儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的研究分析

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儲(chǔ)能技術(shù)是新能源領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)形式，通過利用該項(xiàng)技術(shù)，可以促使新能源更好的應(yīng)用和發(fā)展。同時(shí)，由于我國新能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，并且與傳統(tǒng)能源共存，這樣就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)變得復(fù)雜化，影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，新能源電力系統(tǒng)在長(zhǎng)期的發(fā)展中，逐漸將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到其中，通過對(duì)新能源的合理調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)新能源利用最大化，提升新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，

1 儲(chǔ)能技術(shù)存分析

1.1 技術(shù)概述

儲(chǔ)能技術(shù)在新能源領(lǐng)域發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，主要是利用儲(chǔ)能設(shè)備根據(jù)機(jī)械能、熱能、電磁等形式將新能源進(jìn)行儲(chǔ)存，以便后續(xù)的使用[1]。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)類儲(chǔ)能等形式。如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)能技術(shù)

1.2 存在的意義

在新能源開發(fā)領(lǐng)域中，能源轉(zhuǎn)化的重點(diǎn)一般為風(fēng)能、太陽能等，并且利用設(shè)備實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化。同時(shí)，與傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)相比，風(fēng)能和太陽能在應(yīng)用的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)受到自然界的限制，應(yīng)用期間存在著一定的間歇性，這樣嚴(yán)重影響新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。基于此，通過利用儲(chǔ)能技術(shù)降低自然環(huán)境因素所帶來的影響，以此保證新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外，將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到新能源電力系統(tǒng)中，也是我國新能源電力生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 不同電場(chǎng)所儲(chǔ)能

電場(chǎng)所的不同，所使用的儲(chǔ)能技術(shù)也是不同的，如電力頻調(diào)壓系統(tǒng)、新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、商用儲(chǔ)能系統(tǒng)等方面，所以需要根據(jù)電場(chǎng)所自身的需求，選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)，以此滿足不同場(chǎng)新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求[2]。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，根據(jù)不同電場(chǎng)所的運(yùn)行情況以及對(duì)新能源的需求，對(duì)新能源和功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，并且對(duì)長(zhǎng)期和短期的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)控，避免產(chǎn)生運(yùn)行故障。另外，將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到其中，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急供電的功能，主要是將蓄電池和變流器融合，因此使不同電場(chǎng)所新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)不間斷供電的模式。

2.2 太陽系統(tǒng)儲(chǔ)能

太陽能是新能源電力系統(tǒng)中的主體，主要包括光伏系統(tǒng)、光熱系統(tǒng)等方面，并且這兩種系統(tǒng)形式都是將太陽能輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以此形成電能，以供新能源電力系統(tǒng)的發(fā)電。同時(shí)，熱光技術(shù)作為太陽的發(fā)熱源，主要是通過供冷和制熱實(shí)現(xiàn)的光熱發(fā)點(diǎn)，并且利用供暖、制熱以及加工發(fā)電、化學(xué)燃料等所產(chǎn)生的反應(yīng)，以此增加發(fā)電的強(qiáng)度和效率。另外，儲(chǔ)能技術(shù)在太陽能系統(tǒng)應(yīng)用的時(shí)候，可以根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)太陽能進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)平衡的狀態(tài)[3]。太陽能在發(fā)電期間，經(jīng)常受到一些因素的影響，導(dǎo)致其具有間歇性，所以利用儲(chǔ)能技術(shù)可以將太陽能進(jìn)行儲(chǔ)存，以此避免新能源電力系統(tǒng)供電產(chǎn)生的間歇性。

2.3 電磁儲(chǔ)能

電磁儲(chǔ)能是儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用的一項(xiàng)重要形式，其儲(chǔ)存方式將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以此形成電磁能，其存儲(chǔ)效率也相對(duì)較高，為新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的保障。電磁儲(chǔ)能的儲(chǔ)能方式主要為超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能，內(nèi)容如下。

2.3.1 超級(jí)電容器儲(chǔ)能

超級(jí)電容器儲(chǔ)能主要是以雙層超級(jí)電容器為主，其中電荷按主要是靜電的方式，在電極和電解質(zhì)之間形成雙電層界面，這樣在充電的時(shí)候可以處以較為理想化的狀態(tài)。同時(shí)，電荷會(huì)對(duì)周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子進(jìn)行的吸收，并且將其附著于電極表面上，形成雙電荷層，以此形成雙電層電容。另外，在充電的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，其安全性較高，并且電極材料會(huì)發(fā)生高度可逆的氧化還原反應(yīng)，這樣會(huì)產(chǎn)生電機(jī)充電點(diǎn)位有關(guān)的電容，以此對(duì)電力能源進(jìn)行儲(chǔ)存，避免產(chǎn)生能源的消耗。

2.3.2 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能在電磁儲(chǔ)存中屬于常見的一種形式，主要是利用電網(wǎng)供電勵(lì)磁在超導(dǎo)線圈中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)電力能源儲(chǔ)存，并且在對(duì)電力能源使用時(shí)，可以將電力能源送回到電網(wǎng)中，以此確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[4]。同時(shí)，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能主要是由超導(dǎo)磁體構(gòu)成，形成一個(gè)大電感，并且電流通過以后，電力能源會(huì)以磁場(chǎng)的形式儲(chǔ)存在電感中，等到需要使用電力能源的時(shí)候，會(huì)將能源進(jìn)行釋放。

2.4 化學(xué)儲(chǔ)能

儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，化學(xué)儲(chǔ)能是最為常用的一項(xiàng)技術(shù)形式，主要是利用儲(chǔ)能電池的方式對(duì)新能源進(jìn)行儲(chǔ)存，其存儲(chǔ)效果較好。

2.4.1 金屬空氣電池

金屬空氣電池在化學(xué)儲(chǔ)能中較為常用，主要是依靠金屬氧化反應(yīng)完成電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，并且其轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高，可以最大限度滿足新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的需求。

2.4.2 鈉硫電池

鈉硫電池是以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O以及陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。同時(shí)，鈉硫電池的工作環(huán)境相對(duì)較為特殊，主要是在300～350℃的高溫環(huán)境下對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存。另外，鈉硫電池在應(yīng)用時(shí)，通過利用電解質(zhì)隔膜與硫之間產(chǎn)生的可逆反應(yīng)，以此對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，并且等到電力系統(tǒng)需要儲(chǔ)存電能的時(shí)候，再進(jìn)行釋放，以此滿足電力系統(tǒng)對(duì)電能的需求。但是，在利用鈉硫電池的時(shí)候，要做好防腐處理，避免產(chǎn)生安全事故。

2.4.3 搖椅電池

搖椅電池主要是以鋰離子電池、鈉離子電池為主。以鋰離子電池為例，主要是以鋰合金或者金屬氧化物為正極運(yùn)料，負(fù)極材料是以石墨、鈦酸鋰為主，電池是以非水電解質(zhì)為主。同時(shí)，鋰離子電池在電能存儲(chǔ)的時(shí)候，主要是利用Li+在兩個(gè)電機(jī)之間，產(chǎn)生可逆的嵌入和脫出反應(yīng)，并且在充電期間，Li+從對(duì)電極脫出。另外，脫出完成以后，通過利用電解液，分布到負(fù)極表面，這時(shí)正極呈現(xiàn)鋰離子缺失的一個(gè)狀態(tài)。鋰離子電池在通過利用外電路與負(fù)極的電子連接，以此保證系統(tǒng)電荷出處于平衡的狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存過程。

2.5 物理儲(chǔ)能

物理儲(chǔ)能主要是利用空間中的天然資源進(jìn)行儲(chǔ)存供電，以此實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、持續(xù)供電的原則。常見的物理儲(chǔ)能方式為抽水儲(chǔ)能、空氣壓縮、飛輪儲(chǔ)能等，主要有以下幾個(gè)方面。

2.5.1 抽水儲(chǔ)能

抽水儲(chǔ)能是物理儲(chǔ)能中常用的一種儲(chǔ)能方式，主要是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，并且儲(chǔ)能容量相對(duì)較大，一般是在海水中進(jìn)行儲(chǔ)能[5]。同時(shí)，抽水儲(chǔ)能方式相對(duì)較為靈活，在電力供應(yīng)方面也相對(duì)較為穩(wěn)定，并且該方式不僅是一種發(fā)電方式，還是新能源電力系統(tǒng)中不可缺少的內(nèi)容，為新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的支撐。

2.5.2 空氣壓縮儲(chǔ)能

空氣壓縮儲(chǔ)能在物理儲(chǔ)能中也相對(duì)較為常用，并且其安全系數(shù)相對(duì)較高，在解決大規(guī)模電力系統(tǒng)的平滑輸出問題有著非常好的效果，但是空氣壓縮儲(chǔ)能在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)地地質(zhì)條件有著較高的要求。首先，主要是利用風(fēng)電機(jī)組多余的風(fēng)電進(jìn)行基本運(yùn)行，并且在空氣中進(jìn)行壓縮和降溫處理。處理完成以后，需要將空氣放置在合適的場(chǎng)地中，以此釋放能源；其次，在釋放能源的時(shí)候，需要利用升溫裝置將空氣進(jìn)行升溫處理，利用升溫的氣體進(jìn)行物質(zhì)燃燒，并且燃燒后的氣體可以推動(dòng)燃?xì)鈾C(jī)輪的運(yùn)作；最后，利用燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)發(fā)電機(jī)，進(jìn)而滿足新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.5.3 飛輪儲(chǔ)能

如圖2所示，飛輪儲(chǔ)能在新能源電力系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，其運(yùn)作方式與空氣壓縮儲(chǔ)能方式基本一致，其分為儲(chǔ)能和釋能兩種形態(tài)。同時(shí)，在應(yīng)用時(shí)，利用飛輪旋轉(zhuǎn)的方式獲取電力能源，將機(jī)械能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成可用的電能以此滿足新能源電力系統(tǒng)長(zhǎng)期供電的需求。另外，飛輪儲(chǔ)能不僅能源轉(zhuǎn)換效率較高，同時(shí)還具有良好的清潔、環(huán)保特點(diǎn)，避免對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

圖2 飛輪儲(chǔ)能示意圖

3 提升儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用水平的主要措施

3.1 結(jié)構(gòu)組成

當(dāng)前，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用一般是以大體積、功率高、密度高等系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)處理，以及需要對(duì)儲(chǔ)存單元的密度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以此確保良好的應(yīng)用效果。同時(shí)，可以利用超級(jí)電容裝置，對(duì)新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改善，確保其運(yùn)行質(zhì)量?？衫贸?jí)電能容量管理和網(wǎng)際控制對(duì)太陽能電場(chǎng)，以及風(fēng)能電場(chǎng)等運(yùn)行功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以此確保儲(chǔ)能技術(shù)的控制效果。如從光伏發(fā)電系統(tǒng)的角度來看說，可以根據(jù)情況將多種儲(chǔ)能當(dāng)時(shí)融入其中，形成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，這樣對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行功率進(jìn)行定期分析，并且做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此強(qiáng)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用性能，延長(zhǎng)其使用說壽命，也進(jìn)一步的優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用水平。

3.2 優(yōu)化配置

針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)來說，在儲(chǔ)能期間不斷進(jìn)行優(yōu)化可以有效實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高穩(wěn)定的電能，并且可以在保證功率穩(wěn)定性的情況下，促使波動(dòng)期間變得更加穩(wěn)定，以此實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)良好的應(yīng)用效果。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)在新能源系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)用狀態(tài)制定曲線動(dòng)態(tài)，以此分析其應(yīng)用情況，并且基于此不斷進(jìn)行優(yōu)化。但是，儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)化配置的時(shí)候，需要對(duì)其運(yùn)行曲線進(jìn)行反復(fù)的考核，并且了解其負(fù)荷特點(diǎn)，這樣可以更加全面優(yōu)化系能源發(fā)端配置，以此確保儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用達(dá)到最佳的效果。

3.3 技術(shù)控制優(yōu)化

一是儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用期間，為了滿足不同場(chǎng)合新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，要加強(qiáng)儲(chǔ)能技術(shù)中大功率和防電強(qiáng)的特點(diǎn)，并且根據(jù)不同場(chǎng)合新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的需求，對(duì)并網(wǎng)變流器的優(yōu)化，以此對(duì)實(shí)際運(yùn)行功率進(jìn)行有效的控制，并且儲(chǔ)能技術(shù)的復(fù)合能力也有所加強(qiáng)。

二是將儲(chǔ)能技術(shù)與新能源電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行相互結(jié)合，可以有效解決電力分布不均勻的情況，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定供電的模式。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，可以對(duì)電力系統(tǒng)的各路電力進(jìn)行合理的控制以及合理的規(guī)劃，從而避免新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

三是在儲(chǔ)能技術(shù)控制優(yōu)化時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)以及儲(chǔ)能裝置的掌控，對(duì)其內(nèi)部自控能力進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，避免異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生。另外，需要生成有功和無功的電力系統(tǒng)運(yùn)行電流指令，這樣可以促使儲(chǔ)能技術(shù)中的功率補(bǔ)償以及穩(wěn)定性等方面有所增強(qiáng)。

四是利用多層次管理，可以促使整個(gè)新能源電力系統(tǒng)的自控力有所增強(qiáng)，并且再利用輸入和輸出的方式，以此解決聯(lián)合調(diào)控的問題，不僅提升了儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用效果，也確保新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

4 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用效果

一是儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，其首要任務(wù)就是提高儲(chǔ)能效率，并且加強(qiáng)對(duì)新能源的利用和開發(fā)，滿足新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的需求。同時(shí)，可以對(duì)傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行綜合性優(yōu)化，促使儲(chǔ)能效率、性能等方面呈現(xiàn)同步發(fā)展的狀態(tài)，這樣對(duì)于新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展是非常有利的。

二是將生產(chǎn)出來的新能源電能進(jìn)行有效的儲(chǔ)存和利用，是儲(chǔ)能技術(shù)存在的主要目標(biāo)，促使新能源電力系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，滿足人們?nèi)粘Ｉ?、工作?duì)電能的需求。因此，儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，通過對(duì)優(yōu)化配置、技術(shù)控制優(yōu)化等手段，可以解決新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行中常見的一些問題，有效降低停電、斷電以及電路損壞等現(xiàn)象，并且儲(chǔ)能技術(shù)根據(jù)新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，選擇可靠性較強(qiáng)的電氣裝置，以此為新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供了基礎(chǔ)性的保障。

5 結(jié)語

為了降低對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗，避免對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，加大了新能源電力系統(tǒng)的開發(fā)。但是，由于新能源電力系統(tǒng)主要是以風(fēng)能和太陽能為主，會(huì)因?yàn)榄h(huán)境因素產(chǎn)生一定的局限性，供電出現(xiàn)間歇性?；诖?，新能源電力系統(tǒng)為了解決該項(xiàng)問題，將儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用其中，通過不同的儲(chǔ)能方式，滿足不同電力場(chǎng)所的供電需求，提升儲(chǔ)能的效率，有效解決間歇性問題，為新能源電力系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提供了新的方向，以及技術(shù)支撐。