儲能技術在電力系統中的應用分析

摘要：目前，我國正處于電力系統改革的關鍵期，電力系統供需矛盾愈加凸顯。如今我國已經全面形成了“西電東送”“南北互供”“全國聯網”的電力格局，這也進一步突出了儲能技術在電力系統中應用的重要性。合理應用儲能技術，不僅能夠極大地提升電力系統儲能規模，同時對保障電力系統運行穩定性、安全有著重要意義。基于此，分析了目前主流的儲能技術，探究儲能技術的選擇方式，并提出儲能技術在電力系統中的應用方案。

關鍵詞：儲能技術電力系統電力供給新能源

中圖分類號：TM73

ApplicationAnalysisofEnergyStorageTechnologyinPowerSystem

JIAXiuliang1GENGJuncheng2NIUYu3

1.StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450018China;2.ElectricPowerScienceResearchInstitute，StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450052China;3.HenanJiuyuEnpaiElectricPowerTechnologyCo.，Ltd.，Zhengzhou，HenanProvince，450052China

Abstract：Atpresent，Chinaisinacriticalperiodofpowersystemreform，andthesupply-demandcontradictioninthepowersystemisbecomingincreasinglyprominent.Nowadays，Chinahasfullyformedapowerpatternof"West-EastPowerTransmission"，"North-SouthMutualSupply"，and"NationalInterconnection"，whichfurtherhighlightstheimportanceofenergystoragetechnologyinthepowersystem.Reasonableapplicationofenergystoragetechnologycannotonlygreatlyenhancethescaleofenergystorageinthepowersystem，butalsohasimportantsignificanceinensuringthestabilityandsafetyofpowersystemoperation.Basedonthis，thisarticleanalyzesthecurrentmainstreamenergystoragetechnologies，explorestheselectionmethodsofenergystoragetechnology，andproposesapplicationsolutionsforenergystoragetechnologyinpowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Powersystem;Powersupply;Newenergy

隨著社會經濟不斷發展，電力系統建設規模也在逐漸擴大，旨在滿足電力供給需求。但從目前發展現狀來看，一次能源分布不均等問題依然存在，不利于電力系統安全平穩運行。從現有儲能規模來看，儲能容量在總裝機容量占比較低是不爭的事實，據調查并未超過10%，再加上我國新型儲電技術還處于初期發展階段，在電網運行管理中，更多是憑借繼電保護、安全裝置保持電力系統運行穩定，這就需要建立完整的多點存儲裝置系統作為支撐，提高電能管理質量以及電網暫態穩定性[1]。

1電力儲能類型

1.1物理儲能

1.1.1抽水蓄能

抽水蓄能是一種大規模電力儲能形式，需借助上下游水庫的水動能實現能量存儲。負荷低谷期間下游電動機運作，將下游水庫水資源調到上游水庫保存；負荷高峰期，借助上游水庫的水能進行發電。該項技術滲漏小、發電容量大，持續放電時間不低于8h，大型水庫可持續放電多天，綜合效率在80%左右，在電力系統調峰、備用電源場合十分適用。但對地理條件有嚴格要求。

1.1.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能（CompressedAirEnergyStorage，CAES），顧名思義，是通過壓縮空氣的方法實現能量轉換，在實際應用中在用電低谷期或非高峰期，使用電能壓縮空氣，增加空氣勢能，并將壓縮空氣存儲到容器當中，如果需要補充電能，可通過加熱壓縮空氣使其膨脹，動能傳遞給汽輪發電機實現發電。CVES技術具有安全、壽命長等優勢，在分布式儲能、負載平衡等領域較為適用。其中，地下CAES經濟性最好，蓄能量可達40MW以上，持續發電時間不低于8h，但選址難度大；而地上CAES蓄能量相對小很多，持續發電在3h左右，建設費用高，但選址更容易[2]。

1.1.3飛輪儲能

該技術是借助了飛輪旋轉發電原理，通過電能作用于飛輪，將電能轉化為飛輪的機械能，如果需要釋放電能，則飛輪機械能帶動飛輪旋轉發電。該技術具有使用時間長、技術成熟、無須廢物、功率高等特點。但也存在能量密度低、成本高等問題，不適用于大規模電網儲能。

1.2電磁儲能

1.2.1超導磁儲能

超導磁儲能（superconductingmagneticenergystoragetechnology，SMES）主要是采用零電阻的超導磁材料制作成線圈，形成大型、無阻的電感，通電之后線圈會生成磁場，是電能轉化為磁能的過程。該項技術具有轉化效率高、設備集成度高、控制性強、快速響應等優勢，在大容量能量交換以及功率補償能夠得到有效應用，有助于提升電力系統供電穩定性、平衡電荷，在新能源并網領域也有很大的發展空間。

1.2.2超級電容器

超級電容器是指電荷以靜電方式存儲在電解質和電極之間的雙電層界面中，電極為高比表面積碳材料、電解液為有機溶液，充放電過程不會發生化學反應，極大地提升了充放電速率以及系統使用壽命，在-35～75℃之間均可以正常使用，特別是在惡劣環境下具有良好的適應性。但超級電容造價更高，主要適用于高峰值、短時間供電場合[3]。

1.3電化學儲能

1.3.1鉛酸蓄電池

目前在電力存儲方面，主要是采用貧液式密封鉛蓄電池、富液式密封鉛蓄電池。鉛酸蓄電池普遍存在充電效率低、能量密度小、壽命短、氣體析出污染等問題。但近些年國內外已經逐漸開發出新型鉛酸蓄電池，如超級電池、卷繞式電池、雙極性電池等。其中，超級電池通過將電池和超級電容并聯應用，融合了超級電容器的優勢，提高了充放電效率、提升了功率密度、延長了使用壽命，目前在新能源汽車、并網新能源系統領域已有應用。

1.3.2鋰離子電池

鋰離子電池種類繁多，不同化學成分組成的電池其功率、能量也有所差異。整體來看，鋰離子電池具有壽命長、能量密度高、自放電等特點，目前在小型數碼產品中應用十分廣泛，并且逐漸朝向大型儲能領域拓展。

1.3.3鈉硫電池

顧名思義，此類電池是采用鈉、硫作為電極反應物、陶瓷管電解液，運行溫度在300～360℃之間，該溫度條件下，電極物質處于熔融狀態。該種類電池的核心技術為陶瓷管電解液，其具備超強的鈉傳導性能和機械強度。鈉硫電池中包含了若干個單體電池，通過電池組合方法提高功率，目前功率可達到萬級kW級別。鈉硫電池具有較好的功率特性、高能量密度、使用壽命長，在大容量、大功率存儲領域十分適用。

2電力系統中儲能技術類型對比與選擇

通過上述介紹可知，當前儲能技術種類較多，應結合儲能需求、響應速度標準合理選擇。目前在電力系統中的主要應用場景為電網能量管理、備用電源、電能質量調節。結合表1可知，在電網能量管理中，可采用抽水蓄能、鉛酸與鈉硫電池、壓縮空氣儲能；在備用電源中，可采用超導磁儲能、鉛酸與鈉硫電池；電能質量調節可采用超級電容器、超導磁儲能、飛輪儲能、鉛酸電池[4]。通過合理應用儲能技術可實現發電、輸電、變電、配電、用電各個環節儲能需求，可有效減少電力系統能量損耗，提高系統運行效率、質量、效益。

3儲能技術在電力系統中的實際應用領域

3.1可再生能源接入

風能、太陽能等新能源發電系統并網，由于分布式電源具有間歇性、隨機性，增加了電網調度難度。借助儲能技術可有效抑制此類波動問題，保證電網運行的穩定性。新能源轉化為電能期間會產生能量損失，借助儲能技術可存儲這部分損失能量，提高新能源的能量轉化效率，延長循環使用壽命。

3.2輔助電力市場運營

儲能技術在電力系統中的應用可提供相應的輔助服務，包括調峰、調頻、備用等，有效保障電力傳輸和供給的穩定性。并且儲能系統可快速對電力市場價格變動做出響應，有助于制訂成本最小化或盈利最大化的經營方案[5]。

3.3電網安全穩定運行

儲能設備可以起到頻率調節作用以及無功功率支持，有助于改善電壓質量，提升故障風險抵御性能，維持電網頻率穩定性。同時，一旦電力網因意外情況出現大面積停電，可借助儲能系統的黑起動功能，為以提供電能，輔助電網恢復供電。在電網調節方面，儲能設備可在用電低谷期存儲電能，且在用電高峰期釋放電能，保證用電供需平衡性，減少用電高峰期的電網壓力。借助用電激勵機制，引導用戶在低電價階段用電，用電低谷期儲能設備通過存儲低價電能供高峰用電期間使用，從而降低整體用電成本[6]。一旦電網運行中因突發事件導致電網突增負荷量，此時儲能系統的快速響應功能可確保繼續為用戶提供電能。

3.4智能電網與微電網

在分布式能源整合方面，由于分布式電源并網會降低電網運行的穩定性，而借助儲能技術可以有效將分布式電源整合，減少分布式電源并網的電能損耗，提高新能源利用率，從而推動智能電網的發展進程。在微電網方面，儲能設備可用作能量緩沖裝置，保證各類運行模式下微電網的穩定性。在能源互聯網搭建方面，儲能技術作為搭建能源互聯網的核心技術之一，可實現能源雙向流動功能，對既有資源展開優化配置。

4結語

綜上所述，在電力系統規模不斷擴大背景下，儲能技術的發展前景非常廣闊，對提升能源利用率、推動電力結構轉型、保障電力系統運行安全有著重要意義。隨著儲能技術不斷發展和完善，其在電力系統中所發揮的作用會愈加明顯，對建立低碳、安全、高效的電力能源體系有著巨大助益。

參考文獻

[1]朱科.電池儲能技術在電力系統中的應用[J].通信電源技術，2023，40（7）：132-134.

[2]王甜甜.儲能技術在新型電力系統中的應用策略[J].通信電源技術，2023，40（16）：103-105.

[3]劉生旺.淺談新能源電力系統中的儲能技術發展現狀及應用分析[J].電力設備管理，2023（4）：151-153.

[4]戴園園.儲能技術在新能源電力系統中的研究分析[J].電力設備管理，2022（14）：189-191.

[5]李東陽.配電系統中移動儲能的彈性影響評估及容量規劃[D].重慶：重慶大學，2021.

[6]趙瑞彬.高臨界電流超導磁體結構優化與安全運行分析[D].成都：四川師范大學，2022.