储能技术在电力系统中的应用分析

2016-03-12白意昌

大科技 2016年33期

白意昌

储能技术在电力系统中的应用分析

白意昌

（成都理工大学四川成都 610000）

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。

储能技术；电力系统；应用

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，对今后的电网的日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 储能技术

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。

（1）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。

（2）输电环节的应用。将电池储能系统引入智能电网体系中，不仅可以有效提高输电线路的稳定性和安全性，还可以降低维修成本和管理成本。智能电网体系中的储能系统可以用作容量较大的调频电站，延长容量存储时间，提高输电运输效率。

（3）变电环节的应用。将电池储能系统引入职能电网体系中，可以提升职能电网存储系统容量和电功率。一般情况下，智能电网存储系统中，电池存储时间大约为7h，将变电侧储能装置10kV母线接入输电线路系统中，确保并网运行。

2.2 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。

2.3 飞轮储能

高速旋转的轴承能够产生能量，带动发电机运行，转速增加所产生的能量也会随着增大。达到发电系统导通的点时，能够带动系统运转并传出电能。该种技术是将能量存储在电网内部的，需要使用时会导通并将电能传入到总的电能消耗部分中，转轮在电能的作用下能够达到额定运行速率，实现对现场的调控。该技术具有噪声小、效率高的优点，使用时也不会产生污染排放，保障了发电区域的环境安全。

3 电力储能应用分析

3.1 提高系统稳定性

系统稳定是电网安全运行的首要条件，种种随机性的扰动（负荷突变、雷电、设备故障等）都会造成电力系统的不稳定（功角振荡、电压失稳、系统频率偏移等）。将储能系统安装在发电机机端或系统重要节点处，扰动发生时，通过运行过程中控制储能充放电时间及有功、无功功率交换，快速平抑系统的振荡。通过协调配合使系统中的自动调节和安稳装置有时间进行调整，避免系统失稳。在单机无穷大系统上，比较分析了SMES对应不同设定的切除时间时发电机功角响应情况，验证了SMES可以增加故障后极限切除时间，从而阻尼系统振荡以提高系统的动态稳定性。

3.2 提高电网对新能源的接纳能力

随着大规模风力发电和太阳能发电并入电网，其随机性和波动性的特性对电网的稳定运行造成很大负面影响。为保证这些新能源可靠供电，附加储能装置对其进行缓冲，可有效削弱新能源对电网的冲击，以提高大容量风电场或光伏电站接入能力，提升分布式发电和微电网的可控性和可调性，促进可再生能源开发和利用。随着新能源在电网中渗透率的提高，如果能利用资源的多样性和地域分布特点，结合系统需求侧响应调节，使可再生能源发电量与储能容量形成互补，则能够大量减少系统发电备用和储能需求量。