儲能技術在新能源電力系統中的研究分析

國網江蘇省電力有限公司如東縣供電分公司 戴園園

儲能技術是新能源領域發展的一個重要技術形式，通過利用該項技術，可以促使新能源更好的應用和發展。同時，由于我國新能源結構不斷優化，并且與傳統能源共存，這樣就會導致電力系統變得復雜化，影響其運行的穩定性。因此，新能源電力系統在長期的發展中，逐漸將儲能技術應用到其中，通過對新能源的合理調節，以此實現新能源利用最大化，提升新能源電力系統運行的穩定性和可靠性，

1 儲能技術存分析

1.1 技術概述

儲能技術在新能源領域發展中占據著重要的地位，主要是利用儲能設備根據機械能、熱能、電磁等形式將新能源進行儲存，以便后續的使用[1]。同時，儲能技術主要分為機械儲能、電磁儲能、電化學儲能、熱儲能、化學類儲能等形式。如圖1所示。

圖1 儲能技術

1.2 存在的意義

在新能源開發領域中，能源轉化的重點一般為風能、太陽能等，并且利用設備實現能源的轉化。同時，與傳統能源電力系統相比，風能和太陽能在應用的時候，經常會受到自然界的限制，應用期間存在著一定的間歇性，這樣嚴重影響新能源電力系統運行的穩定性。基于此，通過利用儲能技術降低自然環境因素所帶來的影響，以此保證新能源電力系統運行的穩定性。另外，將儲能技術應用到新能源電力系統中，也是我國新能源電力生產領域發展的必然趨勢。

2 儲能技術的應用

2.1 不同電場所儲能

電場所的不同，所使用的儲能技術也是不同的，如電力頻調壓系統、新能源發電側儲能系統、商用儲能系統等方面，所以需要根據電場所自身的需求，選擇合適的儲能技術，以此滿足不同場新能源電力系統的運行需求[2]。同時，儲能技術在應用時，根據不同電場所的運行情況以及對新能源的需求，對新能源和功率進行適當調節，并且對長期和短期的運行狀態進行檢驗和調控，避免產生運行故障。另外，將儲能技術應用到其中，可以實現應急供電的功能，主要是將蓄電池和變流器融合，因此使不同電場所新能源電力系統運行的穩定性實現不間斷供電的模式。

2.2 太陽系統儲能

太陽能是新能源電力系統中的主體，主要包括光伏系統、光熱系統等方面，并且這兩種系統形式都是將太陽能輻射進行轉化，以此形成電能，以供新能源電力系統的發電。同時，熱光技術作為太陽的發熱源，主要是通過供冷和制熱實現的光熱發點，并且利用供暖、制熱以及加工發電、化學燃料等所產生的反應，以此增加發電的強度和效率。另外，儲能技術在太陽能系統應用的時候，可以根據電力系統的運行情況，對太陽能進行調節，確保時間和空間上實現平衡的狀態[3]。太陽能在發電期間，經常受到一些因素的影響，導致其具有間歇性，所以利用儲能技術可以將太陽能進行儲存，以此避免新能源電力系統供電產生的間歇性。

2.3 電磁儲能

電磁儲能是儲能技術在新能源電力系統中應用的一項重要形式，其儲存方式將電能進行轉化，以此形成電磁能，其存儲效率也相對較高，為新能源電力系統的穩定運行提供了重要的保障。電磁儲能的儲能方式主要為超導磁儲能和超級電容器儲能，內容如下。

2.3.1 超級電容器儲能

超級電容器儲能主要是以雙層超級電容器為主，其中電荷按主要是靜電的方式，在電極和電解質之間形成雙電層界面，這樣在充電的時候可以處以較為理想化的狀態。同時，電荷會對周圍電解質溶液中的異性離子進行的吸收，并且將其附著于電極表面上，形成雙電荷層，以此形成雙電層電容。另外，在充電的時候不會產生化學反應，其安全性較高，并且電極材料會發生高度可逆的氧化還原反應，這樣會產生電機充電點位有關的電容，以此對電力能源進行儲存，避免產生能源的消耗。

2.3.2 超導磁儲能

超導磁儲能在電磁儲存中屬于常見的一種形式，主要是利用電網供電勵磁在超導線圈中產生電磁場，進而對電力能源儲存，并且在對電力能源使用時，可以將電力能源送回到電網中，以此確保電力系統運行的穩定性[4]。同時，超導磁儲能主要是由超導磁體構成，形成一個大電感，并且電流通過以后，電力能源會以磁場的形式儲存在電感中，等到需要使用電力能源的時候，會將能源進行釋放。

2.4 化學儲能

儲能技術在新能源電力系統應用時，化學儲能是最為常用的一項技術形式，主要是利用儲能電池的方式對新能源進行儲存，其存儲效果較好。

2.4.1 金屬空氣電池

金屬空氣電池在化學儲能中較為常用，主要是依靠金屬氧化反應完成電能與化學能的轉化，并且其轉化效率相對較高，可以最大限度滿足新能源電力系統運行的需求。

2.4.2 鈉硫電池

鈉硫電池是以金屬鈉為負極、硫為正極以及陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。同時，鈉硫電池的工作環境相對較為特殊，主要是在300～350℃的高溫環境下對電能進行儲存。另外，鈉硫電池在應用時，通過利用電解質隔膜與硫之間產生的可逆反應，以此對電能進行儲存，并且等到電力系統需要儲存電能的時候，再進行釋放，以此滿足電力系統對電能的需求。但是，在利用鈉硫電池的時候，要做好防腐處理，避免產生安全事故。

2.4.3 搖椅電池

搖椅電池主要是以鋰離子電池、鈉離子電池為主。以鋰離子電池為例，主要是以鋰合金或者金屬氧化物為正極運料，負極材料是以石墨、鈦酸鋰為主，電池是以非水電解質為主。同時，鋰離子電池在電能存儲的時候，主要是利用Li+在兩個電機之間，產生可逆的嵌入和脫出反應，并且在充電期間，Li+從對電極脫出。另外，脫出完成以后，通過利用電解液，分布到負極表面，這時正極呈現鋰離子缺失的一個狀態。鋰離子電池在通過利用外電路與負極的電子連接，以此保證系統電荷出處于平衡的狀態，以此實現電能儲存過程。

2.5 物理儲能

物理儲能主要是利用空間中的天然資源進行儲存供電，以此實現綠色環保、持續供電的原則。常見的物理儲能方式為抽水儲能、空氣壓縮、飛輪儲能等，主要有以下幾個方面。

2.5.1 抽水儲能

抽水儲能是物理儲能中常用的一種儲能方式，主要是因為能量轉換效率相對較高，并且儲能容量相對較大，一般是在海水中進行儲能[5]。同時，抽水儲能方式相對較為靈活，在電力供應方面也相對較為穩定，并且該方式不僅是一種發電方式，還是新能源電力系統中不可缺少的內容，為新能源電力系統穩定運行提供了有力的支撐。

2.5.2 空氣壓縮儲能

空氣壓縮儲能在物理儲能中也相對較為常用，并且其安全系數相對較高，在解決大規模電力系統的平滑輸出問題有著非常好的效果，但是空氣壓縮儲能在實際應用時，對應用場地地質條件有著較高的要求。首先，主要是利用風電機組多余的風電進行基本運行，并且在空氣中進行壓縮和降溫處理。處理完成以后，需要將空氣放置在合適的場地中，以此釋放能源；其次，在釋放能源的時候，需要利用升溫裝置將空氣進行升溫處理，利用升溫的氣體進行物質燃燒，并且燃燒后的氣體可以推動燃氣機輪的運作；最后，利用燃氣輪機推動發電機，進而滿足新能源電力系統的運行。

2.5.3 飛輪儲能

如圖2所示，飛輪儲能在新能源電力系統應用時，其運作方式與空氣壓縮儲能方式基本一致，其分為儲能和釋能兩種形態。同時，在應用時，利用飛輪旋轉的方式獲取電力能源，將機械能源進行轉換，形成可用的電能以此滿足新能源電力系統長期供電的需求。另外，飛輪儲能不僅能源轉換效率較高，同時還具有良好的清潔、環保特點，避免對周圍環境造成嚴重的影響。

圖2 飛輪儲能示意圖

3 提升儲能技術應用水平的主要措施

3.1 結構組成

當前，儲能技術應用一般是以大體積、功率高、密度高等系統進行并網處理，以及需要對儲存單元的密度進行嚴格的控制，以此確保良好的應用效果。同時，可以利用超級電容裝置，對新能源電力系統運行狀態進行改善，確保其運行質量。可利用超級電能容量管理和網際控制對太陽能電場，以及風能電場等運行功率進行適當調節，以此確保儲能技術的控制效果。如從光伏發電系統的角度來看說，可以根據情況將多種儲能當時融入其中，形成混合儲能系統，這樣對光伏發電系統的運行功率進行定期分析，并且做出適當的調節，以此強化光伏發電系統的使用性能，延長其使用說壽命，也進一步的優化儲能技術的應用水平。

3.2 優化配置

針對儲能技術來說，在儲能期間不斷進行優化可以有效實現高質量、高穩定的電能，并且可以在保證功率穩定性的情況下，促使波動期間變得更加穩定，以此實現儲能技術良好的應用效果。同時，儲能技術在新能源系統應用時，需要根據應用狀態制定曲線動態，以此分析其應用情況，并且基于此不斷進行優化。但是，儲能技術優化配置的時候，需要對其運行曲線進行反復的考核，并且了解其負荷特點，這樣可以更加全面優化系能源發端配置，以此確保儲能技術應用達到最佳的效果。

3.3 技術控制優化

一是儲能技術在應用期間，為了滿足不同場合新能源電力系統的運行需求，要加強儲能技術中大功率和防電強的特點，并且根據不同場合新能源電力系統運行的需求，對并網變流器的優化，以此對實際運行功率進行有效的控制，并且儲能技術的復合能力也有所加強。

二是將儲能技術與新能源電力系統實際運行相互結合，可以有效解決電力分布不均勻的情況，實現長期穩定供電的模式。同時，儲能技術在新能源電力系統應用時，可以對電力系統的各路電力進行合理的控制以及合理的規劃，從而避免新能源電力系統運行故障的產生。

三是在儲能技術控制優化時，需要加強對電力系統以及儲能裝置的掌控，對其內部自控能力進行優化，這樣可以根據不同的運行狀態進行控制，避免異常現象的產生。另外，需要生成有功和無功的電力系統運行電流指令，這樣可以促使儲能技術中的功率補償以及穩定性等方面有所增強。

四是利用多層次管理，可以促使整個新能源電力系統的自控力有所增強，并且再利用輸入和輸出的方式，以此解決聯合調控的問題，不僅提升了儲能技術的應用效果，也確保新能源電力系統運行的穩定性和安全性。

4 儲能技術的應用效果

一是儲能技術的應用，其首要任務就是提高儲能效率，并且加強對新能源的利用和開發，滿足新能源電力系統運行的需求。同時，可以對傳統能源電力系統存在的不足進行綜合性優化，促使儲能效率、性能等方面呈現同步發展的狀態，這樣對于新能源電力系統的發展是非常有利的。

二是將生產出來的新能源電能進行有效的儲存和利用，是儲能技術存在的主要目標，促使新能源電力系統可以長時間的運行，滿足人們日常生活、工作對電能的需求。因此，儲能技術在應用時，通過對優化配置、技術控制優化等手段，可以解決新能源電力系統運行中常見的一些問題，有效降低停電、斷電以及電路損壞等現象，并且儲能技術根據新能源電力系統的運行狀態，選擇可靠性較強的電氣裝置，以此為新能源電力系統運行的安全性和穩定性提供了基礎性的保障。

5 結語

為了降低對傳統能源的消耗，避免對環境造成嚴重影響，加大了新能源電力系統的開發。但是，由于新能源電力系統主要是以風能和太陽能為主，會因為環境因素產生一定的局限性，供電出現間歇性。基于此，新能源電力系統為了解決該項問題，將儲能技術應用其中，通過不同的儲能方式，滿足不同電力場所的供電需求，提升儲能的效率，有效解決間歇性問題，為新能源電力系統的開發與應用，提供了新的方向，以及技術支撐。