儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的應(yīng)用研究

王浩霖

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原030002）

能源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。為了保障能源的供應(yīng)，國家能源部門出臺(tái)了多項(xiàng)措施大力發(fā)展我國的能源產(chǎn)業(yè)，其中新型能源成為其中一抹亮色。很多能源項(xiàng)目的落成，極大增加了我國電能的供給量。但是，由于用戶端無法及時(shí)消納，導(dǎo)致很多發(fā)電項(xiàng)目不能滿負(fù)荷運(yùn)行甚至被迫停止運(yùn)行。但是，在用戶有很高需求時(shí)，卻無法及時(shí)供給電能。面對(duì)此種現(xiàn)狀，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用而生，利用儲(chǔ)能裝置作為發(fā)電方與用電方的平衡器，使整個(gè)電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介

儲(chǔ)能是指將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式后進(jìn)行的能量存儲(chǔ)。例如，使用電能參與氫氣的制取，將電能轉(zhuǎn)換為氫能源后實(shí)現(xiàn)了能量的存儲(chǔ)，在有一定需求時(shí)，再將氫能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，這就是儲(chǔ)能的一種具體表現(xiàn)。目前儲(chǔ)能技術(shù)主要包括兩種方式，一種是機(jī)械儲(chǔ)能，另一種是電磁儲(chǔ)能。機(jī)械儲(chǔ)能主要包括抽水儲(chǔ)能與壓縮氣體兩種形式。抽水儲(chǔ)能主要是在水力發(fā)電中，將過剩的電能帶動(dòng)相應(yīng)水泵動(dòng)作，將水從低處運(yùn)往高處，待電能不足的情況下，開啟水閘，利用水的重力勢(shì)能將機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣儲(chǔ)能也是利用多余電能，將電能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械能，對(duì)氣體進(jìn)行壓縮。在電能供應(yīng)不足情況下，釋放壓縮氣體帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。電磁儲(chǔ)能主要利用儲(chǔ)能電子設(shè)備進(jìn)行電能的存儲(chǔ)，主要包括電池儲(chǔ)能技術(shù)與電容儲(chǔ)能技術(shù)兩種。電池儲(chǔ)能技術(shù)主要使用的是鉛酸電池、鋰電子電池等電子元器件將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)電池的充電過程，在停電或者電力供應(yīng)不上時(shí)，利用電池對(duì)外進(jìn)行供電，滿足緊急用電的需求。電容充電的本質(zhì)與電池充電的類似，都是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種表現(xiàn)形式。儲(chǔ)能技術(shù)的日益豐富，也為電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

2 電力系統(tǒng)調(diào)峰的重要性分析

電力系統(tǒng)主要包括兩方面，即發(fā)電端與用戶端。理論而言，最理想的用電模式是發(fā)電端所產(chǎn)生的電量與用戶端消耗的電能相平衡時(shí)，整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行效率達(dá)到最佳。但是，現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到完全的平衡。因此，才有了電力系統(tǒng)調(diào)峰的概念。

2.1 電力系統(tǒng)調(diào)峰的概念簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)調(diào)峰是指選用特定策略，進(jìn)而保證發(fā)電端所發(fā)的電量保持整體穩(wěn)定的一種電力調(diào)節(jié)策略。因?yàn)椋诂F(xiàn)有的電力系統(tǒng)發(fā)電中，主要還是火力發(fā)電為主。火力發(fā)電中所選用的發(fā)電機(jī)的功率很高。從經(jīng)濟(jì)角度分析，發(fā)電機(jī)組從運(yùn)行到停止再到運(yùn)行所產(chǎn)生的費(fèi)用較高，其啟動(dòng)時(shí)間也較長。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)組原則上一旦開啟，如果中途沒有故障或是到了保養(yǎng)的時(shí)間之外，其它時(shí)間是不允許停機(jī)的。但是，目前的用電中，白天的耗電量遠(yuǎn)高于夜晚的耗電量。因此，白天的用電通常會(huì)產(chǎn)生峰值，而晚上的用電量則會(huì)產(chǎn)生低谷指，而此時(shí)的發(fā)電量基本保持不變。因此，面對(duì)不同的用電需求，就必須采取相應(yīng)的電能調(diào)節(jié)措施，以應(yīng)對(duì)不同時(shí)段的用電需求。

2.2 電力系統(tǒng)調(diào)峰的重要意義

電力系統(tǒng)調(diào)峰對(duì)于電網(wǎng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行具有十分重要意義。過剩的電能會(huì)極大增加電網(wǎng)的運(yùn)行符合，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的各用電設(shè)備造成沖擊。電能不足的情況下，會(huì)極大影響用戶的電能使用，最后造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著國家對(duì)風(fēng)能、光伏發(fā)電等新型電能產(chǎn)生裝置進(jìn)行大力支持，很多地區(qū)都開展了大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，這些新型電能并入電網(wǎng)之后，如果用戶端無法及時(shí)消耗，會(huì)增加整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，勢(shì)必影響整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。。在例如，在高溫天氣中，很多地區(qū)不得不使用空調(diào)這種大功率用電器，會(huì)造成很多地區(qū)電能供應(yīng)緊張的局面。如果能從第三方引入電能，則會(huì)很大程度上緩解居民的用電需求，保障正常的電力供應(yīng)。電力調(diào)峰的意義在于為整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供一個(gè)可靠的“海綿”，在電力供應(yīng)過剩的情況下，用“海綿”吸收多余的電能，待電能匱乏的情況下，將“海綿”中存儲(chǔ)的電能擠壓出來，對(duì)電能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。

3 儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的應(yīng)用

3.1 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是將電能通過電池或電容等電子裝置進(jìn)行即時(shí)存儲(chǔ)，以備有需求時(shí)能及時(shí)滿足電力系統(tǒng)的供應(yīng)。儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵在于儲(chǔ)能電站的建立。目前，我國已經(jīng)在多地區(qū)建設(shè)了儲(chǔ)能電站，很多儲(chǔ)能電站其存儲(chǔ)功率可達(dá)百兆瓦級(jí)別，可以很好滿足當(dāng)?shù)貙?duì)電能存儲(chǔ)的需求。在最新出臺(tái)的關(guān)于新能源項(xiàng)目的政策文件中，首次提及鼓勵(lì)企業(yè)引入儲(chǔ)能電站，實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)。

3.2 儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的應(yīng)用

凡是與電相關(guān)的系統(tǒng)都可能存在電力供給與輸出不匹配的情況。因此，本文從以下幾種電壓等級(jí)分別進(jìn)行分析。

3.2.1 儲(chǔ)能技術(shù)在高電壓電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，將330kv 以上的電壓稱為高壓。在高壓之上，還有超高壓、特高壓等。此類高壓常見于國家的輸配電的網(wǎng)絡(luò)中。在進(jìn)行此類電網(wǎng)功率設(shè)計(jì)時(shí)，在沒有儲(chǔ)能技術(shù)的情況下，就必須考慮到在用電低谷時(shí)段時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷增大的情況，調(diào)高電網(wǎng)的最大負(fù)荷，增大負(fù)荷的冗余量進(jìn)而保障電網(wǎng)的安全。在利用儲(chǔ)能技術(shù)修建儲(chǔ)能電站之后，電網(wǎng)中多余的電能可以通過儲(chǔ)能電站進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，進(jìn)而保障電網(wǎng)的整體穩(wěn)定。有了儲(chǔ)能電站的供配電網(wǎng)絡(luò)，在電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，就可以減小電網(wǎng)的設(shè)計(jì)功率，進(jìn)而節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)成本。此外，儲(chǔ)能電站的修建，也可以帶來較好的經(jīng)濟(jì)收益。儲(chǔ)能電站在參與電網(wǎng)調(diào)峰時(shí)，在吸納多余電能時(shí)，可按吸納量來帶來直接的收益，這是一部分收益。另外，在電網(wǎng)發(fā)電量不足時(shí)，儲(chǔ)能電站也可以并網(wǎng)對(duì)外發(fā)電，按照對(duì)外放電量也可以帶來另一部分收益。兩部分收益疊加起來，就構(gòu)成了儲(chǔ)能電站的總體收益。經(jīng)過有關(guān)人員計(jì)算，收益較為可觀。因此，越來越多的社會(huì)企業(yè)開始關(guān)注儲(chǔ)能電站的投資，以期在服務(wù)社會(huì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身的發(fā)展。

3.2.2 儲(chǔ)能技術(shù)在中電壓電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，將6KV-66KV 以內(nèi)的電壓稱為中壓。中壓電力系統(tǒng)多見于很多新能源項(xiàng)目中。例如，在風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中，風(fēng)機(jī)升壓端將風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的幾百伏的電壓抬升至幾十千伏以上，并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。但是，很多新能源項(xiàng)目受制于項(xiàng)目本身的限制，比如光伏發(fā)電項(xiàng)目，在陽光不充足的情況下，其產(chǎn)生的電壓波動(dòng)較大，產(chǎn)生的電量起伏較大，具有間斷性特征。因此，國家出臺(tái)了關(guān)于鼓勵(lì)新能源項(xiàng)目配套儲(chǔ)能電站的相關(guān)措施，通過引入儲(chǔ)能電站的方式提升新能源項(xiàng)目供電端的連續(xù)性。首先，利用儲(chǔ)能電站的方式將產(chǎn)生的電能進(jìn)行集中存儲(chǔ)，在項(xiàng)目的間歇期內(nèi)，可以參與當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的調(diào)峰功能，吸收多余電能。在項(xiàng)目運(yùn)行期間內(nèi)，將不連續(xù)的電能集中存儲(chǔ)，然后統(tǒng)一向電網(wǎng)進(jìn)行供電。

3.2.3 儲(chǔ)能技術(shù)在低壓電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，將1kv 以下，稱為低壓。在低壓電力系統(tǒng)中，常見的儲(chǔ)能方式為電池儲(chǔ)能。隨著國家大力鼓勵(lì)新能源汽車的發(fā)展，新能源汽車數(shù)量呈現(xiàn)井噴式增長。對(duì)于很多新能源車主而言，很多都會(huì)選擇晚上進(jìn)行充電，在一定程度上提升了晚間的電力系統(tǒng)的用電量，有利于電網(wǎng)的“填谷”。此外，在某些地區(qū)是不能夠斷電的。比如醫(yī)院、軍事單位、火車站等地區(qū)。此類地區(qū)一旦發(fā)生斷電行為，必須能夠緊急啟動(dòng)備用電源來滿足用電需求。此時(shí)，儲(chǔ)能電池在停電之后迅速放電，恢復(fù)這些區(qū)域的供電。

結(jié)束語

電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行是保障我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要后盾。針對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)供需電量不平衡的情況，引入儲(chǔ)能技術(shù)并應(yīng)用于不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)內(nèi)，滿足不同電壓等級(jí)電力調(diào)峰的需求，進(jìn)而從總體上實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)。