新型電力系統(tǒng)下的儲(chǔ)能技術(shù)要點(diǎn)分析

姚金劍，龐繼光

（國網(wǎng)河北省電力有限公司邯鄲市新區(qū)供電分公司，河北邯鄲 056000）

1 新型電力系統(tǒng)下儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)

儲(chǔ)能技術(shù)作為電力領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，具有許多特點(diǎn)。其出現(xiàn)和應(yīng)用不僅使得能源的利用效率大幅提升，同時(shí)也為能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)提供新的解決方案。新型電力系統(tǒng)下儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)主要有：①高效穩(wěn)定。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)存在很大的波動(dòng)性，隨著可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，能源的供給變得不穩(wěn)定。儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)⑦^剩的電力進(jìn)行儲(chǔ)存，待需求高峰期再進(jìn)行釋放，以平衡能源的供需矛盾。這種高效穩(wěn)定的特點(diǎn)使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠，提高了能源的利用率。②高度靈活。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)通常只能進(jìn)行單一的能量轉(zhuǎn)換，而儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種能量形式之間的轉(zhuǎn)換。例如，太陽能和風(fēng)能等新能源的不穩(wěn)定性可以通過儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能供給。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)還可以將多余的電能轉(zhuǎn)化為熱能、動(dòng)能等其他形式，滿足不同領(lǐng)域的能源需求。這種高度靈活的特點(diǎn)使得能源的利用更加多樣化，提高了能源的利用率。③高容量、長壽命。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展使得能量密度得到了大幅提升，單個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備的容量可以達(dá)到幾百甚至上千兆瓦時(shí)。這樣的高容量特點(diǎn)可以滿足大規(guī)模能源的儲(chǔ)存需求，支持電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，新型電力系統(tǒng)下儲(chǔ)能技術(shù)的壽命也得到了顯著延長，一般可以達(dá)到數(shù)十年。這種長壽命的特點(diǎn)降低了系統(tǒng)運(yùn)行的成本，提高了儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。④環(huán)保、低碳。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)主要依賴化石燃料，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。儲(chǔ)能技術(shù)利用了可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等，不僅減少了對(duì)化石能源的依賴，還能有效減少溫室氣體的排放，這種環(huán)保、低碳的特點(diǎn)使得新型電力系統(tǒng)下儲(chǔ)能技術(shù)成為可持續(xù)能源發(fā)展的重要組成部分，對(duì)降低能源消耗和保護(hù)環(huán)境有重要作用。

機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)是通過將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并進(jìn)行儲(chǔ)存的方式。機(jī)械儲(chǔ)能主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等形式。壓縮空氣儲(chǔ)能利用電能將空氣壓縮儲(chǔ)存于容器中，當(dāng)需要釋放能量時(shí)，通過放空空氣來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。這種技術(shù)可以利用電力系統(tǒng)的剩余電能進(jìn)行儲(chǔ)存，并在需要能量時(shí)進(jìn)行釋放，具有較高的能量密度和長期儲(chǔ)存的能力。液壓儲(chǔ)能技術(shù)則是通過將電能轉(zhuǎn)化為液體流體動(dòng)能進(jìn)行儲(chǔ)存的方式。當(dāng)電力系統(tǒng)需要儲(chǔ)能時(shí)，電能將液體壓縮儲(chǔ)存于容器中，需要釋放時(shí)，液體通過液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)渦輪或發(fā)電機(jī)生成電能。液壓儲(chǔ)能技術(shù)具有密閉性好、高效率和高功率輸出等特點(diǎn)，尤其適用于大功率儲(chǔ)能和短時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用場景。

熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)下也發(fā)揮著重要的作用。熱儲(chǔ)能技術(shù)通過將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲(chǔ)存，主要包括蓄熱式儲(chǔ)能和熱泵儲(chǔ)能等形式[1]。而化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)則是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，如利用電能將水分解為氫氣和氧氣，再通過燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電能的過程。

2 新型電力系統(tǒng)下的儲(chǔ)能技術(shù)要點(diǎn)

2.1 機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)

機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵在于將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并在需要時(shí)將機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。其中，蓄水式儲(chǔ)能系統(tǒng)和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是目前應(yīng)用較多且具有廣闊前景的機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)代表。蓄水式儲(chǔ)能系統(tǒng)是利用水的高位能和動(dòng)能進(jìn)行儲(chǔ)能的一種方法。通過將電能轉(zhuǎn)化為水的高位能，將水儲(chǔ)存在高處的貯水池中。當(dāng)需要釋放能量時(shí)，通過釋放水的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，將水能轉(zhuǎn)化為電能并輸入電網(wǎng)[2]。蓄水式儲(chǔ)能系統(tǒng)具有能量密度高、安全可靠、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，且對(duì)環(huán)境影響較小。其能夠應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)的瞬時(shí)負(fù)荷波動(dòng)，提供快速的調(diào)頻和調(diào)容能力，使電網(wǎng)的穩(wěn)定性得到有效保障。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)則是利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)的慣性進(jìn)行儲(chǔ)能和釋能的一種技術(shù)。電能在需求低峰時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)并儲(chǔ)存能量。而在需求高峰時(shí)，通過釋放飛輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，再次轉(zhuǎn)化為電能輸出。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有響應(yīng)快、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且環(huán)境友好，不產(chǎn)生污染物，可以提供高功率輸出，幫助平衡電力系統(tǒng)的波動(dòng)負(fù)荷，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)不僅具備高效、可靠的特點(diǎn)，同時(shí)也有著廣闊的應(yīng)用前景。在可再生能源的大規(guī)模接入下，由于天氣、季節(jié)等因素的影響，能源供給存在不穩(wěn)定性。而機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)可以通過吸收和儲(chǔ)存多余的能量，并在需要時(shí)進(jìn)行釋放，實(shí)現(xiàn)能源的平衡調(diào)節(jié)，提高能源利用率，減少能源浪費(fèi)。此外，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)還可以應(yīng)用于電網(wǎng)的備用電源、頻率調(diào)節(jié)、電網(wǎng)負(fù)荷平衡等方面，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支持。機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)如圖1所示。

圖1 機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)

然而，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用中也存在一些挑戰(zhàn)和難題。①成本問題。機(jī)械儲(chǔ)能設(shè)備的制造和運(yùn)維成本較高，需要大量的投入和維護(hù)費(fèi)用。②占地面積的問題。蓄水式儲(chǔ)能系統(tǒng)需要較大的貯水池，而飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)需要占用一定的場地，對(duì)于一些地域條件限制較多的地區(qū)，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可能受到一定的限制。隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用。通過技術(shù)創(chuàng)新和降低成本，機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的普及程度將進(jìn)一步提高，為新型電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的支撐。同時(shí)，也期待機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)在智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用，為推動(dòng)綠色能源的發(fā)展和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

2.2 化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是利用化學(xué)反應(yīng)的能量變化來儲(chǔ)存和釋放能量的一種技術(shù)。利用化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，將能量轉(zhuǎn)化為其他形式，存儲(chǔ)于特定的化學(xué)物質(zhì)中。而當(dāng)需要釋放這些能量時(shí)，只需要觸發(fā)相應(yīng)的反應(yīng)，便能將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為電能或其他形式能量，供電系統(tǒng)使用。在化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，最為常見的是電池技術(shù)。電池作為較成熟的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其通過兩種不同材料之間的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能，并將其儲(chǔ)存在電池中[3]。在需要電能供應(yīng)時(shí)，電池則會(huì)將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為電流，通過導(dǎo)線傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)中。這種化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)具備功率密度高、能量密度大、環(huán)境友好等優(yōu)勢，可以滿足多種應(yīng)用的需求。

除了傳統(tǒng)的電池技術(shù)，化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)還包括一些新興的能量儲(chǔ)存形式。例如，氫能儲(chǔ)存技術(shù)就是一種備受關(guān)注的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。通過將氫氣與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生水和大量的能量。而這種能量可以在需要時(shí)再通過反應(yīng)逆過程來釋放出來，以供電力系統(tǒng)使用。相比傳統(tǒng)的化石燃料，氫能作為清潔能源的代表，具備著零排放、可再生等特點(diǎn)，對(duì)于未來能源轉(zhuǎn)型具有巨大的意義。此外，流體儲(chǔ)能技術(shù)也是一種重要的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。其原理基于將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過控制流體的流動(dòng)來儲(chǔ)存和釋放能量。例如，抽水蓄能技術(shù)利用電力系統(tǒng)峰谷差異，將低谷時(shí)段的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將水抽升至高位儲(chǔ)能。而在電力需求高峰時(shí)，通過放水流動(dòng)驅(qū)動(dòng)渦輪，再將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)。這種化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)具備靈活性和可調(diào)度性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)對(duì)能源需求波動(dòng)帶來的挑戰(zhàn)。化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中具備著廣闊的前景。不僅可以平衡電力系統(tǒng)的供需差異，提高能源的利用效率，同時(shí)還為可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用提供了有力的支持。隨著科技的進(jìn)步和創(chuàng)新的推動(dòng)，化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)不斷發(fā)展和完善，為新能源的時(shí)代注入更多的活力。

2.3 電磁儲(chǔ)能技術(shù)

電磁儲(chǔ)能技術(shù)是一種將電能轉(zhuǎn)化為磁能并進(jìn)行儲(chǔ)存的技術(shù)。其基于電磁感應(yīng)原理，通過將電流通過線圈產(chǎn)生磁場，將電能轉(zhuǎn)化為磁能，并借助于磁場，在合適的條件下將磁能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存與釋放。這種技術(shù)具有許多突出的特點(diǎn)，使得其成為了一種備受關(guān)注的儲(chǔ)能手段[4]。電磁儲(chǔ)能技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）高效性。在轉(zhuǎn)化過程中，由于電能的轉(zhuǎn)化效率較高，使得電磁儲(chǔ)能技術(shù)在能量儲(chǔ)存與釋放方面具有較高的轉(zhuǎn)化效率。這使得其在應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中瞬態(tài)負(fù)荷需求和電力波峰時(shí)可以迅速響應(yīng)，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

（2）可靠性。由于其基于物理原理，儲(chǔ)能設(shè)備本身不會(huì)受到化學(xué)反應(yīng)、材料老化等問題的影響，可以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的儲(chǔ)能與釋放。這使得電磁儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中充當(dāng)儲(chǔ)能備用，可以隨時(shí)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，確保電力系統(tǒng)在突發(fā)情況下的安全運(yùn)行。

（3）壽命較長、維護(hù)成本低。儲(chǔ)能裝置的壽命主要由電磁元件的使用壽命決定，而電磁元件一般具有較長的使用壽命，可以滿足長期的運(yùn)行需求。與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，電磁儲(chǔ)能技術(shù)的維護(hù)成本較低，幾乎不需要定期更換和維護(hù)零部件，使得其在成本效益方面具有優(yōu)勢。

（4）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。電磁儲(chǔ)能技術(shù)可以應(yīng)用在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，通過將車輛的制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行儲(chǔ)存，以供給車輛在加速或爬坡時(shí)的能量需求，提高電動(dòng)車的續(xù)航里程。此外，電磁儲(chǔ)能技術(shù)還可以應(yīng)用在電力調(diào)峰調(diào)頻領(lǐng)域，通過儲(chǔ)存電力系統(tǒng)的多余電能，并在負(fù)荷需求高峰期釋放，平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系。

2.4 熱儲(chǔ)能技術(shù)

在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，熱儲(chǔ)能技術(shù)因其高效、環(huán)保、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)備受關(guān)注。熱儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再轉(zhuǎn)化為電能輸出，為電力系統(tǒng)提供了重要的解決方案。熱儲(chǔ)能技術(shù)的原理與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)有所不同。傳統(tǒng)的電池儲(chǔ)能技術(shù)往往受制于能量密度低、壽命短、循環(huán)次數(shù)有限等問題，而熱儲(chǔ)能技術(shù)則克服了這些困難。通過將電能轉(zhuǎn)化為熱能，利用與熱相關(guān)的物質(zhì)或系統(tǒng)來存儲(chǔ)能量。在需要用電時(shí)，再將儲(chǔ)存的熱能轉(zhuǎn)化為電能，以滿足電力需求。

熱儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在電力系統(tǒng)中，熱儲(chǔ)能技術(shù)可以用于峰值削峰填谷，即在電力需求高峰和低谷時(shí)段之間儲(chǔ)存和釋放能量，以平衡電網(wǎng)負(fù)荷。這意味著在電力需求較低時(shí)，多余的電能可以被轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存起來，而在電力需求較高時(shí)，則可以將儲(chǔ)存的熱能轉(zhuǎn)化為電能供給電力系統(tǒng)[5]。這種儲(chǔ)能方式不僅能夠提高電力系統(tǒng)的供電可靠性，還能夠有效地利用電能資源，減少能源浪費(fèi)。另外，熱儲(chǔ)能技術(shù)還可以用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在許多工業(yè)過程中，需要大量的熱能。傳統(tǒng)的熱能供給方式往往依賴于燃煤、燃?xì)獾然剂?，不僅會(huì)帶來環(huán)境污染，還會(huì)消耗大量的能源資源，而熱儲(chǔ)能技術(shù)則可以通過儲(chǔ)存電能并轉(zhuǎn)化為熱能的方式，為工業(yè)生產(chǎn)提供綠色、可持續(xù)的能源解決方案，這不僅可以降低工業(yè)生產(chǎn)的能源成本，還可以減少對(duì)化石燃料的依賴，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 新型電力系統(tǒng)下儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景

儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。微電網(wǎng)是指將分散的能源資源與電力負(fù)荷相耦合，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電力系統(tǒng)，具備自主運(yùn)行和供電能力的小型電力網(wǎng)。由于微電網(wǎng)的局部性和自治性，儲(chǔ)能技術(shù)可以在其中起到平衡電力負(fù)荷和能源供給的作用。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)可以根據(jù)電力負(fù)荷的變化情況，靈活調(diào)整能源的供給和儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

儲(chǔ)能技術(shù)在智能電網(wǎng)中扮演著不可或缺的角色。智能電網(wǎng)是指通過先進(jìn)的通信、控制和信息技術(shù)，將可再生能源、儲(chǔ)能技術(shù)和用戶需求進(jìn)行有效整合和管理的電力系統(tǒng)。在智能電網(wǎng)中，儲(chǔ)能技術(shù)可以有效應(yīng)對(duì)可再生能源的間歇性和波動(dòng)性問題。通過儲(chǔ)存電力并在需要時(shí)釋放，儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活調(diào)度，提高能源的利用效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述，新型電力系統(tǒng)下的儲(chǔ)能技術(shù)在推動(dòng)可再生能源的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和構(gòu)建智能電網(wǎng)等方面具有重要的意義。在不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和工程應(yīng)用的同時(shí)，還需要加強(qiáng)政策支持和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步成熟和普及。以期實(shí)現(xiàn)清潔、可持續(xù)的能源供應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的生活環(huán)境。