儲能技術在電力系統中的應用現狀與前景初探

國網北京市電力公司檢修分公司 王 瑞

1 引言

隨著智能電網的發展及其在新能源領域的深入應用，儲能技術作為一種能使電力系統更加穩定高效的技術，開始被廣泛應用。儲能技術不僅提高了電網對新能源的適應性，而且提高了能源質量，這對電力系統儲能和資源節約非常有利。但由于我國存儲技術起步緩慢，尚未在各個領域發揮出最大價值，目前仍在不斷探索中。作為一個新興產業，儲能技術需要不斷改進和創新，而降低成本、加強環保和資源再利用是儲能創新的核心。因此，電力企業應該加強對各種儲能技術的應用，更好地促進經濟發展。

2 儲能技術的主要類型

2.1 機械儲能技術

常見的機械儲能技術主要分為以下幾類：一是抽水蓄能。抽水儲能是把能量以勢能的形式儲存，當需要利用能源時，勢能被轉換成電能。該技術是一種廣泛應用于電力系統的儲能技術，其特點是儲能容量較大。目前，該技術相對成熟，主要適用于平衡電力供應，唯一的缺點是機組建設周期長，初期投資較大。二是壓縮空氣儲能。壓縮空氣儲能的概念于1949年在國外首次提出，經過不斷的探索和研究，壓縮空氣儲能終于形成。這種儲能技術工作效率高，單體儲能規模大，適合長期穩定地高效儲能。當前，該技術已經比較成熟，中國在這一領域的應用可能性很高，避免了許多技術問題。三是飛輪儲能。飛輪儲能技術可以將電能轉換為動能，具有功率強、能量轉換效率高等優點。從環保角度來看，飛輪儲能具有明顯的優勢，是目前推薦的環保儲能方式，而且可以促使電力系統朝著可持續的方向健康發展。

2.2 電磁場儲能技術

電磁場存儲技術可分為超導磁鐵存儲系統和超級電容存儲系統。一是超導體磁存儲技術。超導體磁存儲技術使用超導體線圈來存儲電磁能量，具有響應速度快、存儲密度高的特點。由于超導磁存儲裝置的成本相對較高，且在運行過程中會產生強磁場，因此該存儲方法的使用容易受到限制。根據超導體的特性，其電阻基本為零，儲存壽命相對較長。此外，超導磁儲能裝置的能量回饋率也很高，能量可以快速釋放，可以在一定程度上有效地控制電網的電壓波動，進一步保證整個電網系統的穩定。二是超級電容器。超級電容器主要采用電解質進行充放電，具有使用壽命長、響應快等特點。在實際應用中，這種存儲形式的能量密度相對較低，且電阻電壓水平不是很高，因此其應用易受到限制。能量主要通過電解質儲存，這種電解液通常由特殊材料制成。對于普通電容器，由特殊材料制成的電解液的電阻電壓性能得到改善。

2.3 電化學儲能

電化學儲能技術主要使用電池來完成儲存和釋放電力的過程。但在具體應用中，這種儲能技術的安全性和穩定性較低，鉛離子電池的循環壽命較短，在使用過程中會造成環境污染。但這種儲能技術也有相應的優點，例如電化學存儲技術的安裝更加靈活，響應速度更快，在實踐中，電化學存儲可以根據情況優化資源分配。目前，電化學儲能還沒有得到廣泛的應用，當電力系統相對分散時，主要與小容量儲能裝置結合使用。

3 當前各種儲能電池的技術難點

分析表明，鋰離子電池在電化學儲能領域具有明顯的優勢。鋰離子電池的正負極為鋰合金或鋰合金材料，采用非水電解質溶液，主要由正負極、隔板和電解液組成。目前，鋰離子電池發展面臨的問題是如何有效解決鋰離子電池的安全性、充放電速度、耐久性和能量密度等問題，如果這些問題得不到有效解決，鋰離子電池的發展將會遇到瓶頸。不僅鋰離子電池，其他類型的電池也有廣闊的發展空間。例如，在歐洲和日本市場，鈉硫電池的價格相對較高，鈉硫電池能量密度高，成本低，但運行條件高，總投資高，必須緊急解決安全和經濟問題。

儲氫技術是在化學儲氫技術的基礎上發展起來的，但現階段在一些國家非常普遍，但仍處于初步發展階段。物理儲能技術包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能、超級電容儲能等。與太陽能、風能儲能相比，壓縮空氣儲能技術在多媒體能源領域有著重要的應用，空氣相對穩定，易于使用。同時，壓縮空氣儲存技術是一種環保技術，對環境無害，非常安全，然而，嚴格的地理條件和高昂的建設成本限制了這項技術的發展。飛輪儲能技術可以提高電力系統運行的安全性、穩定性和靈活性，雖然儲能對可再生能源的影響尤為明顯，但這項技術在我國尚未普及，需要深入研究的成熟產品也很少。根據各種研究數據，超級電容器和超級電容儲能器這兩種技術具有效率高、響應快的優點，但在實際應用中，由于原材料和研發技術的限制，一些技術問題沒有得到有效解決，影響了它們的開發和應用。

4 儲能技術的作用與優勢

4.1 使電力得以儲存

傳統的電力系統是動態平衡的，當想要使用時，就可以進行放電。這種供電方式越來越不適合當今社會的發展和需求。新的儲能技術使系統進入連續運行狀態并儲存能量，使得發電和放電不再互相牽制。儲能技術可以被視為一項根本性的改革，儲能技術在能源管理中的應用，使配電更加合理，在一定程度上緩解了高峰用電帶來的用電困難。

4.2 使能源便于調控

傳統能源在使用過程中容易造成嚴重污染和環境破壞，這使得許多新能源正在逐漸被使用，其中最具代表性的是太陽能和風能。新能源可以提高電力系統的發電質量，但過于依賴自然資源。例如，在風力發電技術中，如何在沒有風力的情況下進行發電，一直以來是難以解決的問題。隨著科學技術的發展，人們的生活中充滿了許多科技產品和服務，這不可避免地加劇了對電力的需求。電力關系到許多行業的正常運行，在各種復雜因素的影響下，人們的電力需求在不同時期會表現出一定的差異。從這個角度來看，單靠穩定的電力生產無法實現資源的優化配置，滿足差異化的生產和生活需求。在應用儲能技術后，新能源的不連續性可以得到徹底解決，使得電網運行平穩，能源得到合理控制，新能源的價值得到充分體現。

4.3 提高電能質量和輸電能力

存儲技術的應用在容量相同的情況下，可以利用及時調整的特點，使電力系統達到最佳的運行效果。隨著飛輪技術的發展，該技術在負荷中心采用削峰、削谷，從而降低電網運行成本，具有設計簡單、調節靈活的優點。在傳統電網中，發電和電網負荷必須動態平衡。隨著儲能技術的應用，電能可以從最初的即用轉變為儲能的物品。

4.4 調節發電系統功率

當進行大規模風力發電時，間歇性和可變性將破壞系統的穩定性。利用儲能技術，可以對發電系統的功率進行調節，以改善這些問題。例如，當電力系統的運行功率低于輸出功率時，儲能設施可以發送“輸出”功率。相反，當電源系統的工作功率高于輸出功率時，技術儲能系統可以“吸收”功率。這樣儲能技術可以起到很好的調節作用，有效解決接入風能生產網絡所帶來的各種問題。

4.5 滿足多樣化電能需求

隨著生活質量的提高，人們對電力的需求越來越大，在這個過程中，必須考慮電氣系統未來的發展方向。傳統的能源生產和分配系統已經落后，不能滿足新時代的生產和生活需求。此時，相關部門必須積極開發風力發電和太陽能發電等新的發電方式，提高新能源的開發能力，并考慮如何優化和升級儲能設備。在優化更新儲能技術的過程中，關鍵是提高電網的兼容性，讓電網吸收更多的風能和太陽能，使電力系統具有更強的儲能和供電效果，更好地滿足各個行業的能源需求，緩解各行業對新一代能源的強勁需求。

5 儲能技術在電力系統中的具體應用

5.1 發電系統中的應用

目前，電池儲能技術主要用于大規模風力發電生產，采用專業化的工作模式，設定固定的計算目標，完成產能分配。儲能技術對大規模風能發電的作用是顯而易見的，如果高于規定的標準值，實際儲能時間將更短，儲能利用率將更高[1]。目前，在推動轉換器的幫助下，電池儲能技術得到了有效地利用[2]。長期以來，我國的電力系統一直由火力發電控制，燃煤發電會造成特定環境的污染，風能發電的出現有效地解決了這個問題。然而，盡管可再生能源可以緩解目前能源短缺和環境污染的現狀，但這種能源生產模式存在一些缺點，如穩定性低、缺乏可持續性。以廣泛使用的風能為例，風力是這種發電的基礎，對發電的效果影響很大，同時風速的變化是不確定的，這都會對風力發電造成影響，使得風力發電機組的運行表現出波動性和不連續性的特點。

5.2 在電能運輸中的應用

電力企業加強儲能技術的應用，可以有效提高電力系統的供電效率。同時，還可以加快實際輸電的運行速度，保證電網安全穩定運行，更好地存儲能源、減少額外的功率損耗，并保持電池電量處于良好的傳輸狀態。

5.3 在變電站系統中的應用

電化學儲能系統可以在電力系統的配電中起到較強的輔助作用，可以根據需要提供備用電源[3]。事實上，電池存儲可以減少實際的電力維護時間，并將能源管理減少到6h以下，這使得電力設備的運行更加穩定。

6 儲能技術的發展前景

儲能技術不僅能提高電網對新能源的適應性，還能提高運行效果，節約能源。因此，相關單位有必要提高儲能技術的應用。新能源應用是當前電力系統運行的核心，其儲能效率在一定程度上取決于儲能技術的發展。以下對存儲技術各部分的發展前景進行分析和討論。

6.1 儲能技術的應用趨勢

當前，傳統能源逐漸枯竭，并且傳統能源的使用會對環境造成嚴重破壞，所以新能源正在逐步取代傳統能源，儲能技術越來越受到人們的關注。與此同時，風能、太陽能等可再生清潔新能源的儲存已成為能源行業關注的焦點，這也使得儲能技術的應用范圍正在擴大，儲能技術的應用和發展勢在必行。為了保證能源的可持續利用，滿足國家經濟發展的需要，應加大對可再生資源開發利用的研究和資金投入，實現能源的可持續利用和多元化發展。在穩定性方面，這些新能源在發電方面容易受到自然因素的影響，在運行過程中會有一些變化和中斷。但是在設備容量和年能源產出方面，中國的數據遠高于其他鄰國，這與全國人口密切相關，傳統能源被淘汰后，將會減小對環境質量的影響。此外，在新能源中儲存可再生和清潔能源也是能源部門的一項重要工作內容。因此，在今后的工作中，有關人員應加強儲能技術的研究和應用，儲存新能源，進一步升級電力系統，提高電力系統的運行效率。

6.2 儲能技術的技術水平

儲能技術的水平是否合格，決定了該技術能否廣泛應用和推廣。其中，系統轉換效率和設備壽命是影響儲能系統總運行成本的兩個關鍵因素。目前，機械儲能技術和電磁儲能技術都處于較高的發展水平，但如何同時提高這兩種技術的應用效果仍然是一個有待研究和探索的內容。兩個最重要的決定因素包括轉換效率和設備利用率，目前機械儲能和電磁場儲能已得到廣泛應用。此外，在使用過程中，有必要考慮儲能設備的尺寸和質量，進一步研究什么樣的儲能技術應該在什么樣的工作環境下使用。然而，簡而言之，進一步加強儲能技術的前景令人印象深刻。

6.3 儲能技術的經濟成本

目前，僅從存儲技術的成本來看，儲能技術已經難以滿足商業應用的需求。電力企業在計算運營成本時，除了計算存儲設施的成本外，還需要注意大規模存儲技術的維護成本。為了使存儲技術更加高效，相關人員應該對存儲技術進行不斷研究和改進，以免影響電力系統的運行效率。降低成本和提高生產利潤是目前需要探索和考慮的問題。同時，不同的存儲技術有各自的優勢和適用范圍，如何盡可能降低成本，獲得更大的經濟效益一直是電力研究的重點。為了降低儲能技術的經濟成本，相關單位可以通過讓有能力的專家加強儲能技術的研究，提高儲能技術的應用效果，充分推廣該技術的使用。

總之，隨著社會經濟的發展，人們對能源的需求越來越大。儲能技術可以使電力系統的儲能和控制變得更加容易，并且儲能技術具有高效儲能和易于控制的特點，有著很高的使用價值。因此，為促進我國儲能產業的可持續發展，有必要加快儲能技術的發展。