基于优质电气储能节能的实践探究

摘要：随着国家经济的迅速腾飞，能源产业迅速发展，绿色储能成为国民产业链上的重要环节。基于优质电气储能的节能、调控技术的研发设计与实践应用，就是有效接轨国际市场，响应国家促进储能产业规模化发展的号召。优质的电气储能，以卓越的创新技术实施电损治理，为广大工业装置的储能节能一体化和安稳运行打开了一扇新的窗口，并实现了企业效益和利润提升的最大化。

关键词：电气储能;绿色节能;工业储能系统;超级电容;智能电网

1    绿色储能发展概述

随着互联网行业和新能源的飞速发展，电力行业的系统工作也迎来了全新的挑战。

2014年，习近平在主持中央财经领导小组第六次会议时指出，我国目前已成为世界上最大的能源生产和消费国，能源的需求总体向上，其开发、利用、消费，都受到诸多因素的制约;在能源技术水平总体落后的局面下，将能源问题提高到国家发展和安全的战略高度，意义重大。

2019年，国家发改委发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，提出加强先进储能技术的研发工作，攻克制约储能技术应用和发展的规模、效率、成本、安全等技术性问题，以技术创新为基础，以应用示范为手段，大力发展和推进储能技术的研发和实践。

2    國家工业储能系统的现状分析

工业储能装置主要是实现能量的存储、释放或快速功率交换。电网接入装置，用于实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换，实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。储能贯穿于发、输、配、用整个电力系统，大规模电力储能技术的研究和应用也才刚起步，是一个全新的课题，也是国内外研究的一个热点领域。

现今的工业储能系统，主要有机械储能、热储能、化学储能、电化学储能和电气储能。

机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。其中，以高速飞轮为代表的机械储能，其能量密度较低，安装成本高，投资周期较长，工作时惯性时间长;其在不充电状态时容易自放电，会造成能量在短时间内自行耗尽，适合于不间断电源供给的市场应用。

热储能系统中，热能被储存在隔热容器的介质中，需用时直接利用，也可转化为电能。以熔盐储能为代表的热储能，投资高，需要各种高温化学介质，占地面积大，受用场合有限。

化学储能是利用氢或合成天然气作为二次能源的载体，效率较低。电化学储能有锂电池、钠硫电池等，而以锂电池为代表的电化学储能，在技术升级后，被大量应用于便携式移动设备，能数千次地循环和快速响应，是目前使用最广、能量最高的实用性电池。不足在于价格偏高，过充会导致发热、燃烧等安全性隐患，需要进行充电保护，也存在环保问题。

3    超级电容器电气储能的技术优势

3.1    超级电容器的特点

超级电容器是一种新型储能装置，是传统电容器的快速充放电性能和充电电池储能特性的综合体，其特点有：

（1）容量范围大，区间在0.1～1 000 F，可以运行于多种状况的电路中。

（2）能循环充放电且安全稳定;对电路的结构设计可以多样化，有较好的充放电承载性;系统检测方便，从理论上看，是可以免于维护的。

（3）特性稳定，超低温性能好，工作温度宽泛，从-40 ℃到+70 ℃;充电速度极快，几乎在几分钟内就可以达到额定的充电容量;无记忆效应，充放电循环次数可达百万次，循环寿命长。

（4）功率密度水平高，可达300～5 000 W/kg;过程损耗小，能量转换效率高。

（5）是一种新型的绿色环保电源，其生产、使用、储存、拆解过程中不使用重金属和其他有害的化学物质，过程无污染，是理想的绿色能源。

3.2    优质电气储能的技术特性

电气储能包含有超导储能和电容器储能。

超导储能装置是利用超导体的电阻特性为零而研发的，受限于材料研发和经济制约，其应用在未来还有发展空间。

而以超级电容为代表的电气储能，其系统能获得超大的电容，是基于它的双电层结构是由电解质和活性炭多孔电极组成的。得益于其多方面的特性叠加，超级电容物理充放电过程中充电时间短、寿命长、温度特性好;速度响应超快、功率密度高，对外界环境影响小，可以稳定系统电压、调节频率;可吸收再利用，实现不平衡的补偿和能量支撑，节约能源、绿色环保。所有这些综合性的优点集合，使其成为工业用户最青睐的储能方法。

4    高功率密度电气储能的功能优势及实践应用

4.1    高功率密度电气储能的功能优势

高功率密度电气储能，即超级电容储能型SVG装置，是无功补偿领域最新技术应用的代表，是典型的电力电子设备，由检测模块、控制运算模块、补偿输出模块三个基本功能模块构成;是电力电子技术、储能技术、互联网技术、微机技术和电网技术相互交叉的新型科技产品，其旨在结合新型储能元件超级电容的充放电特性，提出既能补偿无功又可调节有功的解决方案，可以很好地提升工业用户在户外作业时的电能质量和系统安全稳定性。

这一储能装置其控制系统采用以DSP+FPGA+CPLD为核心的结构，DSP负责数字信号处理、系统核心算法和逻辑控制;FPGA则利用其强大的并行处理能力和多时钟频率，来完成复杂的时序逻辑设计，实现系统电压/电流的高速采样、快速逻辑运算、多路高频PWM信号输出，并在必要时对A/D采样和PWM输出进行通道扩展;CPLD用于对PWM信号输出进行高速检测，并在PWM信号输出存在错误时，快速闭锁PWM信号的输出。

高功率密度电气储能和调控技术，即超级电容储能型SVG装置，其功能主要体现在：一方面，补偿极端工况用电场合能源互联网中的无功损耗，提高其功率因数，实现节能降耗的目的;另一方面，积极调节设备的有功变化，改善用电设备的工况，延长设备的使用寿命，以保障用电场合能源互联网的安全稳定性，促进其数字化和智能化发展。

4.2    高功率密度电气储能装置的实践应用

服务于直流供电用户时，在大型矿车制动能量回收与利用系统装备的实践中，技术人员利用储能方案，通过蓄电池组、滤波电感、超级电容器、制动电阻栅、矿车驱动电机、发电机、发动机的协调运作，应用装置储能与调控的核心产品，为中煤平朔集团有限公司带来了3 900万元的经济效益。

在轨道交通高性能变流器与传动系统的实践应用中，利用控制与保护的关键技术，同时实现“控保融和”，为武汉征原电气有限公司节能增效带来了4億元的经济效益。

工程技术人员在实践应用取得良好效益的同时，继续砥砺前行，又开始了面向交流工业用户的技术推广和试验尝试。在油田抽油机和大型港口提升机械设备中，尝试通过技术调控，实现有功储能、无功补偿;同时进行故障分析、智能监控，达到远程通信、无人值守的良好状态。

优质电气储能装置的研发设计和实践应用，正在以“技术先进、科技创新、经济合理、项目示范”为标准的要求下，迎接挑战，不断探索、攻克储能工作中的瓶颈问题。

5    结语

电能是人类高速发展的前提，打理好电能的进出端口，才能做到能量余时有存储，能量再用时有回补。在工业的各个领域，无论是地铁轨道交通，还是大型矿用车辆、电动汽车，实现储能节能已经成为智能电网发展必不可少的一环。

优质的超级电容电气储能装置，采用先进技术实现能量回收的高效率，改善大多数设备的“粗放型”保护状态，加强“控保融和”力度，消除不稳定的安全隐患，平衡电源与负荷的间歇性和波动性问题，提供应急电源，减少各种暂态电能质量问题造成的损失，及时进行故障预警，帮助实现数据精准分析，做到了让用户的体验效果渐入佳境。优质的电气储能和调控技术，实现了工业节能增效的最大化。

[参考文献]

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[2] 李亚寅，曲炳蔚.新型储能装置——超级电化学电容器应用前景光明[J].中国电子商情：基础电子，2005（12）：61-64.

[3] 超级电容[EB/OL].[2020-05-08].https：//baike.baidu.com/item/%E8%B6%85%E7%BA%A7%E7%94%B5%E5%AE%B9/4286685.

收稿日期：2020-05-11

作者简介：熊予涵（2000—），女，湖北人，研究方向：电气储能。