新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)探討

任健銘

【摘要】：目前，人們生活水平越來越高，電器也越來越多，人們的用電量在逐漸地增大，從最初的照明用電到現(xiàn)在很多的家庭洗衣用電、做飯用電、甚至有的地方取暖也是用電。所以，用電的地方是越來越多，電力資源也越來越緊張，在一些用電的高峰時段如夏季的三伏天家家都用空調(diào)、農(nóng)忙時節(jié)農(nóng)村的澆地用電時，電力都呈現(xiàn)出緊張的趨勢，有的時候不得不采用限電的措施來調(diào)整用電，給人們的生產(chǎn)生活帶來很大的不方便?？墒窃陔娏ζ髽I(yè)電氣設(shè)備的損耗對電力能源的影響很大，適應(yīng)國家節(jié)能降耗及環(huán)境保護(hù)的要求，電力系統(tǒng)急需采取相應(yīng)的節(jié)能措施來改善電力系統(tǒng)的用電供電，在節(jié)約能源的前提下來保證正常的生產(chǎn)生活的用電需求。

【關(guān)鍵詞】：新能源；電力系統(tǒng)；儲能技術(shù)

1、儲能技術(shù)的意義和作用

傳統(tǒng)化石能源的日漸匱乏以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，極大地促進(jìn)了新能源技術(shù)的發(fā)展，氣發(fā)電規(guī)模日益增長，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著越來越重要的角色。以火電這樣的傳統(tǒng)發(fā)電模式為例，通常是按照電網(wǎng)用電的需求進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和用電的調(diào)度和調(diào)整；而以風(fēng)能、太陽能等為基礎(chǔ)的新能源技術(shù)發(fā)電更加依賴于自然資源條件。由于風(fēng)能和太陽能具有波動性和間歇性，對此進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的難度更大，對并網(wǎng)后的電網(wǎng)安全運行帶來更大的不利影響。但由于儲能技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上解決新能源發(fā)電與生俱來的波動性和間歇性，使電網(wǎng)運行更加安全穩(wěn)定，同時提高了能源利用的效率，讓新能源發(fā)電成為具有經(jīng)濟(jì)和安全雙重優(yōu)勢的能源形式。傳統(tǒng)電網(wǎng)中發(fā)電和電網(wǎng)的負(fù)荷時刻處于動態(tài)的平衡，也即通常所說的“即發(fā)即用”，不存在儲能的問題。

在引入新型的儲能技術(shù)后，電力成為了可儲存的商品，顛覆了過去遵循發(fā)電、輸電、配電、用電同時進(jìn)行的局面，供電和用電不再同時發(fā)生，電力的供需之間的實時平衡也不再那么重要，新的發(fā)電理念將促進(jìn)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計、輸配電調(diào)度等發(fā)生根本性的發(fā)展變革

2、新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)

2.1壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能技術(shù)是目前除抽水蓄能外唯一一種單體容量可以超過百MW的高效儲能技術(shù)。壓縮空氣儲能電站具有存儲時間長、資本損耗較小、建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站的優(yōu)勢，并且可實現(xiàn)模塊化組建。CAES主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、發(fā)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用等。特別適用于解決大規(guī)模集中新能源發(fā)電的平滑輸出問題。近日由國家電網(wǎng)公司支持，清華大學(xué)研發(fā)了“非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能”技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點是系統(tǒng)配置靈活，系統(tǒng)效率可達(dá)70%以上；投資成本低；適用于大規(guī)模儲能和分散式儲能，不發(fā)電時可作調(diào)峰使用；碳排放為0；可以提供天然的冷、熱、電三聯(lián)供；可以在電網(wǎng)電壓不足時提供自然支撐調(diào)壓。該技術(shù)獲得中美發(fā)明專利受理，已在安徽蕪湖建成500kW的示范項目，并且連續(xù)18個月運行效果良好。中國可以大規(guī)模部署自主研發(fā)的該項儲能技術(shù)。

2.2飛輪儲能

在儲能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，飛輪儲能是一種較為常見的儲能形式，主要動過電動機(jī)的電力資源供給，使飛輪保持在快速轉(zhuǎn)動的過程中，并且將電力資源通過有效的轉(zhuǎn)化進(jìn)行儲存，以此保證電能資源所轉(zhuǎn)化成的動能可以有效的應(yīng)用于其它能耗領(lǐng)域。飛輪儲能系統(tǒng)的應(yīng)用還必須使用圓柱體物質(zhì)進(jìn)行發(fā)電性能的維護(hù)，使飛輪可以在旋轉(zhuǎn)的過程中更加有效的按照軸承技術(shù)的特點進(jìn)行能量的有效儲存，并且保證飛輪所儲存的能量可以有效的應(yīng)用于后續(xù)的維護(hù)工作領(lǐng)域。在進(jìn)行飛輪設(shè)備后續(xù)技術(shù)性處理的過程中，飛輪所儲存的能量更加便于直接應(yīng)用于能耗領(lǐng)域，并且有效的降低飛輪設(shè)備的使用壽命。在進(jìn)行飛輪設(shè)備符合性因素研究的過程中，飛輪可以將功率密度進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，并且使飛輪的能量密度保持在較低的水平，使后續(xù)的飛輪儲能工作可以通過儲能時間的調(diào)整實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的合理控制，保證全部的儲能工作可以有效的結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)的吸引力特點加以技術(shù)設(shè)計，并且保證電壓資源處在較為穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2.3壓縮空氣儲能電站

該類型的儲能站最初是在德國建立的，投入使用后效率提升了70%，將剩余能源經(jīng)過處理再次投入使用，這樣的環(huán)境下所進(jìn)行的發(fā)電工程建設(shè)能夠節(jié)省大量的投入資金，并在基層中形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪茉丛倮皿w系。儲能是針對熱量部分進(jìn)行的，如果不采用壓縮空氣技術(shù)，剩余的能量會被直接排除，造成能源浪費的同時還會影響到環(huán)境。德國最初建立的空氣壓縮儲能裝置至今已經(jīng)運行使用了7000多次，技術(shù)方面十分完善，其他國家在運用技術(shù)時充分借鑒了建設(shè)經(jīng)驗。我國發(fā)電站中采用壓縮空氣儲能幾率比較大，對于一些常見的技術(shù)問題，也起到了預(yù)防作用。

2.4電化學(xué)儲能

電化學(xué)儲能是通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行能量存儲的技術(shù)。在電化學(xué)儲能中，電池是能量轉(zhuǎn)換的主要載體。電池發(fā)展至今，其種類眾多，內(nèi)部材料和工作原理千差萬別，但內(nèi)部的核心結(jié)構(gòu)卻是大體相同，都是由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)組成。電勢較高的一極為正極，電勢較低的一極為負(fù)極。在電池充電的過程中，正極發(fā)生氧化，失去電子；負(fù)極發(fā)生還原，得到電子。在電池內(nèi)部形成負(fù)極向正極的電流，在電池外部電路形成正極向負(fù)極的電流。

電化學(xué)儲能作為目前廣泛關(guān)注的一種儲能形式，其特點在于能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求自由靈活的配置，一般不受地理因素的限制，適合大規(guī)模用于實際的電能存儲中。電化學(xué)儲能的缺點在于電池的使用壽命較短、使用成本較高，也是實際應(yīng)用中亟待解決的問題。目前著重發(fā)展研究的是鋰離子電池、全釩液流電池、鈉硫電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鈉氯化鎳電池、鋰硫電池等。針對大規(guī)模儲能而開發(fā)的鈉硫電池和全釩液流電池有了進(jìn)一步的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用于電動汽車中的鋰離子電池（如鋰硫電池和鋰空氣電池）也有望在未來大規(guī)模應(yīng)用于電力系統(tǒng)的儲能技術(shù)中。近期有麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊提出了液態(tài)金屬電池這一新型化學(xué)儲能技術(shù)，該電池具有成本低、壽命長、效率高、儲能密度大等諸多優(yōu)點，得到了國際上的廣泛關(guān)注，也有望應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)的儲能中。

結(jié)語

提升電力系統(tǒng)的儲能性能，能夠很大程度上促進(jìn)電力系統(tǒng)應(yīng)用質(zhì)量的提高，因此，在進(jìn)行電力系統(tǒng)儲能研究的過程中，對儲能技術(shù)的發(fā)展情況和應(yīng)用策略進(jìn)行科學(xué)完整的制定，能夠很大程度上提升系統(tǒng)的儲能工作質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]葉季蕾，薛金花，王偉，吳福保，楊波.儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].中國電力，2014（03）：1-3.

[2]方家琨.超導(dǎo)磁儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用研究[D].華中科技大學(xué)，2012（01）：15-17.