儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

摘要：目前，我國(guó)正處于電力系統(tǒng)改革的關(guān)鍵期，電力系統(tǒng)供需矛盾愈加凸顯。如今我國(guó)已經(jīng)全面形成了“西電東送”“南北互供”“全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電力格局，這也進(jìn)一步突出了儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性。合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，不僅能夠極大地提升電力系統(tǒng)儲(chǔ)能規(guī)模，同時(shí)對(duì)保障電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、安全有著重要意義?；诖?，分析了目前主流的儲(chǔ)能技術(shù)，探究?jī)?chǔ)能技術(shù)的選擇方式，并提出儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)電力系統(tǒng)電力供給新能源

中圖分類號(hào)：TM73

ApplicationAnalysisofEnergyStorageTechnologyinPowerSystem

JIAXiuliang1GENGJuncheng2NIUYu3

1.StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450018China;2.ElectricPowerScienceResearchInstitute，StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450052China;3.HenanJiuyuEnpaiElectricPowerTechnologyCo.，Ltd.，Zhengzhou，HenanProvince，450052China

Abstract：Atpresent，Chinaisinacriticalperiodofpowersystemreform，andthesupply-demandcontradictioninthepowersystemisbecomingincreasinglyprominent.Nowadays，Chinahasfullyformedapowerpatternof"West-EastPowerTransmission"，"North-SouthMutualSupply"，and"NationalInterconnection"，whichfurtherhighlightstheimportanceofenergystoragetechnologyinthepowersystem.Reasonableapplicationofenergystoragetechnologycannotonlygreatlyenhancethescaleofenergystorageinthepowersystem，butalsohasimportantsignificanceinensuringthestabilityandsafetyofpowersystemoperation.Basedonthis，thisarticleanalyzesthecurrentmainstreamenergystoragetechnologies，explorestheselectionmethodsofenergystoragetechnology，andproposesapplicationsolutionsforenergystoragetechnologyinpowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Powersystem;Powersupply;Newenergy

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大，旨在滿足電力供給需求。但從目前發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，一次能源分布不均等問(wèn)題依然存在，不利于電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。從現(xiàn)有儲(chǔ)能規(guī)模來(lái)看，儲(chǔ)能容量在總裝機(jī)容量占比較低是不爭(zhēng)的事實(shí)，據(jù)調(diào)查并未超過(guò)10%，再加上我國(guó)新型儲(chǔ)電技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，在電網(wǎng)運(yùn)行管理中，更多是憑借繼電保護(hù)、安全裝置保持電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，這就需要建立完整的多點(diǎn)存儲(chǔ)裝置系統(tǒng)作為支撐，提高電能管理質(zhì)量以及電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性[1]。

1電力儲(chǔ)能類型

1.1物理儲(chǔ)能

1.1.1抽水蓄能

抽水蓄能是一種大規(guī)模電力儲(chǔ)能形式，需借助上下游水庫(kù)的水動(dòng)能實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。負(fù)荷低谷期間下游電動(dòng)機(jī)運(yùn)作，將下游水庫(kù)水資源調(diào)到上游水庫(kù)保存；負(fù)荷高峰期，借助上游水庫(kù)的水能進(jìn)行發(fā)電。該項(xiàng)技術(shù)滲漏小、發(fā)電容量大，持續(xù)放電時(shí)間不低于8h，大型水庫(kù)可持續(xù)放電多天，綜合效率在80%左右，在電力系統(tǒng)調(diào)峰、備用電源場(chǎng)合十分適用。但對(duì)地理?xiàng)l件有嚴(yán)格要求。

1.1.2壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能（CompressedAirEnergyStorage，CAES），顧名思義，是通過(guò)壓縮空氣的方法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，在實(shí)際應(yīng)用中在用電低谷期或非高峰期，使用電能壓縮空氣，增加空氣勢(shì)能，并將壓縮空氣存儲(chǔ)到容器當(dāng)中，如果需要補(bǔ)充電能，可通過(guò)加熱壓縮空氣使其膨脹，動(dòng)能傳遞給汽輪發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。CVES技術(shù)具有安全、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在分布式儲(chǔ)能、負(fù)載平衡等領(lǐng)域較為適用。其中，地下CAES經(jīng)濟(jì)性最好，蓄能量可達(dá)40MW以上，持續(xù)發(fā)電時(shí)間不低于8h，但選址難度大；而地上CAES蓄能量相對(duì)小很多，持續(xù)發(fā)電在3h左右，建設(shè)費(fèi)用高，但選址更容易[2]。

1.1.3飛輪儲(chǔ)能

該技術(shù)是借助了飛輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電原理，通過(guò)電能作用于飛輪，將電能轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能，如果需要釋放電能，則飛輪機(jī)械能帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電。該技術(shù)具有使用時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)成熟、無(wú)須廢物、功率高等特點(diǎn)。但也存在能量密度低、成本高等問(wèn)題，不適用于大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能。

1.2電磁儲(chǔ)能

1.2.1超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（superconductingmagneticenergystoragetechnology，SMES）主要是采用零電阻的超導(dǎo)磁材料制作成線圈，形成大型、無(wú)阻的電感，通電之后線圈會(huì)生成磁場(chǎng)，是電能轉(zhuǎn)化為磁能的過(guò)程。該項(xiàng)技術(shù)具有轉(zhuǎn)化效率高、設(shè)備集成度高、控制性強(qiáng)、快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，在大容量能量交換以及功率補(bǔ)償能夠得到有效應(yīng)用，有助于提升電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性、平衡電荷，在新能源并網(wǎng)領(lǐng)域也有很大的發(fā)展空間。

1.2.2超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是指電荷以靜電方式存儲(chǔ)在電解質(zhì)和電極之間的雙電層界面中，電極為高比表面積碳材料、電解液為有機(jī)溶液，充放電過(guò)程不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，極大地提升了充放電速率以及系統(tǒng)使用壽命，在-35～75℃之間均可以正常使用，特別是在惡劣環(huán)境下具有良好的適應(yīng)性。但超級(jí)電容造價(jià)更高，主要適用于高峰值、短時(shí)間供電場(chǎng)合[3]。

1.3電化學(xué)儲(chǔ)能

1.3.1鉛酸蓄電池

目前在電力存儲(chǔ)方面，主要是采用貧液式密封鉛蓄電池、富液式密封鉛蓄電池。鉛酸蓄電池普遍存在充電效率低、能量密度小、壽命短、氣體析出污染等問(wèn)題。但近些年國(guó)內(nèi)外已經(jīng)逐漸開(kāi)發(fā)出新型鉛酸蓄電池，如超級(jí)電池、卷繞式電池、雙極性電池等。其中，超級(jí)電池通過(guò)將電池和超級(jí)電容并聯(lián)應(yīng)用，融合了超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)，提高了充放電效率、提升了功率密度、延長(zhǎng)了使用壽命，目前在新能源汽車、并網(wǎng)新能源系統(tǒng)領(lǐng)域已有應(yīng)用。

1.3.2鋰離子電池

鋰離子電池種類繁多，不同化學(xué)成分組成的電池其功率、能量也有所差異。整體來(lái)看，鋰離子電池具有壽命長(zhǎng)、能量密度高、自放電等特點(diǎn)，目前在小型數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，并且逐漸朝向大型儲(chǔ)能領(lǐng)域拓展。

1.3.3鈉硫電池

顧名思義，此類電池是采用鈉、硫作為電極反應(yīng)物、陶瓷管電解液，運(yùn)行溫度在300～360℃之間，該溫度條件下，電極物質(zhì)處于熔融狀態(tài)。該種類電池的核心技術(shù)為陶瓷管電解液，其具備超強(qiáng)的鈉傳導(dǎo)性能和機(jī)械強(qiáng)度。鈉硫電池中包含了若干個(gè)單體電池，通過(guò)電池組合方法提高功率，目前功率可達(dá)到萬(wàn)級(jí)kW級(jí)別。鈉硫電池具有較好的功率特性、高能量密度、使用壽命長(zhǎng)，在大容量、大功率存儲(chǔ)領(lǐng)域十分適用。

2電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)類型對(duì)比與選擇

通過(guò)上述介紹可知，當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)種類較多，應(yīng)結(jié)合儲(chǔ)能需求、響應(yīng)速度標(biāo)準(zhǔn)合理選擇。目前在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用場(chǎng)景為電網(wǎng)能量管理、備用電源、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。結(jié)合表1可知，在電網(wǎng)能量管理中，可采用抽水蓄能、鉛酸與鈉硫電池、壓縮空氣儲(chǔ)能；在備用電源中，可采用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、鉛酸與鈉硫電池；電能質(zhì)量調(diào)節(jié)可采用超級(jí)電容器、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、鉛酸電池[4]。通過(guò)合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個(gè)環(huán)節(jié)儲(chǔ)能需求，可有效減少電力系統(tǒng)能量損耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、質(zhì)量、效益。

3儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域

3.1可再生能源接入

風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)，由于分布式電源具有間歇性、隨機(jī)性，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。借助儲(chǔ)能技術(shù)可有效抑制此類波動(dòng)問(wèn)題，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。新能源轉(zhuǎn)化為電能期間會(huì)產(chǎn)生能量損失，借助儲(chǔ)能技術(shù)可存儲(chǔ)這部分損失能量，提高新能源的能量轉(zhuǎn)化效率，延長(zhǎng)循環(huán)使用壽命。

3.2輔助電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可提供相應(yīng)的輔助服務(wù)，包括調(diào)峰、調(diào)頻、備用等，有效保障電力傳輸和供給的穩(wěn)定性。并且儲(chǔ)能系統(tǒng)可快速對(duì)電力市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)做出響應(yīng)，有助于制訂成本最小化或盈利最大化的經(jīng)營(yíng)方案[5]。

3.3電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

儲(chǔ)能設(shè)備可以起到頻率調(diào)節(jié)作用以及無(wú)功功率支持，有助于改善電壓質(zhì)量，提升故障風(fēng)險(xiǎn)抵御性能，維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性。同時(shí)，一旦電力網(wǎng)因意外情況出現(xiàn)大面積停電，可借助儲(chǔ)能系統(tǒng)的黑起動(dòng)功能，為以提供電能，輔助電網(wǎng)恢復(fù)供電。在電網(wǎng)調(diào)節(jié)方面，儲(chǔ)能設(shè)備可在用電低谷期存儲(chǔ)電能，且在用電高峰期釋放電能，保證用電供需平衡性，減少用電高峰期的電網(wǎng)壓力。借助用電激勵(lì)機(jī)制，引導(dǎo)用戶在低電價(jià)階段用電，用電低谷期儲(chǔ)能設(shè)備通過(guò)存儲(chǔ)低價(jià)電能供高峰用電期間使用，從而降低整體用電成本[6]。一旦電網(wǎng)運(yùn)行中因突發(fā)事件導(dǎo)致電網(wǎng)突增負(fù)荷量，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)功能可確保繼續(xù)為用戶提供電能。

3.4智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)

在分布式能源整合方面，由于分布式電源并網(wǎng)會(huì)降低電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而借助儲(chǔ)能技術(shù)可以有效將分布式電源整合，減少分布式電源并網(wǎng)的電能損耗，提高新能源利用率，從而推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。在微電網(wǎng)方面，儲(chǔ)能設(shè)備可用作能量緩沖裝置，保證各類運(yùn)行模式下微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在能源互聯(lián)網(wǎng)搭建方面，儲(chǔ)能技術(shù)作為搭建能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，可實(shí)現(xiàn)能源雙向流動(dòng)功能，對(duì)既有資源展開(kāi)優(yōu)化配置。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大背景下，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊，對(duì)提升能源利用率、推動(dòng)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全有著重要意義。隨著儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展和完善，其在電力系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用會(huì)愈加明顯，對(duì)建立低碳、安全、高效的電力能源體系有著巨大助益。

參考文獻(xiàn)

[1]朱科.電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2023，40（7）：132-134.

[2]王甜甜.儲(chǔ)能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用策略[J].通信電源技術(shù)，2023，40（16）：103-105.

[3]劉生旺.淺談新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用分析[J].電力設(shè)備管理，2023（4）：151-153.

[4]戴園園.儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的研究分析[J].電力設(shè)備管理，2022（14）：189-191.

[5]李東陽(yáng).配電系統(tǒng)中移動(dòng)儲(chǔ)能的彈性影響評(píng)估及容量規(guī)劃[D].重慶：重慶大學(xué)，2021.

[6]趙瑞彬.高臨界電流超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與安全運(yùn)行分析[D].成都：四川師范大學(xué)，2022.