储能技术在电力系统调峰中的应用研究

2020-01-05王浩霖

科学技术创新 2020年23期

王浩霖

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030002）

能源是我国经济发展的重要推动力。为了保障能源的供应，国家能源部门出台了多项措施大力发展我国的能源产业，其中新型能源成为其中一抹亮色。很多能源项目的落成，极大增加了我国电能的供给量。但是，由于用户端无法及时消纳，导致很多发电项目不能满负荷运行甚至被迫停止运行。但是，在用户有很高需求时，却无法及时供给电能。面对此种现状，储能技术应用而生，利用储能装置作为发电方与用电方的平衡器，使整个电网可实现平稳运行。

1 储能技术简介

储能是指将能量从一种形式转换为另一种形式后进行的能量存储。例如，使用电能参与氢气的制取，将电能转换为氢能源后实现了能量的存储，在有一定需求时，再将氢能转化为其他形式的能量，这就是储能的一种具体表现。目前储能技术主要包括两种方式，一种是机械储能，另一种是电磁储能。机械储能主要包括抽水储能与压缩气体两种形式。抽水储能主要是在水力发电中，将过剩的电能带动相应水泵动作，将水从低处运往高处，待电能不足的情况下，开启水闸，利用水的重力势能将机械能再转化为电能。压缩空气储能也是利用多余电能，将电能转化为相应的机械能，对气体进行压缩。在电能供应不足情况下，释放压缩气体带动汽轮机进行发电。电磁储能主要利用储能电子设备进行电能的存储，主要包括电池储能技术与电容储能技术两种。电池储能技术主要使用的是铅酸电池、锂电子电池等电子元器件将电能转化为化学能，实现电池的充电过程，在停电或者电力供应不上时，利用电池对外进行供电，满足紧急用电的需求。电容充电的本质与电池充电的类似，都是将电能转化为化学能的一种表现形式。储能技术的日益丰富，也为电力系统的平稳运行提供了强有力的保障。

2 电力系统调峰的重要性分析

电力系统主要包括两方面，即发电端与用户端。理论而言，最理想的用电模式是发电端所产生的电量与用户端消耗的电能相平衡时，整个电网的运行效率达到最佳。但是，现实中很难达到完全的平衡。因此，才有了电力系统调峰的概念。

2.1 电力系统调峰的概念简介

电力系统调峰是指选用特定策略，进而保证发电端所发的电量保持整体稳定的一种电力调节策略。因为，在现有的电力系统发电中，主要还是火力发电为主。火力发电中所选用的发电机的功率很高。从经济角度分析，发电机组从运行到停止再到运行所产生的费用较高，其启动时间也较长。因此，在实际运行中，发电机组原则上一旦开启，如果中途没有故障或是到了保养的时间之外，其它时间是不允许停机的。但是，目前的用电中，白天的耗电量远高于夜晚的耗电量。因此，白天的用电通常会产生峰值，而晚上的用电量则会产生低谷指，而此时的发电量基本保持不变。因此，面对不同的用电需求，就必须采取相应的电能调节措施，以应对不同时段的用电需求。

2.2 电力系统调峰的重要意义

电力系统调峰对于电网的正常平稳运行具有十分重要意义。过剩的电能会极大增加电网的运行符合，对电网内的各用电设备造成冲击。电能不足的情况下，会极大影响用户的电能使用，最后造成很大的经济损失。随着国家对风能、光伏发电等新型电能产生装置进行大力支持，很多地区都开展了大规模的风力发电项目，这些新型电能并入电网之后，如果用户端无法及时消耗，会增加整个电网的负担，势必影响整个电网的正常运行。。在例如，在高温天气中，很多地区不得不使用空调这种大功率用电器，会造成很多地区电能供应紧张的局面。如果能从第三方引入电能，则会很大程度上缓解居民的用电需求，保障正常的电力供应。电力调峰的意义在于为整个电网的安全运行提供一个可靠的“海绵”，在电力供应过剩的情况下，用“海绵”吸收多余的电能，待电能匮乏的情况下，将“海绵”中存储的电能挤压出来，对电能系统进行补充。

3 储能技术在电力系统调峰中的应用

3.1 储能技术的应用现状

储能技术在电力系统中的应用主要是将电能通过电池或电容等电子装置进行即时存储，以备有需求时能及时满足电力系统的供应。储能技术的关键在于储能电站的建立。目前，我国已经在多地区建设了储能电站，很多储能电站其存储功率可达百兆瓦级别，可以很好满足当地对电能存储的需求。在最新出台的关于新能源项目的政策文件中，首次提及鼓励企业引入储能电站，实现电能的存储。

3.2 储能技术在电力系统调峰中的应用

凡是与电相关的系统都可能存在电力供给与输出不匹配的情况。因此，本文从以下几种电压等级分别进行分析。

3.2.1 储能技术在高电压电力系统中的应用

在电力系统中，将330kv 以上的电压称为高压。在高压之上，还有超高压、特高压等。此类高压常见于国家的输配电的网络中。在进行此类电网功率设计时，在没有储能技术的情况下，就必须考虑到在用电低谷时段时电网负荷增大的情况，调高电网的最大负荷，增大负荷的冗余量进而保障电网的安全。在利用储能技术修建储能电站之后，电网中多余的电能可以通过储能电站进行实时存储，进而保障电网的整体稳定。有了储能电站的供配电网络，在电网设计时，就可以减小电网的设计功率，进而节约电网建设成本。此外，储能电站的修建，也可以带来较好的经济收益。储能电站在参与电网调峰时，在吸纳多余电能时，可按吸纳量来带来直接的收益，这是一部分收益。另外，在电网发电量不足时，储能电站也可以并网对外发电，按照对外放电量也可以带来另一部分收益。两部分收益叠加起来，就构成了储能电站的总体收益。经过有关人员计算，收益较为可观。因此，越来越多的社会企业开始关注储能电站的投资，以期在服务社会的同时实现自身的发展。

3.2.2 储能技术在中电压电力系统中的应用

在电力系统中，将6KV-66KV 以内的电压称为中压。中压电力系统多见于很多新能源项目中。例如，在风力发电项目中，风机升压端将风机产生的几百伏的电压抬升至几十千伏以上，并入当地电网。但是，很多新能源项目受制于项目本身的限制，比如光伏发电项目，在阳光不充足的情况下，其产生的电压波动较大，产生的电量起伏较大，具有间断性特征。因此，国家出台了关于鼓励新能源项目配套储能电站的相关措施，通过引入储能电站的方式提升新能源项目供电端的连续性。首先，利用储能电站的方式将产生的电能进行集中存储，在项目的间歇期内，可以参与当地电力系统的调峰功能，吸收多余电能。在项目运行期间内，将不连续的电能集中存储，然后统一向电网进行供电。

3.2.3 储能技术在低压电力系统中的应用

在电力系统中，将1kv 以下，称为低压。在低压电力系统中，常见的储能方式为电池储能。随着国家大力鼓励新能源汽车的发展，新能源汽车数量呈现井喷式增长。对于很多新能源车主而言，很多都会选择晚上进行充电，在一定程度上提升了晚间的电力系统的用电量，有利于电网的“填谷”。此外，在某些地区是不能够断电的。比如医院、军事单位、火车站等地区。此类地区一旦发生断电行为，必须能够紧急启动备用电源来满足用电需求。此时，储能电池在停电之后迅速放电，恢复这些区域的供电。