儲能技術在電力系統中的應用分析

張棟

摘要：近年來，我國科學技術的迅猛發展，新型能源逐步開發，給電力系統帶來了一定程度的挑戰，電力系統對儲能的需求將日漸增大。目前，我國電力系統中供需矛盾日益嚴重，現已形成“西電東送”“南北互供”“全國聯網”的格局。這種格局使得儲能技術成為電網運行中的重要組成部分。將新型儲能技術引入智能電網系統中，不僅可以大大提升電池儲能功率，還可以保障電力系統和輸電系統安全穩定運行。

關鍵詞：儲能技術；電力系統；應用

中途分類號：TM732

1 電力儲能方式

我國電力系統現實需求。我國電網覆蓋面積大，結構薄弱，各種一次能源的分布與負荷的密度極不均勻，且電源遠離負荷中心，裝機容量與輸電跨度比小，系統的穩定性和安全性受到嚴重挑戰。然而，現有系統中儲能容量僅占總裝機容量的1.7%左右，遠沒有達到合理水平，且尚未建立用于瞬態電能質量管理和電力系統功率調節/補償的快速大容量儲能系統，只能依靠繼電保護和安全自動裝置切機，被動達到穩定，因此，很難從根本上避免大面積停電事故。近20年來，我國由于系統失穩造成的大停電事故已達140余起，每次損失數千萬元乃至數億元。因此，迫切需要建立起以多點儲能裝置支撐的系統，有效地支持電網的系統電壓和頻率，消除由于電網互聯和負荷突變而形成的區域振蕩，實現輸/配電系統的動態管理和電能質量管理，提高電網暫態穩定性。

2 儲能技術在電力系統中的應用

2.1 電池儲能應用

電池儲能是智能電網體系中運用最為廣泛的一種技術。無論是在智能電網發電、輸電環節，還是在智能電網配電和用電環節，電池儲能系統都得到廣泛運用。總體而言，儲能技術具有發電功能、保障電力系統穩定性、供電功能和促進再生能源利用等功能。作用表現為削峰填谷、備用電源、提高新能源并網能力和電網調頻。第一，電池儲能在發電環節的應用。將電池儲能系統運用到智能電網體系中，可以大大提升電網運輸的安全性和高效性。電池儲能系統的容量配置需要根據智能電網運行方式和運用目標進行綜合評估與核算。就目前我國示范工程智能電網儲能容量而言，平滑風電功率儲能容量為一般風電的25%左右；智能電網體系中的穩定功率儲能系統容量為一般風電的65%左右。由此可見，智能電網儲能體系中大規模風/光發電場儲能容量一般在幾十兆瓦上，存儲時間較長。電池儲能通過接入35kV電壓等級線路接入職能電網儲能系統，如圖1所示。

2.2 壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能（compressed-airenergystorage，CAES）技術是目前除抽水蓄能外唯一一種單體容量可以超過百MW的高效儲能技術。壓縮空氣儲能電站具有存儲時間長、資本損耗較小、建設投資和發電成本均低于抽水蓄能電站的優勢，并且可實現模塊化組建。CAES主要用于峰谷電能回收調節、平衡負荷、頻率調制、發電系統旋轉備用等。特別適用于解決大規模集中新能源發電的平滑輸出問題。近日由國家電網公司支持，清華大學研發了“非補燃壓縮空氣儲能”技術。該技術的優點是：系統配置靈活，系統效率可達70%以上；投資成本低；適用于大規模儲能和分散式儲能，不發電時可作調峰使用；碳排放為0；可以提供天然的冷、熱、電三聯供；可以在電網電壓不足時提供自然支撐調壓。

2.3 混合儲能系統

混合儲能系統主要是蓄電池和超級電容量儲能體系。蓄電池和超級電容量由于在技術特性方面具有互補性，因此將其結合可以使職能電網系統產生巨大功效。就蓄電池系統而言，具有密度大、壽命短、功率小、效率低、充電功率較差等特點；就超級電容量系統而言，具有密度低、壽命長、功率大、效率高、充電功率性能良好等特點。因此，將超級電容量與蓄電池系統進行有機結合，可以起到優勢互補的作用，因此其在電力系統中應用較為廣泛。但是，蓄電池與超級電容量在電力系統中不能同時使用，否則會大大降低電池電容器功率和使用壽命，破壞電池儲存系統的性能。

2.4 飛輪儲能技術的應用

將飛輪儲能技術引入智能電網系統中，不僅可以提高電可再生能源接納能力，還可以保障電網系統的安全與穩定運行。隨著科學技術的不斷發展以及現代信息技術發展腳步的加快，可再生能源被大量引入智能電網系統和輸電系統，給輸電系統的安全穩定運行帶來了一定挑戰。將飛輪儲能技術與風力發電技術進行有機結合，不僅可以大大提升風能利用效率，還可以降低發電成本，有利于電力企業實現經濟可持續發展。比如，澳大利亞的SandBay、CoralBay、NineMilesBeach、Denham；日本的DogoIsland；美國的Alaska等一系列島嶼電網，都采用了風輪儲能技術，以達到降低運輸風險和減少系統運行故障等目的。電力系統中故障問題和運輸風險問題都是“暫態穩定性”問題，對智能電網儲能系統影響較大。而飛輪儲能系統可以靈活處理職能電網系統中的故障問題，從而保障電力系統安全、穩定、快速運行。飛輪儲能技術具有速度快、容量大、密度小等優勢。事實上，在同樣容量下采用風輪儲能技術可以獲得雙倍調節效果

2.5 抽水蓄能

儲能技術應用后節省了大量的自然能源，并且電力系統供電效率得到了提升。技術發展應用最廣泛的是抽水儲能，將能量保存，需要時將水放出，利用落差產生的水流沖擊來達到發電目標。這種發電方式不會造成能源污染以及生態環境失衡。基礎設施建設時要對儲水部分進行設計，抽水的力量大小也要符合實際需求，結合發電站規模來計算。容量增大所存儲的能量也隨著增大，實現供能目標需要輸水系統參與，管道與儲能部分連接要緊密，減少管道的彎度與傾斜角度，這樣能夠保留最大的水流沖擊力，一次抽水后能量釋放是持續的，可以達到數小時甚至幾天，保障了發電環節的連續性。

結論

隨著城市化腳步的加快，國家電網對新型能源的需求加大，風能和太陽能等可再生能源被逐步開發。與此同時，為進一步提高電力系統的安全性、穩定性和高效性，需要將新型儲技術引入電力系統中，在保障電力系統安全穩定運行基礎上降低溫室氣體的排放量，促進電力企業經濟可持續發展，以構建智能化和多元化的電力系統。

參考文獻

[1]劉世念，蘇偉，魏增福.化學儲能技術在電力系統中的應用效果評價分析[J].可再生能源，2013，（1）：105-107.

[2]張昊蒙.淺談電力儲能技術及其在現代電力系統中的應用[J].電子世界，2014，（16）：276-278.