新能源電力系統中的儲能技術探究

李彥榮，王康民

(1.山西能源學院，晉中 030600；2.山西省高效太陽能光電轉換工程技術研究中心，太原 030000)

1 引 言

1.1 化學儲能

在新能源電力系統運行中，化學儲能是一種常見的新能源儲能技術，通過電池正負極的反應作用，實現化學能量與電力能源的有效轉化，以此滿足電力系統的用電需求，在達到電力系統儲能要求的基礎上，提高能源的利用率，保證電力系統運行的穩定性，促進儲能技術在新能源電力系統能源儲存和轉化方面得以應用。在應用化學儲能技術時，要考慮到不同電池的屬性和類別，根據電池屬性特點，判斷電池的使用功能，確保選用的電池能夠達到電力系統內部能源轉化的標準。如鋰電池不同于普通金屬電池的使用性能，在電力系統能源轉化中，具有較高的能源轉化率，能夠在短時間完成化學能量的電力轉化。

1.2 物理儲能

新能源電力系統中的儲能技術分為很多種，物理儲能作為電力系統常見的能源儲存轉化技術，主要分為抽水儲能、飛輪儲能以及壓縮儲能三種形式，根據電力系統運行的實際情況，選擇合理可行的物理儲能技術，減少系統耗能壓力，提高能源利用率。如抽水儲能相較于其他儲能技術的容量更大，具有低成本、高儲能的作用，被廣泛應用于電力系統儲能應用中。但抽水儲能容易受到地理位置和自然條件的限制，影響其使用性能的發揮。而飛輪儲能方式區別于抽水儲能形式，不易受到外界因素的影響，具有效率高的特點，能夠在短時間內完成能源的轉換工作，同時飛輪儲存應用成本也比較高，不利于成本控制。

1.3 電磁儲能

新能源電力系統中應用儲能技術能夠實現能源的有效儲存，針對不同的能源，采用合理可行的儲能轉化技術，將水能、熱能、冷能以及風能等能源轉化為電力系統所需要的電力能源，滿足系統運行的供電需要，達到電力能源轉化儲存的目的。而應用電磁儲能技術，借助變流器及超導材料將電磁能轉換為可適用的電能，依靠電磁儲能技術，實現電能的高效轉化，為電力系統運行提供充足的電力能源。同時，使用電磁儲能技術進行電力系統能源儲存轉化工作時，要結合電力系統運行的實際情況，實時掌握電力系統內部電阻及電流大小，對電磁能進行科學轉化，避免出現能源浪費問題。運用電磁儲能技術能夠在電力系統電能不足的情況下，將電磁能轉化為可用的電力能源，保證電力系統正常運行，提高電力系統運行的穩定性。

1.4 相變儲能

新能源電力系統中的儲能技術包括化學儲能、物理儲能、機械儲能以及相變儲能，其中相變儲能技術以吸收材料和釋放熱能為能源轉化方式，實現電力系統內能源的有效轉換，滿足系統運行的電力需要。在實際應用中，相變儲能技術分為電儲熱、熔融鹽儲熱以及冰蓄冷三種形式，其中電儲熱主要利用水和金屬的作用進行能源儲存轉化，由于水儲能的成本較低，常被應用于新能源電力系統能源轉換中。而金屬儲能根據物體的形態變化，實現熱能的儲存和轉化工作，能夠將熱能有效轉化成電力系統所需要的能源，提高能源的轉化率。熔融鹽儲能方式主要對鹽進行處理，結合自身熱導性能，完成電力系統內部的能源轉化。冰蓄冷儲能方式以特殊的儲能形式，對冷能進行儲存，通過冰蓄冷的方法，實現冷能的有效轉化，提高電力系統內部的制冷效果，從而降低電力系統的電力能源耗損量。

2 儲能系統集成技術

針對具體應用，儲能系統的集成技術和方式也比較重要，決定了儲能系統整體的使用效率和功能體現，主要涉及電池成組技術、電化學儲能變流器系統技術以及相應的系統拓撲結構，同時儲能電池的運行需要電池管理系統的技術支持。(1)電池成組導致壽命問題。由于電池的不一致性客觀存在，需要做到成組電池容量、內阻、充放電特性趨于一致，在集成后通過均衡策略盡可能實現性能均勻，整體表現良好特性，有利于電池壽命延長。(2)溫度控制問題。溫度對電池的容量甚至壽命、安全影響明顯。在電池成組中考慮冷卻方式、散熱結構、隔熱方式、風道設計等相關熱管理技術。(3)電氣安全問題。電池系統是一個高能量體，通過較合理的串、并聯連接方式實現分流分壓，防止局部產生電氣安全事故。(4)電化學儲能變流器是儲能與交流電網連接的樞紐。根據不同的規模等級，其應用場景有所區別。新能源發電側一般需用 MW 級電化學儲能，所以大功率大容量儲能變流器的研究是當前趨勢。(5)系統拓撲結構是對具體的應用場景，基于以上技術的綜合應用，包括直流/交流充放、電壓選擇、功率/電流分配、優化布置等，組成能量流、信息流(控制信息、狀態信息)合理的系統結構，達到高效、安全、穩定的電能交換。(6)電池管理系統實現對電池系統的高效管理。包括對電池剩余電量(SOC)的準確估算，健康狀態、故障狀態的管理，同時基于數據處理實現能效分析，其中對剩余電量(SOC)的精確計算、高精度數據采集和處理、狀態管理方法是研究熱點。

3 新能源電力系統中的儲能技術的應用措施

3.1 強化系統控制功能

儲能技術應用于新能源電力系統中，對于維護電力系統安全運行具有重要作用。工作人員在運用儲能技術進行新能源電力系統能源儲存和轉化工作時，為了促使儲能技術達到最佳應用效果，需要結合電力系統運行情況，強化儲能系統控制功能，尤其對電力系統內部功率較大的電流進行控制，通過對系統內部電流的有效控制，降低能源消耗量，實現儲能技術在新能源電力系統領域的應用目的。工作人員強化儲能系統的控制功能，除了控制系統內部電流變動情況，還可以通過控制儲能系統內部裝置，結合先進的信息技術，充分發揮現代技術智能化的優勢。

3.2 完善系統組成結構

優化和完善儲能系統組成結構對于實現儲能技術的應用價值具有促進作用。在新能源電力系統運行中，工作人員在應用儲能技術進行電力能源轉化時，要全面檢查電力系統和儲能系統內部結構，嚴格檢查儲能系統的配電裝置，確保新能源轉化工作能夠順利進行。如在風能、太陽能、電磁能轉化電力能源工作中，需要工作人員把握各個系統電流流動要求，改善系統組成結構，以此實現儲能系統的優化配置，發揮儲能系統電流控制作用。同時，對于新能源在轉化過程中產生的多余能源，儲能系統能夠發揮儲存功能，對多余的能源進行儲存處理，為電力系統提供穩定的電力能源，滿足電力系統運行需要，促進儲能技術創新發展。

3.3 實現儲能優化配置

儲能技術合理運用到新能源電力系統中，能夠有效促進能源儲存轉化，滿足電力系統的用電需求，確保電力系統運行的安全性。為了進一步發揮儲能技術在新能源電力系統能源儲存轉化方面的應用作用，需要工作人員加強儲能系統優化配置，在應用儲能技術進行能源轉化時，應注意能源轉化的質量和效率，盡可能為電力系統提供充足的電力能源，保證電力系統運行中有足夠的電力能源可用。