儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用研究

摘要：深入研究?jī)?chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用策略，將極大促進(jìn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升，具有重要的研究?jī)r(jià)值。儲(chǔ)能技術(shù)能夠優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行配置、調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的運(yùn)行、提供應(yīng)急電源保障，其對(duì)于新能源電力系統(tǒng)的建設(shè)具有重要意義。在儲(chǔ)能技術(shù)的選擇與應(yīng)用時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確把握不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)與局限性，根據(jù)新能源電力系統(tǒng)的使用需求，靈活進(jìn)行選擇。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)電力系統(tǒng)光熱發(fā)電

ResearchontheApplicationofEnergyStorageTechnologyinNewEnergyPowerSystems

SHENHongda

HangzhouXiaoshanDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridZhejiangElectricPowerCo.，Ltd.，Hangzhou，ZhejiangProvince，311201China

Abstract：In-depthresearchontheapplicationstrategyofenergystoragetechnologyinnewenergypowersystemwillgreatlypromotetheimprovementofpowersystemstability，whichhasimportantresearchvalue.Energystoragetechnologycanoptimizetheoperationconfigurationofpowergrid，regulatetheoperationofpowersystem，andprovideemergencypowersupplyguarantee，whichisofgreatsignificancefortheconstructionofnewenergypowersystem.Whenselectingandapplyingenergystoragetechnologies，itisnecessarytoaccuratelygraspthecharacteristicsandlimitationsofdifferentenergystoragetechnologies，andmakeflexiblechoicesaccordingtotheusedemandofnewenergypowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Newenergy;Photovoltaicpowergenerationsystem;Powersystem;Photothermalpowergeneration

在新能源電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)電中化石原料的最大化節(jié)約，以此來(lái)達(dá)到優(yōu)越的節(jié)能效果。太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源都屬于清潔能源，在具體應(yīng)用中并不會(huì)產(chǎn)生對(duì)自然環(huán)境具有危害的有毒、有害物質(zhì)，這樣便可達(dá)到良好的環(huán)保效果，讓電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和運(yùn)行實(shí)現(xiàn)環(huán)保性能的顯著提升。隨著新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，社會(huì)也將會(huì)更加深入地研究新能源方面的相關(guān)技術(shù)，這對(duì)電力系統(tǒng)中的新能源及其儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展將會(huì)起到非常積極的推動(dòng)作用，并進(jìn)一步帶動(dòng)新能源電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行與發(fā)展，為電力行業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益，以此來(lái)有效促進(jìn)電力行業(yè)的良好發(fā)展。

1儲(chǔ)能技術(shù)的主要類型

1.1物理儲(chǔ)能技術(shù)

物理儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)物理過(guò)程將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并在需要時(shí)釋放。常見(jiàn)的物理儲(chǔ)能技術(shù)包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能和重力儲(chǔ)能。

壓縮空氣儲(chǔ)能將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣并將其儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中，當(dāng)需要釋放能量時(shí)，壓縮空氣被釋放并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。其適用于需要大容量?jī)?chǔ)能的場(chǎng)景，如電力系統(tǒng)的峰谷填平或是備用能源。

抽水蓄能是利用水力勢(shì)能的變化來(lái)儲(chǔ)存并釋放能量，在能量充裕時(shí)，水被抽到高處的水庫(kù)中儲(chǔ)存勢(shì)能，需要釋放能量時(shí)，水被釋放并通過(guò)渦輪機(jī)發(fā)電。其具有高效性與靈活性，且對(duì)環(huán)境的影響較小，適用于山區(qū)地形或是水資源豐富的地區(qū)。

重力儲(chǔ)能是利用物體的高度變化來(lái)儲(chǔ)存并釋放能量，常見(jiàn)的應(yīng)用是通過(guò)將重物提升到高空儲(chǔ)存勢(shì)能，釋放能量時(shí)，重物下降并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能效率高且無(wú)污染，但會(huì)受到地形及土地利用的限制。

不同的物理儲(chǔ)能技術(shù)具有各自的特點(diǎn)及其適用的場(chǎng)景，需根據(jù)具體需求與條件選擇合適的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用[1]。

1.2電磁儲(chǔ)能技術(shù)

電磁儲(chǔ)能技術(shù)是利用電磁場(chǎng)存儲(chǔ)或釋放能量。電磁儲(chǔ)能技術(shù)包括超級(jí)電容器和超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存系統(tǒng)。

超級(jí)電容器利用電場(chǎng)和電荷的存儲(chǔ)來(lái)儲(chǔ)存能量，具有快速充放電、長(zhǎng)周期壽命且高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，適用于短時(shí)高功率需求的場(chǎng)景，如常見(jiàn)的電動(dòng)車輛的動(dòng)力輸出或電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)。

超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存系統(tǒng)是利用超導(dǎo)體的零電阻特性與磁場(chǎng)的存儲(chǔ)能量來(lái)實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)能，將電流通過(guò)超導(dǎo)線圈形成磁場(chǎng)，將能量存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中，釋放能量時(shí)，磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化為電能。其優(yōu)點(diǎn)是高效率、長(zhǎng)周期壽命且大容量，適用于大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存或輸送的場(chǎng)景，如電網(wǎng)的儲(chǔ)能或恒定功率的輸出。

電磁儲(chǔ)能技術(shù)高效、環(huán)保且可靠，能滿足不同場(chǎng)景的能量存儲(chǔ)需求，然而，其也存在一些挑戰(zhàn)和限制，如超級(jí)電容器的能量密度相對(duì)較低，超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存系統(tǒng)的制冷需求再或者是成本方面較高等。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及成本的降低，電磁儲(chǔ)能技術(shù)將在未來(lái)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展與電力系統(tǒng)的智能化。

1.3化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

化學(xué)儲(chǔ)能一般采用電池作為能量存儲(chǔ)裝置，通過(guò)正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充放電，通過(guò)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化來(lái)存儲(chǔ)能量，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最成熟的新能源電能存儲(chǔ)技術(shù)。隨著電池能量存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，電池的類型也越來(lái)越多。與其它類型的能量存儲(chǔ)技術(shù)相比，化學(xué)能量存儲(chǔ)技術(shù)在能量轉(zhuǎn)換率、電能容量、技術(shù)成本等諸多方面都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。鋰離子電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高，達(dá)到了85%左右，并且具有更高的能量密度，該電池還具有低成本、低碳環(huán)保、可回收利用的優(yōu)點(diǎn)，但尚未形成工業(yè)化和規(guī)?；陌l(fā)展[2]。

1.4相變儲(chǔ)能技術(shù)

相變儲(chǔ)能技術(shù)利用相變材料的吸熱和放熱來(lái)儲(chǔ)存能量，其能量密度高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靈活調(diào)節(jié)，方便使用和管理。其中，電儲(chǔ)熱技術(shù)是通過(guò)水和金屬的儲(chǔ)熱特性來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的運(yùn)用；水的儲(chǔ)熱技術(shù)是以水為媒介來(lái)儲(chǔ)存熱能，該技術(shù)方便運(yùn)營(yíng)和管理，投資也比較?。唤饘俚膬?chǔ)熱技術(shù)是以金屬為媒介來(lái)儲(chǔ)存熱能，通過(guò)金屬的固態(tài)和液態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變來(lái)儲(chǔ)存熱量，具有高溫、高導(dǎo)熱等優(yōu)點(diǎn)。

相變儲(chǔ)能裝置主要由相變儲(chǔ)能器件、換熱介質(zhì)和換熱裝置3部分構(gòu)成。其中，相變儲(chǔ)能器件是一種可容納相變儲(chǔ)能的器件，可有效地抵抗相變時(shí)的熱、壓變化。而熱傳輸媒介在儲(chǔ)存和釋放能量的過(guò)程中一般是通過(guò)液體的循環(huán)進(jìn)行的。熱傳遞裝置由一個(gè)加熱裝置和一個(gè)冷卻裝置組成，該裝置用來(lái)提供熱源并吸收熱。在儲(chǔ)能的過(guò)程中，相變材料吸熱并進(jìn)行相變，把熱能轉(zhuǎn)換成相變存儲(chǔ)。在釋放能量時(shí)，相變材料又通過(guò)放熱恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能密度、能量轉(zhuǎn)化效率、循環(huán)壽命等性能測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善其儲(chǔ)能器性能。

2新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

2.1超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

新能源電力系統(tǒng)建設(shè)超導(dǎo)儲(chǔ)能站，用于儲(chǔ)存風(fēng)能、光能等新能源電力過(guò)剩時(shí)的電能，這些儲(chǔ)能站通過(guò)超導(dǎo)磁體將電能轉(zhuǎn)化為磁能，并在需要時(shí)釋放磁能，將其轉(zhuǎn)化回電能供電。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)平滑新能源電力系統(tǒng)中能源的波動(dòng)。例如：在太陽(yáng)能與風(fēng)能等能源波動(dòng)時(shí)，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)快速地吸收或釋放能量，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性及可靠性。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能在毫秒級(jí)別內(nèi)完成能量的儲(chǔ)存與釋放，使新能源電力系統(tǒng)更快速地應(yīng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化與能源波動(dòng)，提高電網(wǎng)的響應(yīng)速度。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)能作為備用電源，在電網(wǎng)發(fā)生故障或突發(fā)事件時(shí)提供持續(xù)的電力支持，其快速響應(yīng)及高能量密度的特點(diǎn)使其成為應(yīng)對(duì)緊急情況的高手。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)還具有高效率、低能量損耗的特點(diǎn)，幫助新能源電力系統(tǒng)提高能源的利用效率，減少能源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本[3]。

2.2在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨笤絹?lái)越高，光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為新能源電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分。然而，與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一樣，光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在著波動(dòng)性和間歇性的問(wèn)題。針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的波動(dòng)性和間歇性，物理儲(chǔ)能技術(shù)也是一種常見(jiàn)的解決方案。具體而言，物理儲(chǔ)能技術(shù)可以利用儲(chǔ)水能或壓縮空氣等方式來(lái)儲(chǔ)存光伏發(fā)電的多余電能，以便在需要時(shí)進(jìn)行釋放，如圖1所示。儲(chǔ)水能技術(shù)可以利用水庫(kù)、水塘等儲(chǔ)水體系，將光伏發(fā)電的電能轉(zhuǎn)換成水能進(jìn)行儲(chǔ)存，在需要時(shí)，通過(guò)水力發(fā)電進(jìn)行釋放。而壓縮空氣儲(chǔ)能則是將光伏發(fā)電的電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣進(jìn)行儲(chǔ)存，在需要時(shí)，通過(guò)逆向發(fā)電機(jī)將壓縮空氣轉(zhuǎn)換為電能。電磁儲(chǔ)能技術(shù)和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也可以應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中。電磁儲(chǔ)能技術(shù)可以使用超級(jí)電容器或電池等設(shè)備儲(chǔ)存電能；化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)則可以使用燃料電池將光伏發(fā)電的電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存。相變儲(chǔ)能技術(shù)則可以利用蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)，將光伏發(fā)電的電能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存。

在優(yōu)化措施方面，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量、儲(chǔ)能效率和儲(chǔ)能周期等參數(shù)是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。在容量方面，需要確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量能夠滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的峰值負(fù)荷需求；在儲(chǔ)能效率方面，需要盡可能地提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，降低能量損失；在儲(chǔ)能周期方面，則需要確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電周期，以便在需要時(shí)進(jìn)行釋放。此外，預(yù)測(cè)和控制光伏發(fā)電的產(chǎn)生和消耗情況也是優(yōu)化措施的重要手段。通過(guò)利用天氣預(yù)報(bào)等信息，可以預(yù)測(cè)光伏發(fā)電的產(chǎn)生和消耗情況，以便根據(jù)需求和供給的差異進(jìn)行儲(chǔ)能或釋放。同時(shí)，可以利用智能控制技術(shù)，通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電周期和放電功率等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化控制，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。除了針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，還可以針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)本身的特點(diǎn)和性能，采取一些措施來(lái)提高其性能和可靠性。針對(duì)儲(chǔ)水能技術(shù)，可以改善水庫(kù)的水位控制和泄洪設(shè)施等手段，提高儲(chǔ)水能技術(shù)的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，可以采用地下儲(chǔ)氣庫(kù)等方式，以提高儲(chǔ)能效率和可靠性。對(duì)于電池等電磁儲(chǔ)能技術(shù)，則可以通過(guò)提高電池的循環(huán)壽命和降低自放電率等方式，提高儲(chǔ)能效率和儲(chǔ)能密度。對(duì)于化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，則可以針對(duì)燃料電池的穩(wěn)定性和壽命進(jìn)行優(yōu)化，以提高其可靠性和效率[4]。

2.3在光熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于太陽(yáng)能輻射的不穩(wěn)定性和變化性，光熱發(fā)電系統(tǒng)在穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性方面存在一定的問(wèn)題。因此，為提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，可以引入儲(chǔ)能系統(tǒng)。在光熱發(fā)電系統(tǒng)中，常見(jiàn)的儲(chǔ)能技術(shù)包括相變儲(chǔ)能和蓄熱儲(chǔ)能等。

相變儲(chǔ)能利用物質(zhì)相變時(shí)釋放或吸收的潛熱來(lái)儲(chǔ)存和釋放熱能，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于光熱發(fā)電系統(tǒng)中。蓄熱儲(chǔ)能可以通過(guò)儲(chǔ)存太陽(yáng)能輻射產(chǎn)生的熱能來(lái)提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。例如，通過(guò)在集熱器中引入相變材料，當(dāng)太陽(yáng)能輻射較強(qiáng)時(shí)，集熱器中的相變材料吸收熱能并發(fā)生相變，將多余的熱能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)太陽(yáng)能輻射較弱時(shí)，相變材料會(huì)釋放儲(chǔ)存的熱能，保持集熱器的溫度穩(wěn)定，從而提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

2.4在機(jī)械發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

機(jī)械發(fā)電系統(tǒng)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，再將獲得的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能。相比于風(fēng)能電力系統(tǒng)與光伏電力系統(tǒng)，機(jī)械發(fā)電系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)兩道能量轉(zhuǎn)化操作，在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量循環(huán)質(zhì)量會(huì)對(duì)最終電能轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接影響。在機(jī)械發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，可以優(yōu)先考慮物理儲(chǔ)能領(lǐng)域的壓縮空氣儲(chǔ)能，其在提升機(jī)械發(fā)電系統(tǒng)的電能儲(chǔ)存質(zhì)量方面有良好效果。若想達(dá)到高效率壓縮空氣儲(chǔ)能目標(biāo)，則需要對(duì)壓縮機(jī)、渦輪機(jī)等機(jī)械設(shè)備的工作原理、應(yīng)用模式進(jìn)行詳細(xì)分析[5]。

3結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)具有雙向功率特性和靈活調(diào)劑能力，可實(shí)現(xiàn)能源“斷點(diǎn)續(xù)傳”，支撐能源和信息的實(shí)時(shí)交互，有效改善新能源波動(dòng)性、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻能力不足，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。面對(duì)儲(chǔ)能蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，要以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，加快布局前瞻性、系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展?？傊?，儲(chǔ)能技術(shù)是電力系統(tǒng)快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科技水平的發(fā)展，我們對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究也將不斷深化，儲(chǔ)能技術(shù)也將不斷完善，從而推動(dòng)電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。

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