南方电网的储能技术应用及前景论述

陈子昂

摘 要：电力储能技术作为电力新兴能源技术已经有了广泛的应用，且储能技术在近年来的发展中日趋成熟，为电力能源储备的广泛应用提供了技术支持。当前南方电网储能技术主要表现在抽水储能，飞轮储能，压缩空气储能，超导储能，超级电容储能等多个方面，各类储能技术已得到广泛应用，并日渐成熟。本文对南方电网储能技术的应用及发展前景进行分析。

关键词：南方电网；储能系统；前景；应用

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0088-02

电力的生产、传输、配网、供应过程都在同一时间段进行，这种特性对于电力能源的传输及使用会造成较大的影响，需要采用整体操作的方法对电力设备的指挥、规划、调度及运行进行统一的管理。另一方面，由于电力能源存在供需平衡差，在不同时间段、不同季节，供需时间差表现得尤为明显，大容量储能技术就应运而生。大规模储能技术能在电量供应盈余的情况下对电力能源进行有效存储，在用电量激增的情况下使用储备电力能源，能够充分提升供电系统的整体质量，提升电网供电的稳定性。在当前大容量储能技术已经成为我国电力事业未来发展的重点方向之一。

1 储能技术的应用与发展现状

1.1 抽水储能

抽水储能方法使目前电力储能中应用较为广泛的方法之一，其主要特點是能源储存周期寿命长，储能空间大，电力资源供需调峰作用明显等特点。通过用电时间差，在低峰期时段通过电能将水抽往水库上游进行保存，在用电需求量大的情况下，直接使用上游的水能进行发电，抽水储能方法在对水电站进行抽水储存的周期能够达到40年，而水利发电的综合效率在75%以上。我国南方电网截至在2017年8月前，抽水储能电站规模达到34520MW，但另一方面，由于水电站选址要求较高，水电站建设成本较大，且储能规划周期较长，这造成抽水储能技术无法满足短时间用电量供需切换的过程。

1.2 飞轮储能

飞轮储能技术是利用发电机转子与飞轮联动，使用发电机驱动飞轮达到较高的转速，而将电能转化为动能，储存在高速运转的飞轮中。在电力需求量增大的情况下，可以使用高速运转的飞轮带动发电机发电，而飞轮储能的效率高于抽水储能，通常能够达到85%以上。当前，我国南方电网已经拥有较为成熟的飞轮储能系统，如Active Power公司的500 kW CleanSource DC飞轮储能系统，其储能效率能够达到87%左右。飞轮储能技术能量转化方式较为灵活，转化周期短，可用于电力供需转化频繁，且用电量激增明显的地区。

1.3 压缩空气储能

压缩空气储能方法用于燃气发电站，其储能原理是利用燃气压缩并储存高压燃气，在需要使用能源时，再释放燃气进行发电。当前世界上最大的压缩空气储能燃气电站位于美国俄亥俄州，其装机容量已经超过3000MW。压缩空气储能电站的建设成本较低，但由于压缩空气储存的条件较为苛刻，需要储藏在合适的岩洞或海底洞穴中，对于选址要求较高。

1.4 超导储能技术

超导储能的原理是通过电磁线圈对已经产生的电能进行存储，由于抄到底储存具有高密度性的特点，其电力储能的综合效率能够达到95%以上，且能量转化迅速，能够达到毫秒级响应的特点。目前，欧美等发达国家已经尝试使用超导储能技术，但由于科技的限制，对于超导体储能容量产生了严重的限制，当前储能容量仅为0.83kW·h。但美国对于超导储能技术已经开始应用，并已经在电压控制与电量调节中有了较为成熟的应用经验。

1.5 超级电容器储能技术

超级电容器表面使用特殊电极材料，能够使普通电极表面储能增加万倍，其电荷间距离压缩至0.5nm以下，能够使用较小的空间储存大量的电能。超级电容器储能技术当前主要用于商业发电领域，由于电容器单体储能容量较小，通常只能达到2～14W·h，且电容器造价较为高昂，在电力储能中应用较少，对于高压变电站、大功率直流电机短时放电等方面，能够使用超级电容器储能技术。

2 储能技术的应用

功率型以及容量型均属于储能技术的应用范畴，应用场合以及应用模式的不同对储能的技术性能提出了不同的要求，图1为不同应用模式对储能功能规模以及放电时间的需求范围。

对于容量型的储能模式而言，频率调节、系统削峰填谷以及系统的备用对储能设备的容量要求较高。除此之外，功率型的储能应用模式包括电能质量调节应用模式以及系统稳定控制两方面，必须要满足可以对电网足够的瞬时功能动态支撑，同时储能的系统必须可以快速响应。另外，可再生能源接入的模式对功率规模以及系统的容量要求也相对较高，会根据装机规模以及不同的发电特性进行改变。

总而言之，从目前的情况上看，尚不存在单一的储能技术可以满足所有应用模式的要求，所以要根据不同的模式采取不同的储能技术。

3 南方电网中储能技术的运用

3.1 新能源的运用

太阳能、风能等再生能源都具有间歇性、出力变化快以及随机性等特点，相关资料表明，当可再生能源的装机容量达到20%后，局部电网将会造成较为明显的冲击。尤其是针对于气电源、油以及水比例相对较小的区域，若是仅仅对火电机组进行有功调节，很难适应出力的变化，情况严重时不排除会造成严重的恶性事故。

针对于我国南方地区而言，光伏发电以及风力发电等相关可再生能源的规模还相对较小，有资料报道称于2010年底南方的风电装机均为947MW，不会对电网的安全运行产生较大的影响。但是，随着科技和时代的发展，对能够与可再生能源联合运作的大容量储能技术进行研究，迅速切换和调整储能系统的放电功率和充放电状态，确保再生能源的输出功率可以达到非常稳定的状态，并且保证电网的安全和稳定运行，是将来我国南方电网发展的主要途径。

3.2 削峰填谷技术

我国时代的进步和社会的发展，工业生产以及居民用电量正在日渐加大，导致了电力负荷峰谷的绝对值也在不断变大，这就给电力调度产生了极大的困难，各個电厂、省区之间的发电矛盾也突显出来，情况严重时还会导致电侧矛盾不断加重。我国南方电网区域水电厂的投产以及逐渐加大的系统调峰难度，针对于广西以及云南等地依然存在低谷调峰缺额。对大容量储能系统进行建造能够在电低谷时进行储能，在用电高峰时释放电能，从而满足用电以及发电的负荷调节，能够避免削减峰谷差。

4 对于电力储能技术的几点建议

随着各种电力储能技术的不断发展与应用，储能技术正向着高效率、高密度、集成化与低成本方面发展。针对我国南方电网电力储能技术的应用与发展，提出以下建议：①应当稳定用电市场价格，在储能技术不断得到应用的今天，对于电力盈余与电力短缺都有着较为完善的应对策略，对于峰谷用电供需矛盾，电力部门应当对电价进行适当调整，一方面着眼于储能成本的投入，另一方面着眼于电力市场的供求关系。②要完善电力储能的发展模式，储能方向可以在用户或发电厂方面，由电网系统统一对发电及储能进行管理，并引导民间投资方参与储能市场。③要加强对储能技术的应用研究，传统储能技术已日趋成熟，但对于高效、高密度、低成本的储能技术还相差甚远，这就需要电力部门加大研发，在超导体、超级电容器等新兴储能方式上多做研究，使其尽快进入电力市场得到普及和应用。

5 结束语

当前我国电力的发展方向是向着低碳经济与绿色经济为主，对于能源可再生技术需要加大科研力度，并使其不断投入到日常生产中，电力储能技术在当前阶段已日趋成熟，对于电力储能技术的应用与拓展应面向更为广阔的空间。

参考文献

[1]蒋 凯.电力储能技术进展与挑战[J].电力需求侧管理，2017，19（04）：1～5.

[2]郑 重，袁 昕.电力储能技术应用与展望[J].陕西电力，2014，42（07）：4～8+30.

[3]伍婵娟.电力储能技术发展概述[J].科技信息，2010（33）：772～773.

[4]张 宇，俞国勤，施明融，杨林青，何维国，卫 春.电力储能技术应用前景分析[J].华东电力，2008（04）：91～93.

收稿日期：2018-6-25