储能技术在新能源电力系统中的应用

康世勇 王强

[摘    要]在能源紧缺的背景下，对新能源的开发和利用显得尤为重要。在新能源的开发利用过程中，光伏发电和风力发电的发展十分迅速，越来越多的替代传统电源。借助储能技术，可以解决风电与光伏发电过程中存在的波动性以及随机性问题，能够更好地保障供电的稳定性，降低对电力系统造成的冲击，这对于提升电能质量以及保障电力系统稳定运行具有十分重要的意义。基于此，就新能源电力系统中对储能技术的应用措施进行探究。

[关键词]新能源;储能技术;电力系统;应用

[中图分类号]TM7 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]In the context of energy shortage， the development and utilization of new energy is particularly important. In the process of the development and utilization of new energy， photovoltaic power generation and wind power generation are developing rapidly， more and more replace the traditional power supply. With the help of energy storage technology， it can solve the volatility and randomness problems in the process of wind power and photovoltaic power generation， better guarantee the stability of power supply and reduce the impact on the power system， which is of great significance to improve the power quality and ensure the stable operation of the power system. Based on this， this paper explores the application measures of energy storage technology in new energy power system， for your reference only.

[Keywords]new energy; energy storage technology; power system; application

1 储能技术的作用

储能技术的作用主要体现在抑制电力系统中传输功率波动性、电力调峰以及提升电能质量等方面。储能技术的应用，需要借助储能装置，通过储能装置来释放功率或者吸收功率，起到对功率的有效调节作用。我国近年来在风力发电以及光伏发电中取得了十分显著的成就。其中，以大规模风电场群的发展最为迅速，有效缓解了我国电能资源紧张的局面，但与此同时也使得电网的稳定性面临着更大的考验。为了更好地保障电网的稳定运行，则需要应用储能技术，借助相关的储能装置来合理调节电能。通过储能技术，可以更好地保障新能源电力系统的稳定性，同时还可以对多余的能量进行吸收储存，给予风电机组更好的保护。除此之外，借助储能技术还可以实现风电在时间轴上的平移，进而提升电力系统的经济性。

2 新能源电力系统中的储能技术概述

在新能源电力系统中，电能的存储和释放主要通过其他能量转换来完成，例如，将电池能与电能进行相互转换，然后进行存储和释放，将化学能或机械能与电能进行相互转换等。每种方式的能量轉换都需要有相应的系统作为支撑。在整个储能过程中，很多带有不同特征和特性的技术将被应用，有些具有能量密度高、容量大的特点，这些技术也被称作能量型储能技术，常用的技术包括电池储能和抽水储能;有些则具有功率转换效率高的特点，这一类技术被称作功率型储能技术，比较典型的有飞轮储能和超导储能。按照技术应用类型进行划分，当前最为主要的几类储能方式有：物理、化学、电磁、相变。

2.1 物理储能技术

2.1.1 抽水储能

抽水储能优点众多，例如，储能容量大，除此之外，成本低与运行灵活也是主要优点。但需要注意的是，这种储能方式需要大量水资源支持，而液态水本身易蒸发，并且需要耗费大量功率，因此实际能力转换率仅为70%左右。另外，受诸多自然地理因素限制，电站站址选择会比较困难，如水文质量、地质条件等，都是限制电站站址选择的主要因素。包括新型海水抽水储能在内的多种抽水储能技术，在实际应用中发挥了重要作用，且各具优势和特点，实际应用中可根据自然环境条件来进行选择。

抽水储能因自身的特点，在事故备用以及系统调峰等方面的作用十分显著，随着电力系统的发展，使得抽水储能的作用更加广泛，已经不再局限于储能发电方面，而是会在紧急事故备用等方面发挥出更大的作用。抽水储能在电力系统中的运用，能够实现静态与动态效益的结合，因此有着广泛的应用前景。

2.1.2 压缩空气储能

压缩空气储能有两个比较主要的工作过程，一是储能，二是释能。在储能过程中，空气会在电动机驱动压缩机作用下被压缩和降温，然后存储到报废矿井、海底储气罐等储气室中;在释能过程中，空气会在高温作用下流动到燃烧室，受燃气膨胀影响，燃气轮机会带动发电机进行发电。

压缩空气储能具有能换转化率高的优势与特点，通常情况下，其能源转化率可以达到75%以上。在压缩空气储能技术的基础上，再配合其他相关先进技术，可以进一步提升能源的转化率。压缩空气储能技术还具有成本低以及能耗少的特点，但在技术的应用过程中，往往会受到地形条件的制约，这在很大程度上抑制了技术的推广应用。目前，针对该技术的应用主要体现在保障大规模集中风力发电的平滑输出方面，发挥了至关重要的作用。

2.1.3 飛轮储能

相比抽水储能，飞轮储能效率更高，可达80%以上。与其他几种储能方式相同，应用系统是支持飞轮储能技术得以发挥的重要平台，在飞轮储能系统的支持下，飞轮会在电机带动下通过高速旋转来完成能量存储，主要存在于飞轮体内;当需要释放能量时，高速运行状态下的飞轮会充当电机角色，将其自身储存的能量用过机械运转方式转化回电能，并输出给外部负载。该技术具有众多优点，其中效率高和能量密度高最受人们青睐，且不受循环次数限制;缺点在于，一次性购置成本较高。

2.2 化学储能技术

化学储能技术也需要由相应的储能系统支持，从而完成所需要的能量转换。在不同类型与化学成分电池中，受电池正负极化学物质性质影响，各自释放电能的效率会有明显差别。因此，了解和区分各种类电池特点和差异，对完成高质量化学储能具有积极帮助。

2.2.1 锂电池

锂电池储能效率可达85%以上，这与其多样化的储能系统组成有关，其储能系统除了包括单体电池外，还有充放电系统和电池管理系统支持。锂电池储能的优点包括：储释能效率高、能量密度大、安全性强等;缺点在于，耗费成本高，且电站额定容量小，但在提供应急电源方面却有着较好的应用效果。

2.2.2 钠硫电池

钠硫电池储能效率基本在70%左右。与锂电池相比，钠硫电池耗费成本较低，且空间需求较小，维护和养护会更加方便。钠硫电池正极由硫和多硫化钠等物质组成，负极由熔融金属钠构成。需要指出的是，钠硫电池放电纵深度比较有限，且循环寿命不高，若想保持住充放电效率高的特点，需要保证运行温度达到300 ℃。

2.2.3 铅酸电池

从功能特性及实现角度看，铅酸电池的特点与钠硫电池存在较多相似之处，其电解液主要为稀硫酸。在正负极构成上，由于制作所需要的化学成分不同，所以二者空间需求与能量密度差异较大。在空间需求方面，铅酸电池是钠硫电池的的3倍;而在能量密度方面，铅酸电池却仅为钠硫电池的1/3。

2.2.4 液流电池

液流电池属于高性能电池，电池的数量和电池组的面积会对液流电池的输出功率产生直接影响，而液流电池的储电容量则会受到电解液的影响，因此可以通过增加电解液浓度以及增加电解液的容积等方式来提升液流电池的储电容量。

液流电池的优势十分显著，主要体现在其电池配置灵活，并且在放电过程中的安全性较强，无需配置相关保护措施便可以实现安全放电。除此之外，液流电池的优势还体现在维护便捷、能量转换率高等方面。正是由于液流电池的这些优势，使其在并网发电储能中的应用十分广泛。但是液流电池也存在一定的不足，例如应用成本高等，这些因素在一定程度上限制了液流电池的推广应用。

2.2.5 金属空气电池

与其他类型电池不同的是，金属空气电池为绿色电池，同时还具有成本低以及性能稳定的特点。金属空气电池的材料还可以实现回收再利用，金属燃料的更换便捷，这使得金属空气电池更加节能环保，符合我国可持续发展战略的要求。在金属空气电池的发展过程中，通过铝空气电池能够帮助人们获取更高的电压，而相较于铅酸电池，铝空气电池的比能更高。但是铝空气电池也存在一定的不足，例如其放电速度慢等，这使得铝空气电池通常只能作为备用电源使用。除了铝空气电池之外，锌空气电池的发展也十分迅速，目前已经基本可以实现产业化。

2.3 电磁储能技术

相比物理储能与化学储能，电磁储能技术种类较少，超导储能和超电容储能。

2.3.1 超导磁储能技术

相比上述几种储能技术，超导磁储能效率更高，达到90%以上。线圈在超导状态下电阻很小，小到可以忽略不计，因此，电能在整个储释过程中很少被消耗掉，消耗率几乎为零。结合实际应用来看，超导线圈若想在整个储能过程中发挥积极作用，需要被置于低温液体环境下才可以，但这样做会增加很多成本。超导磁储能技术的优势在于无污染，并且响应快，同时还可以实现无损耗储能，有效规避了能源的浪费。借助超导磁储能技术，可以在很大程度上提升新能源发电机输出稳定性，并且该技术在提升瞬态电能质量方面也发挥着十分重要的作用。

2.3.2 超级电容器储能技术

相比超导磁储能，超级电容器储能效率不算高，基本维持在75%上下。它同时具有电池储能和电容器储能特征，介于两者之间。其储能依据是双电层原理。超级电容器储能技术支持下的储能应用，整个储释能过程具有良好可逆性，其反复次数可到十万次以上。相比常规电容器，超级电容器优点有很多，例如温度阈限更宽、安全性更高、稳定性更强等。同时也具备常规电容器所具有的优点。超级电容器储能技术还具有循环寿命长以及电容器响应快的特点，将其与电池相结合，可以实现优势互补，这不仅可以促进电池充电和电池放电的效率，而且对于电池使用寿命的延长也具有十分重要的意义。采用超级电容器与蓄电池结合的方式，在风电场中得到了广泛的应用，能够起到更好地抑制风电功率波动的作用。因此，在应用超级电容器储能技术的同时，应结合电池共同应用，这样的效果更加显著。

2.4 相变储能技术

相变储能主要以热量为介质实现对能量的储存与释放，这种储能技术能够实现高密度的能量储存，无需应用过于复杂的装置便可实现储能。相变储能技术主要由冰蓄冷、电储热以及熔融盐储热等技术共同构成。就冰蓄冷技术来讲，需要借助蓄冷介质，在蓄冷介质融冰过程中进行冷量的储存，在蓄冷介质结冰的过程中进行冷量的释放。冰蓄冷技术的优势比较明显，不仅可以促进制冷机组效率的提升，而且还可以在很大程度上减少机组的容量。就电储热技术而言，主要借助金属或者水等介质实现对热能的储存。但无论应用哪种介质，该技术都具有成本低以及维修便捷的特点。以金属储热为例，这种方式以金属为介质实现对热能的储存与释放。在金属液化过程中实现热能的储存，在金属固化的过程中实现热能的释放。由于该技术以金属为介质，借助金属导热系数高的特点，能够在很大程度上提升能量转化率。就熔融盐储热技术来讲，该技术主要以无机盐为介质，通过对无机盐进行加热，使其从固化状态转变为熔融状态，进而实现对热能的储存。该技术的传热性能更高，并且应用成本较低，同时还具有腐蚀性不强等特点，因此应用效果比较显著。

3 结束语

新能源的开发利用是缓解能源紧张问题，改善环境条件的重要举措，而在新能源电力系统中，需要借助储能技术来解决发电过程中存在的波动性以及随机性问题，更好地保障供电的稳定性。因此要积极探索更加有效的储能技术，并实现多种储能技术的合理搭配应用。

参考文献

[1] 赵书强，孙科.储能技术在新能源电力系统中的应用[J].电子制作，2021（10）：89-91.

[2] 杜芳.储能技术在新能源电力系统中的应用分析[J].中国高新科技，2020（20）：17-18.