儲能技術(shù)及其可再生能源發(fā)電儲能中的應(yīng)用

盧正達(dá)　聶建波

【摘??要】基于我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對于生活質(zhì)量的要求越來越高，電力行業(yè)在面臨巨大機(jī)遇的同時，也有了更高層次的挑戰(zhàn)。為了能夠解決目前我國電能緊缺的情況，各企業(yè)紛紛開始重視起可再生能源在電力系統(tǒng)中的作用，同時分析了儲能技術(shù)電網(wǎng)運(yùn)行中優(yōu)勢。本文主要從目前我國發(fā)電儲能的技術(shù)現(xiàn)狀作為切入點(diǎn)，分析儲能技術(shù)及其可再生能源發(fā)電儲能中的應(yīng)用[1]。

【關(guān)鍵詞】儲能;可再生能源;發(fā)電

引言

隨著人們對能源需求量的逐漸增加，利用可再生資源發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了社會發(fā)展的必然趨勢。但是由于分布式能源自身的特性，如果將其直接與電力系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將會對系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成影響，無法達(dá)到應(yīng)有的效用。因此電力企業(yè)需要采取其他手段來應(yīng)對市場的發(fā)展動向。能源最為人們生活的重要組成部分，起到了不可或缺的作用，為了能夠滿足人們你對于能源的需求，我國目前將更多的精力投入到能源的開發(fā)利用上，怎樣提升能源的利用率已經(jīng)成為了去全球能源行業(yè)面臨的難題?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)是目前最具發(fā)展前景的一項(xiàng)技術(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于各方面因素的限制，導(dǎo)致可再生能源發(fā)電儲能過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)電壓浮動較大、供電不穩(wěn)定的情況，因此，為了能夠應(yīng)對此種情況，需要將儲能技術(shù)應(yīng)用到可再生能源的發(fā)電儲能中去，有效的解決其在運(yùn)行過程中需要的難題[2]。

1.儲能技術(shù)及其可再生能源在發(fā)電儲能中的重要性

儲能技術(shù)能夠有效的解決可再生能源在使用過程中的不穩(wěn)定性，使得分布式電源對電力系統(tǒng)的影響降到最低。首先，儲能設(shè)備能夠有效的調(diào)整分布式電源的作用力大小，能夠使得其對供電質(zhì)量的影響力降低。其次是在風(fēng)能、光伏電源出力預(yù)測環(huán)節(jié)綜合考慮儲能裝置的作用，將有效提預(yù)測精度。最后，由于儲能設(shè)備作為分布式電源的組成部分，因此能夠有效提升其靈活性，在一定層面上使得可再生能源作用力與變電設(shè)施間的兼容率，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率[3]。

2.儲能方式的簡要概述

目前我國電力行業(yè)應(yīng)用的儲能方式有很多種，但是究其根源主要分為三個類型。

2.1機(jī)械儲能

機(jī)械儲能也可以細(xì)分為幾個類型，其一是抽水儲能，抽水蓄能站目前已經(jīng)得到了廣泛普及，這一儲能方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使發(fā)電與儲能的兼容性得到提高。所以能夠在電力系統(tǒng)中占據(jù)一席之地。雖然抽水儲能具有較大優(yōu)勢，但是其對設(shè)備的安裝地點(diǎn)要求較高，非常容易受到外界環(huán)境的影響，顧名思義，抽水儲能需要水資源較為豐富的地區(qū)才能夠使用，并且地勢較為平緩，不能有山丘溝壑。通過對風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電與作為調(diào)節(jié)電源的抽水蓄能電站之間的容量配比問題進(jìn)行了研究，從多能互補(bǔ)開發(fā)的角度克服高成本、高運(yùn)行維護(hù)需求等單系統(tǒng)運(yùn)行的缺點(diǎn)。

其二是壓縮空氣儲能，這一儲能方式的優(yōu)點(diǎn)在于時間長、容量大。在電力系統(tǒng)運(yùn)行疲勞時，能夠?qū)⑵渲卸嘤嗟哪茉醋優(yōu)閴嚎s空氣的內(nèi)能，然后進(jìn)行儲存。在用電高峰時期，能夠?qū)⑦@一部分儲存的能量通過加熱設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其變?yōu)殡娔苡靡詰?yīng)對用電高峰。目前這一技術(shù)在我國仍舊處于發(fā)展中階段，科研人員在這方面的發(fā)展空間仍舊很大。

其三是飛輪儲能，這一儲能方式是以動能形式將電能儲存起來，通過飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動能儲存電能，當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要這部分能量時，飛輪可以帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，其優(yōu)點(diǎn)在于占地面積小、使用時間長，但是容量不高，飛輪儲能能夠?qū)崿F(xiàn)電能輸入、存儲、輸出的全過程，現(xiàn)今已經(jīng)得到了廣泛普及。與化學(xué)儲能不同的是，機(jī)械儲能不會出現(xiàn)過度充放電的情況，能夠有效的檢測放電的程度，目前我國已經(jīng)有多家企業(yè)使用飛輪儲能設(shè)備。

2.2電化學(xué)儲能

全球電化學(xué)儲能主要包括鋰電池、鉛炭電池、鈉硫電池以及液流電池。隨著各國支持政策持續(xù)出臺及制造工藝不斷完善，近年來儲能電池技術(shù)發(fā)展迅猛，電池安全性、循環(huán)壽命和能量密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均得到了大幅提升，應(yīng)用成本快速下降。其中鋰電池能量密度5年來提高了1倍、循環(huán)壽命提高了2～3倍、應(yīng)用成本下降了60%;鉛炭電池循環(huán)壽命較傳統(tǒng)鉛酸電池提升了3～4倍，再生利用率達(dá)97%，綜合度電成本約0.6元/千瓦時·次，均接近盈虧平衡拐點(diǎn)，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用初現(xiàn)端倪。以鋰電池為代表的動力電池已廣泛應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，鉛炭電池則廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)用戶側(cè)儲能系統(tǒng)。

目前，我國鋰電池與鉛炭電池儲能的電池本體、能量管理、變流器和系統(tǒng)集成等核心技術(shù)已達(dá)國際先進(jìn)水平。隨著政策紅利繼續(xù)釋放及基礎(chǔ)科學(xué)持續(xù)進(jìn)步，可以預(yù)見未來儲能電池技術(shù)成熟度將不斷提高，應(yīng)用成本也將進(jìn)一步降低。以鋰電池（磷酸鐵鋰）和鉛炭電池為例，預(yù)計(jì)到2020年，磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)將達(dá)1萬次、鉛炭電池5000次，循環(huán)壽命較當(dāng)前平均提升1.7倍;磷酸鐵鋰電池能量成本降至1000元/千瓦時，鉛炭電池800元/千瓦時，綜合度電成本降至0.26-0.3元/千瓦時·次，成本較當(dāng)前平均下降60%，達(dá)到常規(guī)火電0.3-0.4元/千瓦時的運(yùn)行成本水平。另外，鈉硫電池目前由于輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，安全防護(hù)要求高，系統(tǒng)造價昂貴等原因，目前全球技術(shù)成熟度參差不齊（僅日本NGK公司可量產(chǎn)），但其在原材料成本、能量密度等方面具有優(yōu)勢，適合于變電站等固定的工業(yè)場所應(yīng)用，目前西方國家電網(wǎng)級電池儲能系統(tǒng)中鈉硫電池所占比例最高，隨著真空絕熱保溫技術(shù)的突破，未來或成為繼鋰電池及鉛炭電池之后的又一大儲能電池技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)。

2.3電磁儲能

電磁儲能主要包括超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器儲能等幾種形式。超導(dǎo)電磁儲能主要是通過超導(dǎo)線圈及整流、逆變裝置，將電能以電磁能形式儲存，或者是將能量轉(zhuǎn)化成電能以后輸送給電力系統(tǒng)。這種儲能形式的轉(zhuǎn)換速度較快，同時不會出現(xiàn)過多的能量損耗，并且綠色環(huán)保，因?yàn)楸淮蟊娝J(rèn)可。超級電容器儲能有叫做電化學(xué)電容器，這是一種相較于傳統(tǒng)電容器更為精密的儲能設(shè)備，集合了化學(xué)點(diǎn)出與電容器二者的的優(yōu)勢，容量相對于其他儲能形式來講比較大。與此同時，這一技術(shù)能夠在短時間內(nèi)提供大量電能，因此可以用作電力系統(tǒng)電壓突然跌落等情況下，用于短時間內(nèi)穩(wěn)定供電系統(tǒng)。

3.儲能技術(shù)性質(zhì)分析

由于我國現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，居民對于生活水平的要求也越來越高，日常消耗的能源也隨之不斷嘖增加，為了能夠進(jìn)一步的滿足社會發(fā)展需求，開發(fā)可再生能源是成為了一種有效的方式，為了能夠保障居民穩(wěn)定、安全用電，研發(fā)新技術(shù)迫在眉睫。

在儲能技術(shù)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中，著力加強(qiáng)對先進(jìn)儲能技術(shù)研發(fā)任務(wù)的部署，集中攻克制約儲能技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的規(guī)模、效率、成本、壽命、安全性等方面的瓶頸技術(shù)問題，使我國儲能技術(shù)在未來?5-10?年甚至更長時期內(nèi)處于國際領(lǐng)先水平，形成系統(tǒng)、完整的技術(shù)布局，在重要的戰(zhàn)略必爭技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢，并形成新的具有核心競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈。

通過對上文各項(xiàng)儲能技術(shù)進(jìn)行分析可以了解到，在某些場地較大、容量較高的地方，可以采用抽水儲能，這一儲能方式能夠應(yīng)對大容量的儲能工作。而飛輪儲能能夠在電力系統(tǒng)低頻振蕩中發(fā)揮有效作用。

4.結(jié)語

通過分析上文幾種儲能方式可以了解到，隨著全球能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)今的儲能方式不在是一昧的追求技術(shù)，而是需要將低碳環(huán)保放到首位，可再生資源發(fā)電作為目前我國電力行業(yè)所提倡的新型技術(shù)，雖然在使用過程中存在電壓浮動的問題，但是儲能技能能夠有效的解決這一矛盾，從而使得二者能夠相輔相成、共同發(fā)展。儲能技術(shù)在可再生能源發(fā)電儲能過程中發(fā)揮著極其重要的作用，本文簡要概述了幾種儲能方式，并且分析其適用范圍，以發(fā)揮其最大效用，從而推動我國可再生能源發(fā)電儲能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭文勇，蔡富裕，趙闖，張京業(yè)，滕玉平，肖立業(yè).超導(dǎo)儲能技術(shù)在可再生能源中的應(yīng)用與展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（08）：2-19.

[2]查爾斯·韋斯特.儲能技術(shù)能否加速中國可再生能源發(fā)展？[J].變頻器世界，2017（03）：34-35.

[3]儲能技術(shù)融合分布式可再生能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[C]..中小型風(fēng)能設(shè)備與應(yīng)用（2016年第3期?總第23期）.：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)力機(jī)械分會，2016：21-29.

（作者單位：1.國網(wǎng)北京市電力公司物資分公司;2.國網(wǎng)浙江綜合能源服務(wù)有限公司）