面向電力設備能源存儲技術及其在調峰降谷中的應用研究

浙江浙能臺州第二發電有限責任公司 裘曉璐

隨著全球能源轉型和環境保護的要求不斷提高，可再生能源在電力系統中的比重逐漸增加。然而，可再生能源具有不穩定性和不可預測性等特點，給電力系統帶來了較大的挑戰。為解決這些問題，能源存儲技術已成為電力系統調峰降谷的關鍵技術。本文將對電力設備的能源存儲技術及其在調峰降谷中的應用進行研究，以期為推動電力設備儲能技術的發展和應用提供參考。

1 能源存儲技術的概述

能源存儲技術是指將多余的能源轉化為其他形式并儲存起來，以便在需要時重新轉換回電能，如圖1所示。

圖1 儲能技術基本原理圖

目前，主要的能源存儲技術包括：蓄電池（如鋰離子電池、鈉硫電池等）、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能以及超級電容器等[1]，見表1。

表1 各儲能技術對比

2 電力設備的能源存儲技術應用

2.1 儲能技術在電力設備中的應用現狀

在電力設備領域，能源存儲技術已經發揮著越來越重要的作用。當前，儲能技術在電力系統的發電、輸電、配電以及用電環節具有廣泛的應用。

在發電環節，能源存儲技術與可再生能源發電（如太陽能和風能）相結合，有助于解決可再生能源的間歇性和不穩定性問題。通過儲能系統，可在發電量較高時儲存多余的電能，而在發電量較低時釋放儲存的電能，從而提高整個發電系統的穩定性和可靠性。

在輸電環節，能源存儲技術有助于電網的穩定運行。通過在輸電線路附近設置儲能裝置，可以在電力需求高峰時向電網釋放儲存的能量，從而減輕輸電線路的負擔。同時，儲能技術還可以在電網發生故障時提供緊急備用電力，保證電力系統的安全穩定運行。

在配電環節，能源存儲技術可緩解電網負荷，提高配電系統的可靠性和效率。通過將儲能裝置部署在配電網中，可在電力需求高峰時向配電網提供電力支持，從而減小配電設備的負荷。此外，儲能技術還可幫助減少配電網中的電壓波動，提高電能質量。

在用電環節，能源存儲技術可提高用電側的能源利用率。例如，在工業和商業用戶中，儲能系統可在電價較低的時段儲存電能，然后在電價較高的時段使用儲存的電能，從而降低用電成本。此外，儲能技術還可應用于家庭和微電網等分布式能源系統中，實現能源的自給自足，提高能源利用效率。

總之，能源存儲技術在電力設備中的應用現狀表明，儲能技術在提高電力系統穩定性、調整系統頻率、優化負荷曲線、提高能源利用率等方面具有顯著優勢。隨著科技的發展和應用范圍的拓展，儲能技術將在電力系統中發揮更重要的作用。

2.2 儲能技術在電力設備中的優勢和挑戰

儲能技術在電力設備中具有顯著的優勢，同時也面臨著一定的挑戰。從優勢角度來看，儲能技術可顯著提高電力系統的穩定性和可靠性，通過在電力需求高峰時向電網提供電力支持，有助于穩定電網頻率和電壓。此外，儲能技術還可在電網發生故障時提供緊急備用電力，確保電力系統的安全穩定運行。通過在電力系統中部署儲能裝置，可以減輕電網負荷，從而延長電力設備的使用壽命。儲能技術還可以有效提高能源的利用率，通過解決可再生能源（如太陽能、風能）的間歇性和不穩定性問題，以及在用電側實現電能的峰谷錯峰消費，降低用電成本。最后，儲能技術與可再生能源相結合有助于減少對傳統化石燃料發電的依賴，從而降低溫室氣體排放和環境污染。

然而，在應用儲能技術時，也需要關注其面臨的挑戰。首先，目前一些儲能技術（如鋰離子電池、飛輪儲能等）的成本相對較高，這可能限制了其在電力設備中的廣泛應用。隨著技術的發展和規模化生產，儲能技術的成本有望逐步降低。其次，儲能技術涉及多種技術領域，如電池化學、材料科學、控制系統等，這增加了技術研究和應用的難度。因此，需要加大研究力度，提高儲能技術的成熟度和可靠性。此外，部分儲能技術（如鋰離子電池）在使用過程中存在一定的安全隱患，如熱失控、漏電等。在推廣應用儲能技術時，需要加強安全監管和技術創新，確保儲能系統的安全運行。最后，儲能設備的壽命受到循環次數、使用條件等因素的影響，需要不斷研究和改進技術，以提高儲能設備的耐用性和經濟性。

3 能源存儲技術在電力調峰降谷中的應用

3.1 能源存儲技術在電力調峰中的原理

能源存儲技術在電力調峰中的基本原理，是在電力需求低峰時將多余的電能存儲起來，然后在高峰時釋放出來。這樣，儲能系統可以幫助減少電力系統負荷波動，保持電網頻率穩定[2]。

在電力系統中，電力需求隨時間的變化而波動，通常表現為早晚高峰和夜間低峰。在高峰時段，電力系統的負荷壓力較大，此時釋放儲能設備中的電能，有助于滿足高峰需求，降低系統負荷。在低峰時段，電力需求較低，此時可將多余的電能儲存在儲能設備中，以備高峰時段使用。

通過儲能技術實現電力調峰，有助于保持電網頻率穩定。當電力需求突然增加時，儲能設備可以迅速向電網供電，以避免頻率下降。相反，在電力需求突然降低時，儲能設備可以吸收多余的電能，防止頻率上升。這種快速響應和靈活調節的特點使得儲能技術在電力調峰中具有重要作用[3]。表2展示了不同儲能技術在電力調峰中的一些相關參數。

表2 各儲能技術在電力調峰中的相關參數

3.2 能源存儲技術在電力調峰中的經濟性評估

評估能源存儲技術在電力調峰中的經濟性主要包括儲能系統的投資成本、運行維護成本以及節能減排效益等方面。不同儲能技術在這些方面的表現各有特點，通過對比不同儲能技術的成本效益，可為電力企業選擇最適合的儲能方案提供依據。

在投資成本方面，大型儲能項目如抽水蓄能和壓縮空氣儲能的初期投資成本相對較高，但由于其規模經濟效應和較低的單位能量成本，使得在長期運行中具有良好的經濟性。而蓄電池和超級電容器等分布式儲能技術的投資成本，隨著技術的發展和產能的擴大逐漸降低，使其在電力調峰中的經濟性不斷提高。

運行維護成本方面，抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等技術具有較長的壽命和較低的維護成本，有利于降低整體運行成本。而蓄電池等化學儲能技術由于其化學反應的特性，可能導致較高的維護成本和較短的使用壽命。

在節能減排效益方面，各類儲能技術在電力調峰中都能有效地減少電力系統的負荷波動，提高可再生能源的利用率，從而實現節能減排。其中，蓄電池等分布式儲能技術在充分利用分布式可再生能源方面具有明顯優勢，有助于降低碳排放。

綜合考慮各類能源存儲技術在電力調峰中的經濟性優勢，電力企業可以根據實際需求和項目特點選擇最適合的儲能方案。同時，隨著能源存儲技術的不斷發展和成本降低，其在電力調峰中的經濟性將得到進一步提升。

4 能源存儲技術在電力設備中的應用前景

4.1 儲能技術在電力設備中的應用前景

隨著能源轉型和環境保護需求的不斷提高，能源存儲技術在電力設備中的應用前景顯得尤為廣闊。在未來的發展中，儲能技術將在分布式發電、微電網、智能電網等領域得到更廣泛的應用，成為電力系統的重要支撐技術。

在分布式發電方面，尤其是太陽能、風能等可再生能源的廣泛應用，儲能技術將發揮關鍵作用，通過解決分布式發電的不穩定性和不連續性問題，提高能源利用效率，降低對電網的負擔。此外，儲能技術在微電網中的應用可提高系統的穩定性和可靠性，確保在不同負荷條件下電力供應的穩定。

智能電網是未來電力系統的發展方向，其核心在于實現電力系統的高效、環保、安全和可持續發展。儲能技術將在智能電網中發揮關鍵作用，例如平滑可再生能源的波動、提供輔助服務和應對突發事件等。同時，隨著電動汽車的普及，充電基礎設施建設將成為一個重要領域。儲能技術在充電設備中的應用可以減輕充電對電網的沖擊，緩解供電壓力，提高充電設備的運行效率[4]。

4.2 儲能技術在電力設備中的未來研究方向

提高儲能技術的性能和效率：通過不斷研究和創新，提高儲能技術的性能、效率和安全性，降低成本，使其在電力系統中的應用更具競爭力。系統集成與優化：研究不同儲能技術在電力系統中的綜合應用，實現儲能系統的最優配置和調度，提高系統的整體性能。與可再生能源的深度融合：研究儲能技術與風能、太陽能等可再生能源的深度融合，實現可再生能源的高比例接入和高效利用。

5 結語

能源存儲技術在電力設備中具有顯著的優勢和廣闊的應用前景。通過不斷研究和創新，能源存儲技術將為電力系統的穩定、高效運行提供有力支持，促進能源轉型和環境保護目標的實現。