储能技术在电力系统中的应用

罗智夫

（长沙理工大学，湖南长沙410004）

电能储存的应用存在一些问题,如在用电高峰期间由于电力资源问题造成的电力供应不足等。储能技术作为一个新兴的行业,需要不断地改进和创新，降低成本、环保节能、资源再利用是储能技术创新的核心。只有这样,储能技术才能在现代电力系统中发挥重要作用,更好地促进经济发展。如今,社会经济的快速发展促进了对资源的需求，特别是对电力资源的需求在逐年增加。传统的火电发电,主要是根据电网、发电、输配以及电力调度和调整实际电力需求,风力发电、太阳能发电等新能源技术在本质上依赖可再生资源。从风能和太阳能的性质来看,它们都具有波动和间歇性的特点,难以进行调节和控制,对并网后电力系统运行的安全性和稳定性易产生负面影响。

1 储能技术分析

为了保证电能质量,储能技术需要能够快速响应系统的变化,并进行有功调节和无功控制,从而缓解电压波动和闪变。一种能够储存能量的电能质量环节装置,可以大大提高电能质量,同时也会降低资本消耗。电力系统的输电能力也可以通过储能技术来实现。在电网的正确位置增加储能设备,使其在线路不堵塞时能够存储电能,在线路堵塞时为线路提供能量救济。储能技术是新能源发展的一个重要领域,无论哪种能源形式,都需要储能技术提供支持,从而得到更好地应用和发展。推动储能技术与多种相关技术在系统中的协调应用,从而优化新能源电力系统的稳定运行和整体结构,对于新能源电力系统的进步和发展具有重要意义。不同储能技术成熟度差异较大,需要构建互补、取长补短、因地制宜、效益优先的储能技术布局。电力系统中应用的主要储能技术，其中比较重要的是电化学储能、电磁储能、热能储能、化学燃料储能等储能形式。储能技术的未来发展和应用在实际的发展过程中需要得到一定的创新和思考。研究分析可用于降低储能系统的成本,提高储能技术的性能和成熟度,从而为扎实有序地推进清洁能源的可持续发展提供一定的参考和帮助。

2 能源互联网背景下的电能存储技术现状

可再生能源的研究与开发是我国电力能源发展的主要方向和重要目标。但是，新能源电力技术的引入对电网的稳定性造成了一些不利影响。为了使互联网技术与新能源的发展相结合,世界各国都特别重视能源互联网的发展。传统的能源消耗系统运行形式单一,能耗大。因此,能源互联网下的电能存储技术要求提高可再生能源的比重,注重能源消费效率和能源利用效率。在我国,智能电网的发展取得了巨大的成就,信息技术在电网中也得到了广泛的应用。

3 储能技术的优势分析

3.1 能源管理

将电能存储技术应用于能源管理中,能够使电能的分配更加合理,从而在一定程度上缓解电力高峰引起的供电困难。另一方面,储能技术在能源管理中的应用缓解了对发电、输配电设备要求越来越高的问题。

3.2 提高电力系统的稳定性

电力系统的稳定性对于整个电网来说是非常重要的,但是影响电力系统稳定性的因素很多,因此提高系统的稳定性还需要深入研究。储能技术在发电机和系统中的应用,可以实现在运行过程中再次出现问题时对储能的控制，也可以利用其协调来保证系统的稳定性。在一定条件下,还可以缩短故障后的排除时间,从而更好地保证系统的稳定运行。

3.3 提高电能质量和输电能力

储能技术的应用可以满足基本需求。利用及时调整的特性,可以在相同容量条件下获得最佳的调整效果。随着飞轮技术的发展,该技术可以在负荷中心采用削峰、削谷,从而降低电网运行成本,更加经济。对于传统电网来说,发电和电网负荷需要处于动态平衡状态,具体来说,即发电即用,整个过程中不存在蓄电问题。然而,随着我国社会经济的快速发展,这种生产电能、保持供用电平衡的供电方式已经不适应新形势的要求。通过储能技术的应用,电能可以从原来的即用变成可以储存的物品。同时，其相变储能装置设计简单,可灵活调整,易于使用和管理,包括电蓄热技术、熔盐蓄热技术和冰蓄热技术。

3.4 储能技术可以提高和优化风电系统

实际运行过程中的无功功率和有功功率保证电力系统始终保持稳定的运行状态。在风力发电系统中应用了一种超导储能技术,可以有效地处理电压问题,改善联络线短路和风速扰动。在应用这项超导储能技术之前,根据风电系统的实际情况,设计了相关的仿真模型,获得了大量的技术应用数据。

4 电池储能技术的应用领域

4.1 发电系统中的应用

现阶段，蓄电池储能技术主要应用于大型风力发电等领域,采用较为专业化的运行模式,设定固定的计算目标,完成容量配置等工作,结合实际应用情况,统计分析各值,储能系统的瞬时容量相对较高,普通风力发电的储能容量是平滑风力发电瞬时储能系统的四分之一。通过计算,我们可以知道,每小时平稳风电的输电功率值会相对稳定,其容量会大于风电系统的容量。储能系统应用于大型风力发电周期的容量会比较明显,如果大于规定的标准值,实际的储能时间就会比较短,这就会使储能的利用率更高。目前,利用蓄电池储能技术,借助升压转换器,将其放入3500V以上的电路中。

4.2 在电能运输中的应用

将蓄电池储能系统投入电网资源,可以有效地提高其系统应用的效率和效果。同时还能加快实际电力传输的操作速度,减少实际的运输成本,保证电网的安全稳定运行，使用这种技术可以更好地存储,减少额外的功率损耗,使电池的功率能保持在良好的传输状态。图1是某电力储能系统的详细分析图。

图1 电力储能系统的详细分析图

4.3 在变电站系统中的应用

电化学储能系统在电力系统的输配电中可以起到很强的辅助作用。可根据其需求响应运行,发挥备用电源的功能。在实际操作中,电池储能可以更好地保护存储容量被削弱,同时,它还可以减少实际电能的存储时间,和控制的权力控制时间在六个小时之内,这将使企业设备的运行更稳定。目前,由于场地因素的影响,独立储能装置的使用会受到一定程度的限制。主电网侧的变电站应配置相应的储能装置。

4.4 引进新型混合动力电池储能系统

近年来,我国开始大力发展电能电池的新型储能技术,从而挖掘了电容器和电池的应用潜力。电容器和电池的物理特性可以相互补充,弥补各自的缺陷,形成一种新型的复合电能技术。电池的能量存储空间会比较大,和周期时间将主要在一个循环状态,和权力将相对较小,这使得电池充电器放电时更为敏感,但是超级电容器可以很好地弥补这一缺陷,因为电容的密度相对较小,虽然它的应用会受到某些因素的干扰和限制,但如果将电池和电容器集成为一个整体,就可以同时发挥两者的优点,使电池的使用寿命更长,提高其储能能力。在电力系统中节约经济成本,安全高效运行十分重要，对于大多数不稳定问题都是暂态问题。根据储能设备的特点,瞬时功率大,持续时间短。飞轮储能系统是一种可灵活调节和控制的有源电源，飞轮能源与风力发电的一体化可以保证两者的协调,供电可以更好地避免柴油发电机启动期间的长期停电。

5 未来可再生能源发展规划

目前储能系统大规模应用和推广的关键问题是成本高。开发低成本、高效率、快速的储能系统是未来的发展趋势。为了保证能源的可持续利用,满足国民经济发展的需要,应将更多的研究和能源投入到可再生资源的开发利用上,以实现能源的可持续利用和多元化发展目标。相关数据表明,风能和太阳能技术是目前最高效的能源。中国在风力发电领域取得了巨大成就。截至2018年底,风电机组安装数量已超过690万台,未来这些数据将继续呈现上升趋势。正是因为这些技术在电力系统中取得了显著的效果,所以储能技术目前得到了广泛的重视。在稳定性方面,这些发电方式都会受到自然因素的影响,在运行过程中会出现一定的波动和间歇性。在丹麦、日本等发达国家,发电主要采用核能、石油和天然气。但是,从装机容量和年发电量来看,中国在这方面的数据远远高于其他邻国,这很大程度上与国家的人口有关。与此同时,中国根据不同地区的电力需求,建立了大量的调峰备用电源。在经济发达地区、在用电大的地区建设大型电站,基本可以满足城市居民的日常使用。

化学蓄热技术对材料要求高,材料选择难度大。潜热和感热储能技术在这一阶段被广泛采用。电化学储能技术安装更加灵活,响应速度更快。电化学储能技术在电网系统中的应用可以显著提高能源服务和电力服务的效果。此外,电化学储能技术可以抑制新能源发电的快速波动,提高电网频率调节的稳定性,有助于加强微电网的能源管理。目前,电化学储能技术在我国电力系统中呈现出快速发展的趋势,特别对于锂离子电池的应用比较广泛,利用率明显高于钠硫电池。

6 结论

随着社会经济的不断发展,对能源技术的需求也越来越高。特别是对蓄热、电动汽车、电化学等方面的储能技术提出了更高需求。因此,有必要加快能源互联网背景下需储能技术的研发,以促进我国能源产业的持续发展。