新能源電力系統中的儲能技術分析與研究

王鵬鑫

【摘 ?要】儲能雖然在我國起步較晚，但隨著我國新電改方案的實施，清潔能源發電、智能微電網、電動汽車等行業的發展將不斷提速，儲能技術的應用將形成新的發展趨勢。在發電、輸電、配電以及用電等各個環節，儲能技術將得到廣泛的應用。

【關鍵詞】新能源;電力系統;儲能技術;分析與研究

1導言

當前的新能源電力系統的儲能技術包括物理儲能技術、化學儲能技術、電磁儲能技術與相變儲能技術四大類型，每一種類型又分成多種具體的技術應用方法。新能源電力系統對于儲能技術的應用，不僅需要其具有較高的能源轉化效率與較大的儲能容量，還需要由較快的響應效果。結合上述對各種儲能技術性能的探討，可以將多種儲能技術相互配置，通過彼此協調來發揮更大的儲能效果。

2儲能技術的分類概述

電能可轉化為化學能、機械能、電池能等形式達到儲存的目的。按不同的轉化方式進行分類，可分為電化學儲能、機械儲能、相變儲能以及電池儲能。而機械儲能主要包括了壓縮空氣儲能、抽水儲能以及飛輪儲能等;電化學儲能主要包括了鋰離子儲能、鉛酸儲能、鈉硫儲能、鎳鎘儲能以及液流儲能等;相變儲能主要是指儲熱的物質發生了相變進而放出或吸收天熱能量，在夏季可以蓄熱，冬季可以蓄冷，主要應用于冷空調系統、建筑節能以及熱電相變蓄熱裝置等;電池儲能主要包括了超級電容儲能、超導儲能以及高能密度電容儲能等儲能形式。

3新能源電力系統中儲能技術具有的作用

（1）新能源電力系統的運行穩定性可通過采用具有動態調節能力和快速響應的儲能技術來進行提高。對于電力系統的無功和有功功率的需求，儲能技術能有效地進行滿足，從而對電力系統的瞬時功率進行改善，提高瞬時功率的平衡水平，進而使得電力系統的運行穩定性得以增強。（2）在新能源電力系統中應用具有快速響應能力的儲能技術，再進行科學合理的配置，將多余的能量吸收，能有效的對風電機組進行保護，是風電機組的低電壓整體穿越能力得以增強。（3）新能源電力系統中應用儲能技術可以很大程度的提高新能源電力系統的經濟性。在新能源電力系統中采用大容量的壓縮空氣以及抽水儲能等儲能技術，在時間軸上將風電平移，對電力系統進行優化，提高電力系統的經濟性，擴大電力企業的經濟效益。

4儲能技術在新能源電力系統中應用面臨的問題

由于新能源具有隨機性和波動性的特點，在電力系統中應用時，容易對電力系統運行的穩定性造成影響。比如一些薄弱電網的地區，新能源具有的這些特點將會對電力系統的頻率和電壓穩定性產生極大的影響。另外，新能源電力系統中的某些電子器件會出現諧波等問題，使得系統的電能質量被降低。由此可知，新能源中的太陽能和風能在電力系統領域的應用中，新能源具有的不確定性是未來需要克服的難題。因此，相關工作人員和研究機構必須加強儲能技術開發利用的力度，優化儲能的轉換功能，對電源的出力特征進行改善，從而提高電能質量，達到有效的運用新能源的目的。

5新能源電力系統中的儲能技術

5.1物理儲能技術

物理儲能是常見的新能源電力儲能的方式之一，具體包括三種技術：抽水儲能技術、壓縮空氣儲能技術與飛輪儲能技術。其中，抽水儲能技術是利用低谷電價來實現電力能源的存儲，是當前技術應用最為成熟的大規模儲能方法，具有運行成本低、水資源消耗大、儲能消耗功率高等特點。這種技術的應用需要在河流的上下游各配建一個水庫，波谷負荷時的蓄能技術，會使電動機處于工作狀態，將下游水庫中的水泵出，到上游水庫中進行保存;在波峰負荷時的儲能技術，會使發電機處于工作狀態，利用上游水庫中的水力進行發電。這種儲能技術的應用，能夠實現 70% 左右的能量轉換。而壓縮空氣儲能技術，也能夠實現大規模工業用電的能量儲存，在電力網絡負荷波谷時，用電力能源來壓縮空氣，并將空氣通過高壓密封的方式，儲存在廢舊礦洞、儲氣罐、廢棄油井或儲氣井當中，在電力網絡負荷的高峰時期，釋放經過高壓壓縮的空氣，來轉動汽輪機進行發電，具有相應速度快、使用效率高等特點，能夠實現 75% 左右的能量轉換，是一種發展空間較大的儲能技術。

5.2化學儲能技術

化學儲能通常是利用電池來儲存能源，是以電池正極與負極之間的氧化還原反應實現充電與放電，利用電力能與化學能之間的相互轉換進行儲能，是應用最為廣泛、發展最為成熟的新能源電力儲能技術。由于電池儲能技術的發展較為成熟，因而電池的種類也十分繁多，包括鋰電池、鉛酸電池、金屬空氣電池等。化學儲能技術相較于其他形式的儲能技術，在能源轉化、電能容量、技術應用成本等多方面，都具有較大的優勢。其中，鋰電池是當前應用性能較佳的電池，能量轉換效率較高，約達 85%，能量密度也比較大。另外，金屬空氣電池是一種綠色電能儲能技術，是將氧氣作為正極，將活潑金屬如鋁等，作為負極，氫氧化鉀、氫氧化鈉或氯化鈉等作為電解液，使氧氣向化學反應界面進行擴散，與活潑金屬發生反應而產生電力能源，具有成本低、低碳環保、可回收等優勢，同時可以快速完成充電過程，但還沒有實現產業化與規模化發展。

5.3電磁儲能技術

電磁儲能是一種實現電磁能與電能相互轉化的儲能技術，包括超導磁儲能與超級電容器儲能兩種技術應用方式。其中，超導磁儲能技術是將超導材料制成線圈，由電力網絡經過變流器進行供電并提供工作磁場，能量轉換效率較高，約達 90% 左右。超導儲能技術具有高轉換效率、快速響應及環保等特點，在超導狀態小，線圈的電阻可以忽略不計，對于能量的損耗極小，可以進行長期供能。但提供時，超導體線圈，需要在超低溫液體中保存，就需要投入大量的成本，且技術應用較為復雜。超導儲能技術的應用，可以通過新能源電力系統合理控制電壓與頻率等，確保電力供應的穩定性。另外，這種技術的應用可以實時交換大容量電力能源，并且補償其功率，在瞬態的情況下提高電能質量，在暫態的情況下提高電能穩定性。

5.4相變儲能技術

相變儲能技術是通過相變材料進行吸熱與放熱實現能量存放的技術，具有較高的能量密度，同時其相變儲能的裝置設計簡單，能夠進行靈活調整，便于使用與管理，包括電儲熱技術、熔融鹽儲熱技術與冰蓄冷技術三種。其中，電儲熱技術是利用水與金屬的儲熱性能實現技術應用的，水的熱能存儲技術，是將水作為介質存儲熱能，便于運維管理，成本投入較少;金屬的熱能存儲技術，是將金屬作為介質存儲熱能，利用金屬的固體與液體之間的物態變化來進行熱能的存放，具有高溫度、高導熱性等優勢。

6結語

新能源電力系統的發展，是人類不斷探索新能源與可再生能源應用的產物，也必將在電力供應系統中占據越來越重要的地位，但現階段，新能源電力系統的發展與應用還不夠成熟，還存在電力供應不穩定、不連續等問題，限制了新能源電力系統的進一步應用，因而需要電力儲能技術，減少新能源電力系統不穩定、不連續所帶來的弊端，提高新能源電力的應用范圍與應用效果。

參考文獻：

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（作者單位：國電電力內蒙古新能源開發有限公司）