电气工程中储能技术的应用及展望

王涛

（中国水利水电第九工程局有限公司，贵州 贵阳 550009）

0 引言

伴随着我国社会经济的高速发展，各行各业发展速度不断增加，作为电气领域发展中能源储备的一项核心技术，储能技术被广泛应用在电气工程领域，在推进我国电气行业稳步发展的同时，使以往电能储存与消耗问题得到有效解决。目前，抽水储能、蓄电池储能、空气压缩储能、飞轮储能是比较常见的储能技术，在电气工程中的应用比较广泛，为电能源生产与传输带来了诸多便利，初步实现了能源消耗的降低，俨然成为当下电气行业的核心发展技术。

1 储能技术的类型

1.1 抽水储能技术

抽水蓄能被公认为是最成熟，且规模较大的储能方式，主要指在上下游分别建设两个水库，这样在负荷相对较低的情况下，在电动机作用下抽水储能设备开始工作，从下游水库中抽水保存到上游水库中；而在负荷高峰时段，借助发电机力量开始工作，合理利用上游水库中所储存的水来发电，能量转换效率可达到70%～75%。但就目前来看，抽水储能技术的应用范围广泛，建设周期普遍较长，对于选址要求比较严格，动态调节下很难快速响应，这对抽水储能技术的应用与推广造成一定限制，目前国际中抽水蓄能电站的总装机容量达到9×108kW，约占据全球发电装机容量的3%。

1.2 蓄电池储能技术

蓄电池储能技术最早在英国普及应用，主要指在太阳能发电设备、风力发电设备、可再生能源蓄电设备的辅助应用下，对电能源进行有效储存与排放，后被广泛应用在各国的电力工程中[1]。以英国蓄电池储能技术应用为例：PSB 是目前该国家正在使用的储能技术，在蓄电池储能原理下，修建一座15/120MW·h 的储能电站，整体运行效率将高达75%；而另一种NaS 蓄电池，整体应用优势更加明显，能够输出脉冲功率。也正因为这样的独特之处，使得PSB 蓄电池、NaS 电磁成为电气工程的常见技术手段，在电能负荷调峰、电能质量条件等工作中得到全面应用，有助于电气设备实用性能的提升。

1.3 空气压缩储能技术

空气压缩储能技术是一种新型蓄能蓄电技术，最早起源于1978 年，主要借助电网负荷低谷内所剩余的电力压缩空气，在75MPa 压力的高压密封设施中储存，然后在用电高峰时期释放，以此来驱动燃气轮机发电，也是当下工业大规模应用的技术方式。在电网低谷负荷期应用该技术，合理运用剩余电能，对空气压缩机起到重要的驱动作用，通过对山洞、报废矿井、过期油气井等高压密封空气的存储，在用电高峰中释放压缩空气，推动燃气轮机发电，通常适用在燃气轮机发电设备中。相比于传统的燃气轮机，空气压缩储能技术在电力输出相同的前提下，所产生的资源消耗将有效减少40%，并且通过对空气进行一定时间的压缩，最终结合实际需求一并完成燃气与能量的输出，具有效率高、响应快、寿命长等优势，能源转化效率将高达75%，有着较大的发展潜力。

1.4 飞轮储能技术

飞轮储能主要在电动机作用下，带动飞轮高速旋转，是根据用电需求利用飞轮带动发电机进行发电的储能方式[2]。通常情况下，飞轮储能系统中有着圆柱形的旋转质量块，在磁悬浮轴承的配合下，支撑系统运行。通过高质量应用磁悬浮轴承，有效控制系统运行期间的能源摩擦损耗问题，进一步提高储能效率，延长系统使用寿命，减少真空环境下飞轮系统的风阻损耗产生。并且，在科学技术快速发展背景下，飞轮系统的应用范围逐步拓展，通过与电动机、发电机的深度衔接，介于高质量电子装置，合理调节飞轮转速，促进了电网、储能装置之间的功率交换，使电网运行得到强有力的支撑。值得注意的是，将飞轮储能技术应用在电力工程领域，整体设备的使用寿命相对较长，可以进行安全维护，不会对周围环境造成不良影响，整体优势比较显著。

2 电气工程中储能技术的应用

2.1 脉冲功率系统的应用

脉冲系统是电气工程中的重要构成，关系到电网整体运行效率与供配电质量，对于储能技术的应用比较典型，具体应用期间有关部门及人员要给予高度重视。在脉冲功率系统中，涵盖了负载、开关、储能单元、波形调制、低功率能源等单元，其中开关、波形调制、储能单元等，均属于脉冲功率源。从脉冲功率源的发展趋势来看，具体可以分为：高输出功率、高功率密度、高储能密度、高可靠性、高重复频率，这在储能器件的重量与体积减少，输出功率提高中，在脉冲功率系统运行中有着重大的意义。在脉冲功率系统的具体运行期间，为加快小型化高功率储能目标的实现，我们需要强化对新型储能技术与方式的研究，与传统储能器件进行对比分析，通过对超级电容器、电池、传统储能器件、高储能密度器件等不同储能方式的相互结合，结合当下正在使用的储能器的静电、电感、惯性等特征，为脉冲功率系统运行提供有力保障。

2.2 共享储能领域的应用

共享储能是以电网为载体，对电网侧、电源侧、用户侧三大独立分散的储能电站资源进行优化配置的新型技术，通过电网实现统一协调，以此来全面释放出源网荷各段储能的能力，有助于电能源的有效节约[3]。近年来，随着《关于加快推动新型储能发展的指导意见》的出台，国家发改委、国家能源局明确提出，预计到2025 年，实现新型储能在现有商业化初期的基础上，努力向规模化发展转变，新型储能装机规模将高达3000 万kW。正是在这种情况下，共享储能成为当下储能技术应用的重要方向，发挥着削峰填谷、虚拟同步、准确控制等作用。以国网青海电力为例：基于共享储能的储能技术应用，对以往实施的“固定晚高峰”充放电模式进行了调整，逐步向“按断面负载率”方向的转变，在原有放电模式的基础上，结合当地能源需求与新能源送出通道的负载情况，在通道满载时储能电站开始充电，当负载率≤80%时，系统将自动开始放电，充放电模式不再以“一充一放”式为主，而是强调“多充多放，浅充浅放”，促进了储能电站运行效率的大幅提升。

2.3 综合能源系统的应用

在电力产供销模式升级发展背景下，为深入推进综合能源系统，强化电力系统的能源配置能力，储能技术扮演着重要的角色，同时也是未来综合能源系统发展的关键环节，能够在保证可再生能源并网运行稳定的前提下，促进电网资源的优化配置，妥善处理电力系统故障问题，将更稳定的电源输送至广大客户群体。在传统的电力系统中，储能技术的形式种类居多，从本质层面来看就是通过对电能资源的转变，形成其他类型的能源然后进行存储，在需要时转变为电能进行输送与使用。而将储能技术应用在综合能源系统中，可衍生为一种多种能源输入、输出的储能方式，通过多种形式能源的集中输入，经过专业处理后输出为终端消费的所需能量，该操作方式比较简便，无须多高成本的投入，转化速度要明显高于传统的输配电方式，能够为大功率设备提供可靠的能源支撑。在具体应用过程中，以储能设备为载体，促进能量输入、能量转换、能量输出等装置的有机结合，形成一个完整的储能系统，按照应用场景来看具体可分为电—热联合系统储能技术、电—气联合系统储能技术、电力—交通联合系统储能技术三大类，为能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警等提供便利。

2.4 光伏发电领域的应用

伴随着“双碳”目标的落地，“光伏发电”等绿色低碳技术在电力行业的应用愈发成熟，俨然成为当下越来越受欢迎的能源选择，在储能技术原理基础上，深度结合了大数据、物联网、智能控制等技术，实现了对电网运行全过程的有效控制，为光伏储能技术应用迈出了关键的一步。就储能技术在光伏并网发电中的应用现状来看，主要体现在电力调峰、负荷响应、电能质量、微电网等方面。

（1）电力调峰。电力调峰是以满足峰电时段大功率、集中性等电能需求为出发点，最大限度控制电网负荷，此时储能装置结合电网实际运行情况，在负荷偏低的节点中，储存光伏系统内电能，然后在高峰期释放能源，使电网功率峰值输出得到很好的保障。

（2）负荷响应。借助储能技术，自动化调整电网一些大功率负荷，这样即便电网负荷处于较高的状态下，部分电网系统依然能够交替运行[4]。在此期间，有关部门要高度关注电网负荷响应系统、储能电站的连接问题，保证至少有一条通信线路得以正常运行，这样既能规避高功率设备，又能使负荷响应需求得到更好满足。

（3）电能质量。在光伏发电系统运行期间，应用储能技术保证光伏电源使用的稳定性，确保系统产生的能源质量得到有效保障，发挥储能系统的功能优势，在储能技术配合下对有源滤波进行调整，在保证电压稳定性的前提下，将相角控制在合理范围内，达到电能供应质量标准。

（4）微电网。一般情况下，微电网与电力系统二者属于独立运行状态，以光伏发电系统为载体构成微电网，有助于其自身作用的发挥，为光伏发电提供安全保障。

3 电气工程中储能技术的应用展望

3.1 低成本储能技术开发

就现阶段的储能技术应用情况来看，应用成本高是限制储能技术应用范围拓宽的主要因素之一，因此如何控制并降低储能技术的开发应用成本，提高储能技术的运行效率，顺利实现“低成本，高效率”发展目标，是目前电气行业从业者重点关注的特点话题。并且，作为电气工程中的常见技术手段，储能技术的重要性不可忽视，适当提高储能技术开发与应用力度，发挥其技术应用优势，有助于电力系统性能与稳定性的提升，因此，储能设备能量转换效率的提高，也是当下储能技术研究中迫切需要解决的关键话题。

3.2 强化储能技术管理

储能技术是我国电力行业转型发展的重要方向，主要分为触电与储热两大模块，往往存在于真实的市场环境中，涉及多个技术领域，在电力工程建设及电网运行中发挥着不可忽视的作用。这就需要在市场环境持续发展与变化的同时，加大储能技术管理力度，在市场调节作用下，促进电力工程对储能技术的合理利用，高效管理能量，更好发挥储能技术在电力行业中的应用价值。

3.3 输电工作中应用储能技术

输电与配电是电力工程的重要组成，因此在输电、配电领域加强储能技术应用，在电气工程中占据重要地位。在实务中，有关部门要综合考虑电网工程实际情况，根据储能技术的类别与特征，对储能电源进行合理规划，促进储能机组与电网的有效连接，提高电网控制与调节技术水平，在保证电网系统稳定运行的前提下，为社会民众提供更优质的电力服务。

3.4 构建可再生能源利用系统

伴随着世界人口的快速增长，能源日趋紧张，传统能源面临着严重的枯竭问题，对社会各行业带来巨大影响，针对即将面临巨大危机，想要促进社会经济的可持续发展，新能源发展早已成为当下能源危机问题的有效解决途径。因此可以说，在电力系统中适当引入储能技术，通过对可再生资源与能源的合理利用，能够进一步控制传统能源枯竭问题，减少能源危机带来的幅面影响。然而，目前部分电力企业所应有的供电方式较为陈旧，滞后性明显，这导致事故与灾难发生时很难及时准确地应对，诱发更加严重的危害与损失。在这种情况下，电力企业需要提高对储能技术的重视程度，灵活选择机械储能、电磁储能、电化学储能三大储能方式，科学构建可再生资源与能源利用系统，积极创新并优化传统的供电方式，大力推进分布式供电，改善当下电网系统运行期间的不足之处。如此一来，电网系统未来可逐步形成区域管理模式，供配电过程将更加地具有灵活性、安全及稳定性，借助储能技术完善供电方式，推进电网系统的稳定运行[5]。

4 结语

综上所述，储能技术是未来能源系统革新发展的前提基础，也是智能电网构建的重要环节，在我国电力事业发展中占据重要地位。在新时代背景下，各地区电网企业要给予储能技术高度重视，准确掌握新型储能技术的应用优势与具体类型，找准储能技术应用要点，灵活应用在电力工程的各个领域中，充分发挥储能技术的应用价值，加大低成本储能技术开发力度，强化储能技术管理，构建可再生能源应用系统，为我国电力行业的创新发展提供有力保障。