，具有較高的能源轉(zhuǎn)化率，能夠在短時間完成化學能量的電力轉(zhuǎn)化。

1.2 物理儲能

新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術分為很多種，物理儲能作為電力系統(tǒng)常見的能源儲存轉(zhuǎn)化技術，主要分為抽水儲能、飛輪儲能以及壓縮儲能三種形式，根據(jù)電力系統(tǒng)運行的實際情況，選擇合理可行的物理儲能技術，減少系統(tǒng)耗能壓力，提高能源利用率。如抽水儲能相較于其他儲能技術的容量更大，具有低成本、高儲能的作用，被廣泛應用于電力系統(tǒng)儲能應用中。但抽水儲能容易受到地理位置和自然條件的限制，影響其使用性能的發(fā)揮。而飛輪儲能方式區(qū)別于抽水儲能形式，不易受到外界因素的影響，具有效率高的特點，能夠在短時間內(nèi)完成能源的轉(zhuǎn)換工作，同時飛輪儲存應用成本也比較高，不利于成本控制。

1.3 電磁儲能

新能源電力系統(tǒng)中應用儲能技術能夠?qū)崿F(xiàn)能源的有效儲存，針對不同的能源，采用合理可行的儲能轉(zhuǎn)化技術，將水能、熱能、冷能以及風能等能源轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)所需要的電力能源，滿足系統(tǒng)運行的供電需要，達到電力能源轉(zhuǎn)化儲存的目的。而應用電磁儲能技術，借助變流器及超導材料將電磁能轉(zhuǎn)換為可適用的電能，依靠電磁儲能技術，實現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)化，為電力系統(tǒng)運行提供充足的電力能源。同時，使用電磁儲能技術進行電力系統(tǒng)能源儲存轉(zhuǎn)化工作時，要結(jié)合電力系統(tǒng)運行的實際情況，實時掌握電力系統(tǒng)內(nèi)部電阻及電流大小，對電磁能進行科學轉(zhuǎn)化，避免出現(xiàn)能源浪費問題。運用電磁儲能技術能夠在電力系統(tǒng)電能不足的情況下，將電磁能轉(zhuǎn)化為可用的電力能源，保證電力系統(tǒng)正常運行，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

1.4 相變儲能

新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術包括化學儲能、物理儲能、機械儲能以及相變儲能，其中相變儲能技術以吸收材料和釋放熱能為能源轉(zhuǎn)化方式，實現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)能源的有效轉(zhuǎn)換，滿足系統(tǒng)運行的電力需要。在實際應用中，相變儲能技術分為電儲熱、熔融鹽儲熱以及冰蓄冷三種形式，其中電儲熱主要利用水和金屬的作用進行能源儲存轉(zhuǎn)化，由于水儲能的成本較低，常被應用于新能源電力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換中。而金屬儲能根據(jù)物體的形態(tài)變化，實現(xiàn)熱能的儲存和轉(zhuǎn)化工作，能夠?qū)崮苡行мD(zhuǎn)化成電力系統(tǒng)所需要的能源，提高能源的轉(zhuǎn)化率。熔融鹽儲能方式主要對鹽進行處理，結(jié)合自身熱導性能，完成電力系統(tǒng)內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化。冰蓄冷儲能方式以特殊的儲能形式，對冷能進行儲存，通過冰蓄冷的方法，實現(xiàn)冷能的有效轉(zhuǎn)化，提高電力系統(tǒng)內(nèi)部的制冷效果，從而降低電力系統(tǒng)的電力能源耗損量。

2 儲能系統(tǒng)集成技術

針對具體應用，儲能系統(tǒng)的集成技術和方式也比較重要，決定了儲能系統(tǒng)整體的使用效率和功能體現(xiàn)，主要涉及電池成組技術、電化學儲能變流器系統(tǒng)技術以及相應的系統(tǒng)拓撲結(jié)構，同時儲能電池的運行需要電池管理系統(tǒng)的技術支持。(1)電池成組導致壽命問題。由于電池的不一致性客觀存在，需要做到成組電池容量、內(nèi)阻、充放電特性趨于一致，在集成后通過均衡策略盡可能實現(xiàn)性能均勻，整體表現(xiàn)良好特性，有利于電池壽命延長。(2)溫度控制問題。溫度對電池的容量甚至壽命、安全影響明顯。在電池成組中考慮冷卻方式、散熱結(jié)構、隔熱方式、風道設計等相關熱管理技術。(3)電氣安全問題。電池系統(tǒng)是一個高能量體，通過較合理的串、并聯(lián)連接方式實現(xiàn)分流分壓，防止局部產(chǎn)生電氣安全事故。(4)電化學儲能變流器是儲能與交流電網(wǎng)連接的樞紐。根據(jù)不同的規(guī)模等級，其應用場景有所區(qū)別。新能源發(fā)電側(cè)一般需用 MW 級電化學儲能，所以大功率大容量儲能變流器的研究是當前趨勢。(5)系統(tǒng)拓撲結(jié)構是對具體的應用場景，基于以上技術的綜合應用，包括直流/交流充放、電壓選擇、功率/電流分配、優(yōu)化布置等，組成能量流、信息流(控制信息、狀態(tài)信息)合理的系統(tǒng)結(jié)構，達到高效、安全、穩(wěn)定的電能交換。(6)電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的高效管理。包括對電池剩余電量(SOC)的準確估算，健康狀態(tài)、故障狀態(tài)的管理，同時基于數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)能效分析，其中對剩余電量(SOC)的精確計算、高精度數(shù)據(jù)采集和處理、狀態(tài)管理方法是研究熱點。

3 新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術的應用措施

3.1 強化系統(tǒng)控制功能

儲能技術應用于新能源電力系統(tǒng)中，對于維護電力系統(tǒng)安全運行具有重要作用。工作人員在運用儲能技術進行新能源電力系統(tǒng)能源儲存和轉(zhuǎn)化工作時，為了促使儲能技術達到最佳應用效果，需要結(jié)合電力系統(tǒng)運行情況，強化儲能系統(tǒng)控制功能，尤其對電力系統(tǒng)內(nèi)部功率較大的電流進行控制，通過對系統(tǒng)內(nèi)部電流的有效控制，降低能源消耗量，實現(xiàn)儲能技術在新能源電力系統(tǒng)領域的應用目的。工作人員強化儲能系統(tǒng)的控制功能，除了控制系統(tǒng)內(nèi)部電流變動情況，還可以通過控制儲能系統(tǒng)內(nèi)部裝置，結(jié)合先進的信息技術，充分發(fā)揮現(xiàn)代技術智能化的優(yōu)勢。

3.2 完善系統(tǒng)組成結(jié)構

優(yōu)化和完善儲能系統(tǒng)組成結(jié)構對于實現(xiàn)儲能技術的應用價值具有促進作用。在新能源電力系統(tǒng)運行中，工作人員在應用儲能技術進行電力能源轉(zhuǎn)化時，要全面檢查電力系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構，嚴格檢查儲能系統(tǒng)的配電裝置，確保新能源轉(zhuǎn)化工作能夠順利進行。如在風能、太陽能、電磁能轉(zhuǎn)化電力能源工作中，需要工作人員把握各個系統(tǒng)電流流動要求，改善系統(tǒng)組成結(jié)構，以此實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置，發(fā)揮儲能系統(tǒng)電流控制作用。同時，對于新能源在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的多余能源，儲能系統(tǒng)能夠發(fā)揮儲存功能，對多余的能源進行儲存處理，為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力能源，滿足電力系統(tǒng)運行需要，促進儲能技術創(chuàng)新發(fā)展。

3.3 實現(xiàn)儲能優(yōu)化配置

儲能技術合理運用到新能源電力系統(tǒng)中，能夠有效促進能源儲存轉(zhuǎn)化，滿足電力系統(tǒng)的用電需求，確保電力系統(tǒng)運行的安全性。為了進一步發(fā)揮儲能技術在新能源電力系統(tǒng)能源儲存轉(zhuǎn)化方面的應用作用，需要工作人員加強儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置，在應用儲能技術進行能源轉(zhuǎn)化時，應注意能源轉(zhuǎn)化的質(zhì)量和效率，盡可能為電力系統(tǒng)提供充足的電力能源，保證電力系統(tǒng)運行中有足夠的電力能源可用。