储能技术在电力系统中的应用分析

张栋

摘要：近年来，我国科学技术的迅猛发展，新型能源逐步开发，给电力系统带来了一定程度的挑战，电力系统对储能的需求将日渐增大。目前，我国电力系统中供需矛盾日益严重，现已形成“西电东送”“南北互供”“全国联网”的格局。这种格局使得储能技术成为电网运行中的重要组成部分。将新型储能技术引入智能电网系统中，不仅可以大大提升电池储能功率，还可以保障电力系统和输电系统安全稳定运行。

关键词：储能技术；电力系统；应用

中途分类号：TM732

1 电力储能方式

我国电力系统现实需求。我国电网覆盖面积大，结构薄弱，各种一次能源的分布与负荷的密度极不均匀，且电源远离负荷中心，装机容量与输电跨度比小，系统的稳定性和安全性受到严重挑战。然而，现有系统中储能容量仅占总装机容量的1.7%左右，远没有达到合理水平，且尚未建立用于瞬态电能质量管理和电力系统功率调节/补偿的快速大容量储能系统，只能依靠继电保护和安全自动装置切机，被动达到稳定，因此，很难从根本上避免大面积停电事故。近20年来，我国由于系统失稳造成的大停电事故已达140余起，每次损失数千万元乃至数亿元。因此，迫切需要建立起以多点储能装置支撑的系统，有效地支持电网的系统电压和频率，消除由于电网互联和负荷突变而形成的区域振荡，实现输/配电系统的动态管理和电能质量管理，提高电网暂态稳定性。

2 储能技术在电力系统中的应用

2.1 电池储能应用

电池储能是智能电网体系中运用最为广泛的一种技术。无论是在智能电网发电、输电环节，还是在智能电网配电和用电环节，电池储能系统都得到广泛运用。总体而言，储能技术具有发电功能、保障电力系统稳定性、供电功能和促进再生能源利用等功能。作用表现为削峰填谷、备用电源、提高新能源并网能力和电网调频。第一，电池储能在发电环节的应用。将电池储能系统运用到智能电网体系中，可以大大提升电网运输的安全性和高效性。电池储能系统的容量配置需要根据智能电网运行方式和运用目标进行综合评估与核算。就目前我国示范工程智能电网储能容量而言，平滑风电功率储能容量为一般风电的25%左右；智能电网体系中的稳定功率储能系统容量为一般风电的65%左右。由此可见，智能电网储能体系中大规模风/光发电场储能容量一般在几十兆瓦上，存储时间较长。电池储能通过接入35kV电压等级线路接入职能电网储能系统，如图1所示。

2.2 压缩空气储能

压缩空气储能（compressed-airenergystorage，CAES）技术是目前除抽水蓄能外唯一一种单体容量可以超过百MW的高效储能技术。压缩空气储能电站具有存储时间长、资本损耗较小、建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站的优势，并且可实现模块化组建。CAES主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、发电系统旋转备用等。特别适用于解决大规模集中新能源发电的平滑输出问题。近日由国家电网公司支持，清华大学研发了“非补燃压缩空气储能”技术。该技术的优点是：系统配置灵活，系统效率可达70%以上；投资成本低；适用于大规模储能和分散式储能，不发电时可作调峰使用；碳排放为0；可以提供天然的冷、热、电三联供；可以在电网电压不足时提供自然支撑调压。

2.3 混合储能系统

混合储能系统主要是蓄电池和超级电容量储能体系。蓄电池和超级电容量由于在技术特性方面具有互补性，因此将其结合可以使职能电网系统产生巨大功效。就蓄电池系统而言，具有密度大、寿命短、功率小、效率低、充电功率较差等特点；就超级电容量系统而言，具有密度低、寿命长、功率大、效率高、充电功率性能良好等特点。因此，将超级电容量与蓄电池系统进行有机结合，可以起到优势互补的作用，因此其在电力系统中应用较为广泛。但是，蓄电池与超级电容量在电力系统中不能同时使用，否则会大大降低电池电容器功率和使用寿命，破坏电池储存系统的性能。

2.4 飞轮储能技术的应用

将飞轮储能技术引入智能电网系统中，不仅可以提高电可再生能源接纳能力，还可以保障电网系统的安全与稳定运行。随着科学技术的不断发展以及现代信息技术发展脚步的加快，可再生能源被大量引入智能电网系统和输电系统，给输电系统的安全稳定运行带来了一定挑战。将飞轮储能技术与风力发电技术进行有机结合，不仅可以大大提升风能利用效率，还可以降低发电成本，有利于电力企业实现经济可持续发展。比如，澳大利亚的SandBay、CoralBay、NineMilesBeach、Denham；日本的DogoIsland；美国的Alaska等一系列岛屿电网，都采用了风轮储能技术，以达到降低运输风险和减少系统运行故障等目的。电力系统中故障问题和运输风险问题都是“暂态稳定性”问题，对智能电网储能系统影响较大。而飞轮储能系统可以灵活处理职能电网系统中的故障问题，从而保障电力系统安全、稳定、快速运行。飞轮储能技术具有速度快、容量大、密度小等优势。事实上，在同样容量下采用风轮储能技术可以获得双倍调节效果

2.5 抽水蓄能

储能技术应用后节省了大量的自然能源，并且电力系统供电效率得到了提升。技术发展应用最广泛的是抽水储能，将能量保存，需要时将水放出，利用落差产生的水流冲击来达到发电目标。这种发电方式不会造成能源污染以及生态环境失衡。基础设施建设时要对储水部分进行设计，抽水的力量大小也要符合实际需求，结合发电站规模来计算。容量增大所存储的能量也随着增大，实现供能目标需要输水系统参与，管道与储能部分连接要紧密，减少管道的弯度与倾斜角度，这样能够保留最大的水流冲击力，一次抽水后能量释放是持续的，可以达到数小时甚至几天，保障了发电环节的连续性。

结论

随着城市化脚步的加快，国家电网对新型能源的需求加大，风能和太阳能等可再生能源被逐步开发。与此同时，为进一步提高电力系统的安全性、稳定性和高效性，需要将新型储技术引入电力系统中，在保障电力系统安全稳定运行基础上降低温室气体的排放量，促进电力企业经济可持续发展，以构建智能化和多元化的电力系统。

参考文献

[1]刘世念，苏伟，魏增福.化学储能技术在电力系统中的应用效果评价分析[J].可再生能源，2013，（1）：105-107.

[2]张昊蒙.浅谈电力储能技术及其在现代电力系统中的应用[J].电子世界，2014，（16）：276-278.