儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

余丹

內(nèi)容摘要 隨著世界范圍內(nèi)科技進(jìn)程的不斷躍升，人類(lèi)對(duì)電能的需求程度逐漸上升。因此，在生產(chǎn)生活中電能的重要性逐漸凸顯。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電力生產(chǎn)流程的分析，傳統(tǒng)的電氣生產(chǎn)過(guò)程中，電能的產(chǎn)生、傳輸、分配和使用幾乎同時(shí)進(jìn)行，這種特性很大程度上影響著電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度運(yùn)行以及控制管理方式。目前，可以利用大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用打破電力供需實(shí)時(shí)平衡的限制。文章分析關(guān)儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)，并提出提高電能存儲(chǔ)技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用能力的方法，以供參考。

關(guān)鍵詞 電氣工程 儲(chǔ)能技術(shù) 應(yīng)用研究 電能質(zhì)量

1?引言

眾所周知，電力資源是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)主要?jiǎng)恿χ?，此外，電能除了在社?huì)生產(chǎn)體系中扮演著重要的角色，也為日常的生活帶來(lái)了很多便利，離開(kāi)電能，社會(huì)生產(chǎn)將會(huì)停止。由此可見(jiàn)，電力工程質(zhì)量直接影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會(huì)生產(chǎn)力水平。為進(jìn)一步推動(dòng)電力資源的可持續(xù)穩(wěn)定化發(fā)展，需要對(duì)傳統(tǒng)的電力工程運(yùn)行的模式進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新和改變。電氣工程是一門(mén)匯集生產(chǎn)、運(yùn)輸、市場(chǎng)等知識(shí)為一體的綜合型學(xué)科。在發(fā)展過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，而進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)的研究能夠有效解決電能的生產(chǎn)與輸送等問(wèn)題。由此可見(jiàn)，進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀以及電氣工程領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

2 電氣工程領(lǐng)域中有關(guān)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

儲(chǔ)能技術(shù)是現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，其在電氣工程領(lǐng)域也有十分廣泛的應(yīng)用，主要包括以下幾方面。

2.1 儲(chǔ)能技術(shù)在穩(wěn)定和控制大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力儲(chǔ)能技術(shù)是改變傳統(tǒng)電力發(fā)展思維方式的有效手段，在很大程度上促進(jìn)了電力工程的現(xiàn)代化發(fā)展?，F(xiàn)代化的電力儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)抑制傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中可能會(huì)發(fā)生的局部不穩(wěn)定問(wèn)題促進(jìn)電能穩(wěn)定和可控。通過(guò)對(duì)電力儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用，可以通過(guò)區(qū)域之間的多種結(jié)合模式解決整體不穩(wěn)定的問(wèn)題。

傳統(tǒng)電能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組之間會(huì)有一定程度的振蕩現(xiàn)象，而電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）必須通過(guò)發(fā)電機(jī)組附加勵(lì)磁控制才能有效抑制系統(tǒng)發(fā)生局部振蕩，對(duì)于大型復(fù)雜互聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的區(qū)域間多模式低頻振蕩問(wèn)題，常難以達(dá)到滿意的控制效果。在傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)中，任何微小擾動(dòng)都會(huì)引起系統(tǒng)整體功率之間的動(dòng)態(tài)不平衡導(dǎo)致機(jī)組間的振蕩。而只要儲(chǔ)能裝置容量足夠大，并且可以快速響應(yīng)，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間系統(tǒng)功率的平衡與協(xié)調(diào)。這是一種主動(dòng)至穩(wěn)電系統(tǒng)的思路。儲(chǔ)能系統(tǒng)并不是一個(gè)孤立的裝置，它會(huì)影響電力系統(tǒng)的多個(gè)部件和過(guò)程，可以從整體角度對(duì)大型互聯(lián)電力系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高電力工程運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性[1～3]。

2.2 儲(chǔ)能技術(shù)在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用是在脈沖功率系統(tǒng)中發(fā)揮作用。脈沖率源并不是一個(gè)單一系統(tǒng)，由許多不同的系統(tǒng)部件組成，如負(fù)載儲(chǔ)能單元和波形調(diào)制等。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，脈沖功率系統(tǒng)會(huì)逐漸朝著高傳輸功率和高儲(chǔ)能密度以及高傳輸密度方向不斷發(fā)展。將該技術(shù)應(yīng)用于整體電能系統(tǒng)，不僅可以促進(jìn)以上目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還可以減小系統(tǒng)的體積。為了將現(xiàn)行的儲(chǔ)能技術(shù)和傳統(tǒng)的電力儲(chǔ)存技術(shù)相結(jié)合，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的儲(chǔ)能設(shè)備研究與升級(jí)，研究出更多種類(lèi)的，適應(yīng)于不同系統(tǒng)，并且更加具有適應(yīng)性的電力儲(chǔ)能設(shè)備。電力儲(chǔ)能設(shè)備具備的特點(diǎn)可以在真正意義上促進(jìn)電力整體系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，使整體系統(tǒng)具有更加高效的運(yùn)作效果。

3 電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)介紹

總體來(lái)看，電氣工程領(lǐng)域現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)種類(lèi)種類(lèi)較多，可以從不同角度對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析。

3.1 電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)之蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際電氣工程中得到了應(yīng)用。一個(gè)高效的蓄電池可以在運(yùn)行過(guò)程中成功輸出脈沖功率，以上提到的脈沖功率可以在30 s內(nèi)完成高效的輸出，使電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能得到提高。同時(shí)，這種蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，并且可以對(duì)電池質(zhì)量進(jìn)行十分有效的調(diào)整與優(yōu)化，促進(jìn)電氣工程整體效率的提高，在實(shí)際應(yīng)用中受到了歡迎與青睞。

3.2 電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)之抽水儲(chǔ)能技術(shù)

抽水儲(chǔ)能技術(shù)是電力工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)的又一應(yīng)用，抽水蓄能電站可按不同情況分為不同的類(lèi)型，無(wú)論是何種容量的抽水儲(chǔ)能設(shè)備電站，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量的釋放效率都是比較高的，綜合效率在70%～85%，儲(chǔ)能量的釋放時(shí)間大約在幾小時(shí)到幾天。抽水儲(chǔ)能技術(shù)不僅在釋放時(shí)間上具有優(yōu)勢(shì)，并且應(yīng)用范圍較廣，已經(jīng)在抽水儲(chǔ)能方面得到了很好的應(yīng)用與發(fā)揮，在調(diào)借峰值和延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間方面有很大貢獻(xiàn)[4]。

3.3 電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)之超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)

超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)是另一個(gè)十分重要的儲(chǔ)能技術(shù)，在電器功能領(lǐng)域的應(yīng)用較多。毋庸置疑，超級(jí)電容器因?yàn)槠浔砻娣e、耐壓能力等方面的優(yōu)越性，往往具有比傳統(tǒng)的電容器更加優(yōu)越的容電能力，應(yīng)用前景更廣。超級(jí)電容器具有優(yōu)越的特性，它可以在面對(duì)瞬間干擾和電器起伏的情況下平穩(wěn)運(yùn)行，正常提供儲(chǔ)存的電能，使電能系統(tǒng)正常、穩(wěn)定地工作。以上特點(diǎn)使超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域逐漸受到重視，并且人們正在嘗試著使超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在更多領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

3.4 電氣工程領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)之飛輪儲(chǔ)能技術(shù)

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是由特定支撐機(jī)構(gòu)和一定質(zhì)量和形狀的塊組成的結(jié)合系統(tǒng)。其中的軸承支撐一般為磁懸浮軸承支撐，因?yàn)檫@種技術(shù)可以十分有效地降低這一電能系統(tǒng)的使用摩擦和固定損耗，從而在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到提高使用效率，延長(zhǎng)使用壽命的目的。這一系統(tǒng)主要在真空環(huán)境中運(yùn)行，因?yàn)檎婵窄h(huán)境具有比較小程度的損耗，可以有效減少使用損耗與損失，這樣電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的效率就可以得到有效的保證。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)使用過(guò)程中會(huì)與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連接，然后通過(guò)一定方式對(duì)飛輪速度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，這樣就可以進(jìn)行電能儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)功率之間的有效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)更高效率的電力系統(tǒng)運(yùn)作。

4 提高電能存儲(chǔ)技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用能力的方法

隨著電力應(yīng)用技術(shù)的逐漸深入，人們對(duì)電氣工程中儲(chǔ)能技術(shù)的要求越來(lái)越高，如何在現(xiàn)有和待開(kāi)發(fā)科學(xué)技術(shù)支持下研制出大容量的、高穩(wěn)定性的存儲(chǔ)技術(shù)越來(lái)越得到人們的重視，成為電力領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究，研究人員指出可以從以下方面對(duì)電力儲(chǔ)能技術(shù)的能力進(jìn)行提高。

4.1 大力研發(fā)相關(guān)電力技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)能否得到高效應(yīng)用，在很大程度上會(huì)受到電力中各種能量交換的影響，因此，要著重研發(fā)相關(guān)電子電力技術(shù)，不斷降低這種電力轉(zhuǎn)換之間的直接和間接成本，促進(jìn)轉(zhuǎn)換能力和轉(zhuǎn)換速率的提升，不斷改善傳輸現(xiàn)狀，促進(jìn)電子電力技術(shù)在儲(chǔ)能方面發(fā)揮更大的作用。電力技術(shù)的良好開(kāi)發(fā)，不僅可以促進(jìn)轉(zhuǎn)換，還可以通過(guò)多種方式促進(jìn)電氣領(lǐng)域的儲(chǔ)能技術(shù)朝著更加高效、實(shí)用性更強(qiáng)的方向發(fā)展[5]。

4.2 有效利用電氣工程領(lǐng)域的各種儲(chǔ)能技術(shù)

在電能生產(chǎn)過(guò)程中，存在著多種儲(chǔ)能技術(shù)，這些儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，也用于各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在電力的生產(chǎn)過(guò)程中，僅使用一種技術(shù)就解決所有電力儲(chǔ)能問(wèn)題和其他電力問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的。與此同時(shí)，在電力相關(guān)活動(dòng)中結(jié)合各種電力儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更加高效的生產(chǎn)并不是不可實(shí)現(xiàn)的，這些技術(shù)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的，更加合理和穩(wěn)定的滿足實(shí)際生產(chǎn)服務(wù)需求。做到對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)的有效結(jié)合，不斷通過(guò)調(diào)整，達(dá)到電力系統(tǒng)工程運(yùn)行的動(dòng)態(tài)平衡，可以有效促進(jìn)電力支撐下的生產(chǎn)發(fā)展，促進(jìn)電力現(xiàn)代化水平的不斷提高。

4.3 加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)空強(qiáng)度分布的研究

要充分發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)的作用，不斷滿足生產(chǎn)需求，提高生產(chǎn)效率，需要對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的時(shí)空分布進(jìn)行深入的研究。進(jìn)行此類(lèi)電能研究，可以幫助人們更加高效和穩(wěn)定地處理電氣工程中的問(wèn)題，發(fā)掘電力工程運(yùn)行規(guī)律。同時(shí)，為了使電能儲(chǔ)存技術(shù)得到更大范圍的運(yùn)用，有必要對(duì)時(shí)空強(qiáng)度分布進(jìn)行研究，擴(kuò)大視野，發(fā)現(xiàn)新的使用方式和運(yùn)用方法，更加科學(xué)地進(jìn)行電力生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)峰值動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效調(diào)整，提高電力管理水平。

4.4 發(fā)掘儲(chǔ)能技術(shù)電氣工程中新的應(yīng)用領(lǐng)域

儲(chǔ)能技術(shù)是一個(gè)有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展前景的技術(shù)，不應(yīng)僅局限于現(xiàn)有的電力發(fā)展格局。要結(jié)合未來(lái)電力工程的發(fā)展方向和電力儲(chǔ)能技術(shù)不的發(fā)展進(jìn)程，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)新的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探索。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)也要不斷克服其局限性，使其適應(yīng)性更強(qiáng)，滿足各個(gè)行業(yè)的電力需求，尤其是對(duì)電力需求量大而且十分重要的發(fā)展行業(yè)，如農(nóng)業(yè)行業(yè)，國(guó)防建設(shè)等。無(wú)論是日常行業(yè)利用還是重要機(jī)密領(lǐng)域運(yùn)行，儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代科技發(fā)展來(lái)說(shuō)都是十分有利的促進(jìn)工具。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力技術(shù)正在各行各業(yè)得到廣泛的運(yùn)用。在這個(gè)過(guò)程中，儲(chǔ)能技術(shù)逐漸成為電氣工程中的重要組成部分。儲(chǔ)能技術(shù)有多種作用，并且包含很多類(lèi)型，如抽水儲(chǔ)能技術(shù)、超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)等。為了提高儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程中的使用效率，研究者提出了不同的改進(jìn)方式與發(fā)展策略。儲(chǔ)能技術(shù)是一個(gè)寶藏，有必要促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)在不同行業(yè)領(lǐng)域的深入利用，同時(shí)，為儲(chǔ)能技術(shù)的深入開(kāi)發(fā)做好準(zhǔn)備工作，為儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用做好規(guī)劃，也是有效促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重要有效方式。相信儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)一定可以促進(jìn)我國(guó)生產(chǎn)領(lǐng)域的巨大飛躍，促進(jìn)電能儲(chǔ)存技術(shù)支撐下的生產(chǎn)力水平的不斷發(fā)展。

（作者系康新（中國(guó)）設(shè)計(jì)股份有限公司 助理工程師）

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