电力系统中的储能技术

余艳伟

摘 要 文章首先对储能技术的作用进行简要分析，在此基础上对电力系统中储能技术的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对电力系统运行安全性和稳定性的提升有所帮助。

【关键词】电力系统 储能技术 应用

1 储能技术的作用分析

化石能源作为一次性能源，随着对它的不断开采使用，其总体数量日渐减少，在这一背景下，新能源技术随之出现，并获得了快速发展，其在电力系统中的作用逐步显现。对于传统的火力发电而言，其主要是根据电网的实际用电需求，进行发电、输配电以及用电的调度与调整，而新能源技术，如风力发电、太阳能发电等，依赖的则是自然界中可再生的资源。然而，从风能和太阳能的性质上看，均具有波动性和间歇性的特点，对它们的调节和控制有一定的难度，由此给并网后的电力系统运行安全性和稳定性造成了不利的影响。储能技术在电力系统中的应用，可以有效解决这种影响，从而使整个电力系统和电网的运行安全性及稳定性获得大幅度提升，能源的利用效率也会随之得到进一步提高，使新能源发电的优势得到了充分体现。

对于传统的电网而言，发电与电网负荷需要处于一种动态的平衡，具体来讲，就是电力随发随用，整个过程并不存在电能存储的问题。然而，随着我国社会与经济的飞速发展，这种生产电能即时发出，供用电保持平衡的供电模式已经与新形势的要求不相适应。同时，输配电运营中，为满足电网负荷最高峰时相关设备的运行正常，需要购置大量的输配电设备作为保障，从而造成电力系统的负荷率偏低。通过对储能技术的应用，可将电力从原本的即产就用，转变成可以存储的商品，在这一前提下，供电和发电不需要同时进行，这种全新的发电理念，不但有助于推动电网结构的发展，而且还有利于输配电调度性质的转变。综上，储能技术的出现及其在电力系统中的应用，对电网的持续、稳定发展具有积极的促进作用。

2 电力系统中储能技术的应用

2.1 储能技术的常用类型

分析储能技术在电力系统中的应用前，需要了解储能技术的常用类型，具体包括以下两种类型，一种为直接式储能技术，即通过电场合磁场将电能储存起来，如超级电容器、超导磁储能等，均归属于直接式储能技术的范畴；另一种是间接式储能技术，这是一种借助机械能和化学能的方式对电能进行存储的技术，如电池储能、飞轮储能、抽水储能、压缩空气储能等等。

2.2 储能技术在具体应用

2.2.1 电池储能技术的应用

现阶段，间接式储能技术中的电池储能在整个电力系统当中的应用最为广泛，电力系统的很多重要环节中都在应用储能技术，如发电环节、输配电环节以及用电环节等等。

（1）在发电中的应用。正如前文所述，在电力系统中，通过对电池储能技术的合理应用，除了能够使电网的运行安全性得到提升之外，还能使电网的运行更加高效。在对电池储能技术进行具体应用时，储能系统的容量应当按照电网当前的运行方式进行估算，在国内一些电池储能示范工程中，平滑风电功率储能容量为一般风电的25%左右，稳定储能系统的容量为一般风电的65%左右，通过这一数据的对比不难看出，风能发电场的储能容量也已达到数十兆千瓦以上，并且电能的存储时间比较长。同时，可以利用35kV线路将电池储能系统接入到电网当中，具体的接入方式如图1所示。

（2）在输电中的应用。在电力系统的输电线路中，通过对电池储能技术的应用，能够使维修和管理费用大幅度降低。可将电池储能系统作为电网中的调频电站使用，由此可以使容量的存储时间得到显著延长，从而提高输电效率。

（3）在变电中的应用。在变电侧，电池储能系统的运行方式为削峰填谷，其容量较大，最低功率可以得到MW级别，电能的存储时间约为6h左右，储能设备可从10kV母线上接入，并网运行。

2.2.2 飞轮储能的应用

可将飞轮储能与风力发电相结合，由此可使风能的利用效率获得大幅度提高，同时发电成本也会随之显著降低，可以为电力企业带来巨大的经济效益，很多发达国家的岛屿电网采用的都是风轮储能，如美国、日本、澳大利亚等等。在电力系统中，绝大多数故障及电能的运输风险等问题，都具有暂态稳定性的特征，由此会对电网储能系统造成较大的影响。飞轮储能技术在电力系统中的应用，能够对电网中的故障问题进行灵活、有效地处理，为电网的安全、稳定、可靠运行提供了强有力的保障。这种储能技术最为突出的优势在于容量大、密度小、速度快。因此，在相同的容量条件下，应用飞轮储能可以达到双倍的调节效果。

2.2.3 抽水储能的应用

在电力系统中对储能技术进行合理应用之后，除了可以是系统的供电效果获得大幅度提升之外，还能使自然能源的使用量显著降低，有利于能源的节约，符合持续发展的要求。抽水储能技术具体是指当电力负荷处于低谷期时，从下游水库将水抽到上游水库当中，并将电能转换为重力势能存储起来，在电网负荷处于高峰期时，将这部分存储的电能释放出来，从而达到缓解高峰期用电量的目的。通常情况下，抽水储能的释放时间为几小时到几天，其综合效率最高可以达到85%左右，主要用于电力系统的调峰填谷，该技术最为突出的特点是不会造成能源污染，同时也不会对生态环境的平衡造成破坏。在电力系统中对抽水储能技术进行应用时，需要在基础设施建设的过程中，合理设计储水部分，同时还应确保抽水的力量大小与实际需求相符，具体可依据发电站的规模进行计算。随着容量的增大，存储的能量也会随之增加，为确保电力供应目标的实现，需要输水系统的参与。故此，输水管道与储能部分之间的连接应当紧密，并尽可能减少管道的倾斜角度，由此可以使水流达到最大的冲击力，一次抽水后，可持续对能量进行释放，进而保证发电的连续性。

2.2.4 压缩空气储能的应用

所谓的压缩空气储能具体是指借助压缩空气对剩余的能源进行充分、有效地利用，其能够使发电运行获得保障。当高压空气进入燃烧系统之后，可以使燃烧效率获得显著增强，同时还能减少能源的浪费。由于压缩空气对储能设备的安全性有着较高的要求。因此，在具體应用中，必须在使用前，对储能设备进行全面检测，确认无误后，将荷载频率调至高效发电范围，从而确保燃烧时，压缩空气可以得到充分利用。

2.2.5 超级电容器储能

超级电容器是一种新型的储能装置，其最为突出的特点是使用寿命长、功率大、节能环保等。超级电容器主要是通过极化电解质来达到储能的目的，电极是它的核心元器件，它可以在分离出的电荷中进行能量存储，用于存储电荷的面积越大，分离出来的电荷密度越高，电容量就越大。现阶段，德国的西门子公司已经成功研发出了超级电容器储能系统，该系统的储能量也已达到21MJ/5.7Wh，其最大功率为1MW，储能效率可以达到95%以上。

3 结论

综上所述，储能技术能够对电能进行有效地存储，由此改变了电能即发即用的性质，其在电力系统的应用，可以使电网的运行安全性和稳定性获得大幅度提升。在未来一段时期，应当加大对储能技术的研究力度，除对现有的储能技术进行不断地改进和完善之外，还应开发一些新型的储能技术，从而使其更好地为电力系统服务，这对于推动我国电力事业的发展具有重要的现实意义。

参考文献

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作者单位

河南机电职业学院电气工程学院 河南省新郑市 451191