储能技术在新能源电力系统中的运用

2024-04-07郑志明

通信电源技术 2024年2期

郑志明

（新疆特变电工楼兰新能源有限公司，新疆巴音郭楞蒙古自治州 841899）

0 引言

随着全球对清洁能源需求的增加，新能源电力系统开始逐步替代燃煤发电。由于新能源电力系统存在供电不稳定的问题，因此需要引入储能技术，以实现能源的平衡、调度和储备。储能技术的运用可以提高新能源电力系统的可靠性和经济性，并推动可再生能源的大规模应用。深入研究储能技术在新能源电力系统中的运用至关重要。

1 常见的储能技术

常见的储能技术可以根据储能介质的类型和工作原理进行分类，具体如图1 所示。

图1 常见储能技术

电化学储能技术主要通过电化学反应，将电能与化学能相互转换，常用的有锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等；机械储能技术是先将电能转化为机械能，在需要时再将机械能转化为电能，常见的有抽水储能、飞轮储能等；热储能技术是将电能与热能相互转换，常见的有热蓄冷储能和热储石等[1]。

这些储能技术在新能源电力系统中具有重要的应用价值，能够平衡供需、提高电网稳定性，并推动可再生能源的大规模应用。不同类型的储能技术各有优缺点，根据实际需求和应用场景选择合适的储能技术将有助于提高系统的可靠性与经济性。

2 新能源领域化学储能与物理储能技术的结合

当前，新能源领域中，化学储能和物理储能结合起来成为一种主要的储能形式，主要体现在混合动力汽车的发展中。

化学储能方面，可以将电动汽车的电池作为化学储能设备，将充电桩作为物理储能设备，实现电动汽车的双向充放电功能。这样的结合形式可以实现电动汽车的能量存储与释放，并通过充电桩与电网相连接，为电网调峰填谷提供灵活的能量调度。再如，将纳米颗粒电池作为化学储能设备，将超级电容器作为物理储能设备，可以实现高能量密度和高功率密度的结合。这种结合形式可以满足用户对大容量和高速充放电的需求，适用于需要快速响应和短时间高功率输出的场景[2]。除此之外，可以将氢燃料电池作为化学储能设备，采用氢气储存技术可以实现长期储存和远程输送氢气。这种结合形式适用于需要长时间储存和输送氢能的场景，如远程能源输送和能源供应链等。

物理储能方面，可以将压缩空气储能作为物理储能方式，热储能技术作为辅助储能手段，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电。

这些化学储能和物理储能的结合形式在新能源领域中具有重要的应用价值，能够充分发挥不同储能技术的优势，满足不同场景下的需求。随着技术的进一步发展和创新，将会出现更多的化学储能和物理储能结合形式，为新能源电力系统提供更加可靠和高效的储能解决方案。

3 新能源电力系统中储能技术的具体应用与分析

3.1 光伏并网中储能技术的合理运用

在新能源电力系统中，储能技术主要包括电池储能、压缩空气储能、飞轮储能等。光伏发电是一种波动性较强的可再生能源，易受日照变化、云遮挡等因素的影响，其电力输出会有较大的波动性。为解决光伏发电波动性带来的电力供应不稳定问题，可以采用储能技术。一种合理运用储能技术的方式是将电池储能系统与光伏发电系统相结合。当光伏系统产生的电力超过负载需求时，将多余的电力储存在电池中；当光伏系统产生的电力不足以满足负载需求时，释放储存的电能用于供电[3]。这样，电池储能系统可以平衡光伏发电系统的供需差异，提供持续稳定的电力输出。另外，压缩空气储能技术也可以用于光伏并网系统。当光伏发电超过负载需求时，多余的电力可以用来压缩空气，将其储存于压缩空气储能系统中；当光伏发电不足时，储存在压缩空气中的能量可以通过逆过程释放出来，供电给负载。压缩空气储能技术具有高效、长寿命和较大容量的优点，能够提供长时间的储能和供电。合理运用储能技术可以平衡光伏发电系统的波动性，提高其可靠性和稳定性。通过应用储能技术，可以实现对光伏发电系统的能量调度和优化，提高自身的经济性和可持续性。此外，储能技术还可以提供灵活的调峰填谷能力，对电网的稳定性和可靠性也有积极影响。需要注意的是，不同的储能技术具有不同的特点和适用性，在光伏并网系统中的应用需要综合考虑成本、效率、容量、响应速度等因素。因此，针对不同的光伏并网项目，应根据实际情况进行储能技术的选择和配置，以实现最佳的系统性能和经济效益。

3.2 风能电力系统中储能技术的合理运用

在风能电力系统中，储能技术的合理运用可以解决风能发电的波动性和间歇性带来的电力供应不稳定问题。首先，将电池储能系统与风能发电系统相结合，以平衡风能发电的波动性。当风能发电超过负载需求时，多余的电力可以被储存在电池中；当风能发电不足时，释放储存的电能用于放供电。电池储能系统可以实现快速响应和高效能量转换，适用于短期的电力调节需求。其次，将压缩空气储能系统与风能发电系统相结合，可以利用风能发电过程中产生的多余电力来压缩空气，储存在压缩空气储能系统中；当风能发电不足时，储存的压缩空气可以通过膨胀机转换为电能供电。压缩空气储能系统具有较大的容量和长期储存能力，能够满足长时间的电力调节需求。再次，将风能发电系统与氢能储能系统相结合，可以利用多余的风能电力来电解水生成氢气，并将氢气储存在氢能储能设备中；当风能发电不足时，储存的氢气可以通过燃料电池转换为电能供电[4]。氢能储能系统适用于长时间的电力调节需求，同时可以实现清洁能源的存储和利用。最后，将液气压缩储能系统与风能发电系统相结合，可以利用多余的风能电力来压缩液体（如水），储存在储能系统中；当风能发电不足时，储存的压缩液体可以通过膨胀器释放压力并驱动涡轮机发电。压缩液流储能系统具有高效能量转换和较大容量的优势，能够满足中长期的电力调节需求。合理运用储能技术可以平衡风能电力系统的波动性，提高系统的可靠性和稳定性。根据具体的应用场景和需求，选择合适的储能技术并进行配置，可以实现最佳的系统性能和经济效益。同时，储能技术的应用可以提供灵活的调峰填谷能力，且对电网的稳定性和可靠性有积极影响。

3.3 太阳能系统中储能技术的使用分析

太阳能系统是指将太阳能光照直接转换为电能或热能的系统。在太阳能系统中，将太阳能光伏发电系统与电池储能系统相结合，可以将多余的太阳能电力储存起来，以便在太阳能不足或无光照时供电。电池储能系统可以提供持续稳定的电力输出，并具有快速响应的特点，满足短期的能量调节需求。对于太阳能系统，可以采用热储能技术来储存太阳能，以供后续使用。热储能系统可以在夜间或无日照时释放储存的热能，满足热水供应或供暖需求。将太阳能电力与水电解技术相结合，可以利用太阳能对水进行分解生成氢气，并将氢气储存在氢能储能设备中。当太阳能不足时，储存的氢气可以通过燃料电池转换为电能供应，太阳能系统可以平衡太阳能的波动性，提高系统的可靠性和灵活性。

4 新能源电力系统中储能技术运用的必要性

新能源电力系统中可再生能源的发电量会受到天气、季节等因素的影响，导致能源供需之间存在差异。传统的火力发电和核能发电系统具有较强的稳定性，但新能源发电系统由于波动性和间歇性的特点，导致电力系统的可靠性和稳定性受到挑战。储能技术可以弥补可再生能源的波动性，使电力系统更加稳定可靠，减少电力中断和故障的风险；可以提供灵活的能量调度能力，实现电力系统的优化运营调度。在低谷时段储存能量，在高峰时段释放能量，以平滑电力负荷曲线，降低系统运营成本，提高电力系统的效率。可再生能源发电具有环保、清洁的特点，可以减少对传统化石能源的依赖。储能技术的运用可以解决可再生能源的波动性问题，提高其可靠性和可持续性，进一步推动可再生能源的应用和普及[5]。