浅谈电力系统储能技术

郑开明 刘帅

摘要:随着经济社会的发展，人们对能源更加依赖。现代电力系统越来越依靠电力储能技术调节峰谷，减少能耗，服务保障社会民生。本文将探索电力储能技术的理论要点，并对其在现代电力系统的广泛应用作出探讨。

关键词：储能技术；电力；应用；方式

引言

过去，电力系统中，发电和用电同时发生，在用电高峰承受着巨大的发电压力，再用电低谷又存在着大量闲置电力无用，造成了大量的电力资源浪费。而储能技术应用于电力系统的各个生产调度过程，用电高峰时段的发电压力可以得到显著缓解，让已有的电力设备的利用率得到有效提高；减少电网设备供电压力的同时，减少电网发生故障的情况，维护整体电网的发用电安全，从而满足社会对稳定电力的要求；显著减少电网建设和维护的资金投入，逐渐将现有的外延扩张性的发展模式转变为内涵增效型。

1.储能技术的意义和作用

传统化石能源的日渐匮乏以及生态环境的日益恶化，极大地促进了新能源技术的发展，气发电规模日益增长，在电力系统中承担着越来越重要的角色。以火电这样的传统发电模式为例，通常是按照电网用电的需求进行发电、输电、配电和用电的调度和调整；而以风能、太阳能等为基础的新能源技术发电更加依赖于自然资源条件。由于风能和太阳能具有波动性和间歇性，对此进行调节控制的难度更大，对并网后的电网安全运行带来更大的不利影响。但由于储能技术的应用可以在很大程度上解决新能源发电与生俱来的波动性和间歇性，使电网运行更加安全稳定，同时提高了能源利用的效率，让新能源发电成为具有经济和安全双重优势的能源形式。

传统电网中发电和电网的负荷时刻处于动态的平衡，也即通常所说的“即发即用”，不存在储能的问题。但是产生的电力即时发出，供电用电保持时刻平衡，这种供电模式和思路已经越来越不适合新型的社会和经济的发展，对今后的电网的口常维护调度管理的提出的更大的挑战。而且传统输配电运营中为满足输配电设备在电网负荷最高峰的正常运营，需要投入大量资金用于输配电设备的购买，导致电力系统整体的负荷率偏低，电力设备的总体利用率较低。

在引入新型的储能技术后，电力成为了可储存的商品，颠覆了过去遵循发电、输电、配电、用电同时进行的局面，供电和用电不再同时发生，电力的供需之间的实时平衡也不再那么重要，新的发电理念将促进电网的结构、规划设计、输配电调度等发生根本性的发展变革。

2.电力储能技术的应用方式

目前，世界上储能技术发展归纳起来主要有物理储能、电化学储能和电磁储能这三大类，具体有：

2.1抽水蓄能电站

抽水蓄能电站，利用设备将下游的水抽到上游的水库借以发电，并将电能通过蓄电设备储存起来。运用抽水蓄能，首先需要两个水库共用，利用水势高峰和低峰的落差来进行发电蓄电，其能源利用率较高，可以重复使用，因此在电力系统中应用较为广泛。分为混合抽水、纯抽水和调水式抽水三种类型。

我国现有13座用于抽水蓄能的水电站，总装机容量仅次于美国和日本处在世界第3位。其中，世界上装机容量最大的（360万千瓦）抽水蓄能电站已经落户我国河北丰宁。

2.2压缩空气储能电站

压缩空气储能的方式，主要是通过燃气机将空气进行高压压缩，借释放时来进行驱动发电。此法成本较高，压缩释放时需巨大的压力，操作过程需电力辅佐。但压缩空气储能方式效率高达90%，在各储能方式中领先。我国由德国引进此项先进技术已十余年。

2.3飞轮蓄能系统

飞轮蓄能系统通过电动机带动轮子飞速转动，将电能转化为机械能便于储存。需要电力，再通过飞轮来将其释放出来。损耗少、机械维修率低、能量高。但同时成本太高，机械运转时限短，不能运用于大面积电网，只能在小范围内进行蓄能。高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承技术极大地促进了储能飞轮的发展。

2.4超导磁储能系统

超导磁储能系统采用超导体线圈进行储存磁场能量，不需要进行能源的转换，速度快，在实时大容量交换方面有优势，可以补偿电力系统运转消耗的功率。正是运用了物理学中法拉第效应的原理，超导体储能方式简单易行，转换效率高，仅需要小小的超导体就可以完成庞大的电流储存过程。2005年起我国才真正意义上完成了超导磁储能的模型试验，但依然无法用于市场和大面积的电网之中。

2.5电池储能系统

电池储能系统也被称为电化学储能，主要有铅酸蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池四种。

铅酸蓄电池：一类是以玻璃纤维作为隔膜的贫液式蓄电池，另一类为以胶体电解液为介质的富液式蓄电池。铅酸蓄电池技术落后、充电时间长、使用年限缩短，已不再适用于现今的电力系统。

锂离子电池：钴酸锂电池最为常用，但只适合小型设备如手机。锰酸锂电池，由于其成本低、性能高等优势而被应用于电力系统之中。还有磷酸铁锂电池。锂电池在电力系统占据极重要地位，因其环保节能而被广泛认知。

钠硫电池：钠硫电池采用钠和硫作为电极反应物、固态陶瓷管为电解液进行蓄能，电解液是钠硫电池的重点。钠硫电池具有密度高、反应快、效率高等特点，因此深受好评。

液流电池：液流电池通过电解质进行电能储蓄。将电池的正负极通过电解液链接在两端，通过阴阳离子交换膜形成左右两室，参与化学反应循环流动，以此存储电力。安全性能好，成本较低，还能废物利用，节能环保，被广泛应用于电力系统之中，如可以进行风能发电等。2011年我国完成了首个兆瓦级全钒液流储能项目的安装，为储能技术开辟了新途径。

2.6超级电容器储能系统

超级电容器储能是一种物理储能的方式。电荷以静电方式存储在电极和电解质之间的双电层界面上，充电时，即在存储电能，放电时电荷放出电力供使用。此方法简单容易，操作方便。而且产品的使用年限较长，放电迅速，环境适应力极强。由于成本较高，一般用于迫切使用的电网中，不会在寻常电力系统中使用。

3.储能技术在电力系统中应用时应注意的问题

3.1技术水平

一项储能技术的技术水平是否过关是能否得到应用推广的关键问题，需要从系统的转换效率和设备使用寿命两个角度进行综合评价。此外还需要考虑实际应用中的储能设备的质量和体积。能否在尽可能少的占用土地的情况下满足实际的储能需要，也是衡量储能技术的重要标准。

3.2经济成本

以风力发电为例，其配套的储能设备需要成本儿乎和风电的整体投资成本相当。而且，大规模的储能设备需要专业技术进行长期的设备维护。因此储能设备的大规模推广必须要考虑到经济性，能否具备降低成本的空间，能否具有长期的显性经济利益，否则很难推广普及。

结论

综合来看，考虑到储能技术的规模等级、设备形态、技术水平、经济成本以及实际需求，电化学电池储能和压缩空气储能具有较大的应用前景，值得重点研究发展。

参考文献

[1]孙海顺.储能技术在电气工程领域中的应用展望[J].电网与清洁能源，2012.

[2]程时杰，文劲宇，孙海顺.储能技术及其在现代电力系统中的应用[J].电气应用，2005.

[3]胡灿.超导储能技术在电力系统中的应用与展望[J].四川电力技术，2012.

[4]叶季蕾，薛金花，王伟，等.储能技术在电力系统中的应用现状与前景[J].中国电力，2014 (3) : 1-5.

[5]张雪莉，刘其辉，李建宁，等.储能技术的发展及其在电力系统中的应用[J].电气应用，2012 (12) : 50-57.