储能技术在新能源电力系统中的应用分析

天津汇丰综合能源规划设计有限公司 赵 梅

在不可再生能源紧缺和环境污染问题越发严峻的情况下，电力行业在发展中需要加强对新能源电力系统的开发和利用力度，且配合科学储能技术来满足社会发展对能源的现实需求，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。所以，相关工作人员应当深入研究储能技术，明确技术类型、技术优势等，进而根据新型能源电力系统运行实际情况及实际需求，将储能技术应用于风能电力系统、光伏电力系统、机械发电系统等，以便提高电能质量与效率，满足实际用电需求，同时促进我国电力行业持续且良好发展。

1 新能源发电发展概况

可持续发展战略指导下我国提出了“双碳”目标，加大新能源发电技术的研究与应用力度。据相关统计显示，截至2022年12月我国风电装机总容量为3.6544×108kW，同比增长率为11.2%；新增装机容量为3.763×107kW，同比减少21%。2021年我国风力发电已经达到6.526×1011kW，同比增长率为40.5%；2022年1～11月风力发电量累积为6.1448×1011kW，累积增速12.2%（见表1）。

表1 风力发电统计分析

当前，在社会经济不断发展的背景下，国民生活水平不断提高，智能家居需求显著提高，加之我国工业、服务等领域的不断发展，这使得国内用电需求持续攀升。此种情况下，为能够改变煤炭燃烧发电等传统发电弊端，促进电力行业可持续发展，新能源电力系统发电备受重视，且近些年发展态势良好。从长远发展的角度来讲，在国家政策支持、用电需求不断攀升等多方面影响下，未来新能源发电势在必行，并且占比不断扩大，以促进电力行业可持续发展[1]。

2 新能源电力系统中储能技术的应用优势

2.1 可有效抑制风电并网的功率

在风力发电系统中，风力不稳定性可能导致其并网功率波动性较大，同时给电力系统的稳定性和可靠性带来一定的负面影响。储能技术可通过将风力发电系统中的过剩电力存储起来，从而缓解并网功率的波动。也就是当风力发电系统产生的电力超过当前需求时，过剩电力可以被存储在储能设备中，而不是直接注入电力系统；当电力需求超过风力发电系统的产能时，储能设备可以释放存储的电力，以满足系统的需求。

这种灵活性和可控性可降低风力并网功率的波动性，提高系统的稳定性和可靠性。此外，储能技术还可提供灵活的电力调度能力。通过储能设备的充放电控制，可以在电力需求高峰期存储电力，并在低谷期释放电力，以平衡电力系统的负荷需求。这可以优化电力系统的运行效率，降低电力系统的运行成本。

2.2 稳定电力系统的频率

在传统电力系统中，电力的供应和需求必须保持平衡，以维持系统的频率稳定。然而，随着新能源的大规模接入，其不可控性和间歇性导致了电力系统频率的波动。这就需要一种手段来平衡供需之间的差异，以保持系统的频率稳定。储能技术可有效减少因新能源不稳定性而导致的电力系统频率波动。其可以充当电力系统的缓冲器，吸收或释放电能，以维持系统的频率在合理范围内。通过合理配置和管理储能设备，可以实现快速响应，保证电力系统的频率稳定。此外，储能技术的有效应用，还可作为备用电源，当主要电源出现故障或供电不足时，及时提供电能，确保电力系统的正常运行[2]。

2.3 优化电力系统的电能质量

新能源发电并网过程中会出现电压降落或闪变等问题，导致电能质量下降。而将储能技术应用于新能源电力系统之中，可以解决以上问题，提高电能质量。因此，储能技术可提供稳定的电压和频率，减少电力系统中的电能波动和电压波动。这有助于改善电能质量，降低电网中的谐波和电压浪涌等问题，保证用户用电质量。

3 新能源电力系统中储能技术实践应用

3.1 新能源电力系统中储能技术类型

3.1.1 飞轮储能技术

飞轮储能技术是一种高效的储能技术，是利用旋转的飞轮将电能转化为机械能进行储存，然后在需要时将机械能转化为电能释放出来。将该项技术应用于新能源电力系统之中可发挥诸多优势，即由于飞轮储能系统没有化学反应和能量转换过程，能量转换效率高，通常可以达到85%以上；由于旋转的飞轮能够迅速储存和释放能量，飞轮储能系统的响应时间短，可以在几毫秒内实现能量转换，这使得飞轮储能系统适用于瞬时能量需求大的应用，将其应用于新能源电力系统之中可调节电网频率、均衡电力负荷等；由于飞轮的高速旋转特性，飞轮储能系统可以在单位体积内储存大量能量，并且能够迅速释放出来，满足高功率的需求，这使得飞轮储能系统在电力系统中可有效地平衡电力的供需关系。但在实际应用飞轮储能技术时，需要考虑成本、良好的机械支撑和旋转平衡控制等方面要素。

3.1.2 相变储能技术

相变储能技术是新能源电力系统中的一种重要技术，可以解决新能源电力系统的供需不平衡、能源调度等问题。目前，所推出的相变储能技术有多种，比如水泵蓄能技术、压缩空气储能技术、燃料电池储能技术等。不同相变储能技术的应用优势不尽相同，需要根据新能源电力系统运行需求，选择适合的技术类型。比如，新能源电力系统中应用水泵蓄能技术，主要是利用电力将水泵抬升至高处，并在需要能量时通过释放水势来产生电能；另外，新能源电力系统中应用压缩空气储能技术，可利用电力将空气压缩到储气罐中，当需要能量时，释放压缩空气驱动涡轮发电机产生电能[3]。

3.1.3 抽水储能技术

抽水储能技术是一种在新能源电力系统中广泛使用的储能方式。其利用电力供过于求时，将多余电力用于抽取水，并将之储存在高海拔水库中，当需要电力时，通过释放储存的水能，将其转化为电能供应电网。将其应用于新能源电力系统之中可发挥的优势有以下几点。

一是高度的电能转化效率。在抽水时，电能转化为水能时损失较小，而释放储存的水能时，水能能够高效转化为电能。二是灵活地调节电力供应。当电力供需不平衡时，可以通过控制抽水储能系统的输出来满足需求。三是较长的储能时间。水能的储存时间可以根据需要进行调整，从几小时到几天不等。这可以平衡不稳定的新能源发电量，弥补风力和太阳能等可再生能源的波动性；可以提高电力系统的可靠性和稳定性，减少能源供应中断的风险；还可以提供调频、备用、削峰填谷等电网服务，增加电力系统的灵活性和可调度性。

3.1.4 化学储能技术

化学储能技术包括锂电池、钠硫电池以及液流电池等。首先是锂电池。锂电池在储能效率上较高，可以达到85%，目前也是应用较为广泛的技术。其优点是具备储放能更高效、能量密集程度大，且在使用过程中安全系数较高，而缺点则是前期成本投入高。其次是钠硫电池。钠硫电池在储能效率上较低，但成本相对便宜。并且，钠硫电池应用过程却有诸多限制，比如循环寿命也不高。

最后是液流电池。液流蓄电池是一种高性能蓄电池，通过增大电解液的浓度和体积的方式能提高液流电池的存储容量，且具有灵活的电池配置和强大的放电过程安全性。但缺点是维护难度大，在一定程度上限制了液流电池的推广和应用。

3.2 新能源电力系统中储能技术实践应用

3.2.1 风能电力系统中储能技术的应用

随着风能发电的快速发展，储能技术在风能电力系统中发挥着重要作用。储能技术可解决风力发电具有间歇性和不稳定性问题，使得风能电力系统能够提供持续稳定的电力供应。为了能够将储能技术的应用价值充分发挥出来，应根据风能电力系统运行需求，应用适合的技术类型，即电池储能技术，以便在风力发电系统运行中，可以将多余的电力转换成电能存储起来，以备不时之需；当风力不足时储能电池可以释放储存的电能，提供持续稳定的电力输出。

除此之外，也可将动力储存技术应用于风能电力系统之中，通过将风能转化为机械能来储存能量。例如，风力发电系统可以将多余的电力用来带动液压发电机抽取水，把水储存在高处的水库中，当需要输出电力时，水可以从水库中释放，通过液压机转化为电能。相对而言，一些山区或者水资源丰富的地区风能电力系统中更适合应用动力储能技术，可切实有效地解决能量存储问题[4]。

3.2.2 光伏电力系统中储能技术的应用

光伏电力系统主要是通过合理利用太阳能电池将太阳能转化为电能，并且将电能转化为直流电，从而满足实际需求。将储能技术应用于光伏电力系统之中，主要是在该系统内电池输出功率产生波动时，通过运行储能系统来为光伏电力系统提供瞬时功率，促使该系统保持平稳的运行状态。为了确保储能系统能够充分发挥作用，相关工作人员在具体进行光伏电力系统安装过程中应当采用化学储能技术，也就是通过铅酸电池或者锂电池储能方式来设置储能系统，以便提高该系统的安全性、可靠性及规范性。

需要特别注意的是铅酸电池储能设置时，相关工作人员应明确电池的正负极构成，将负极视为酸性蓄电池、正极视为二氧化铅蓄电。之后利用电磁流的运行路径，将阴离子、阳离子分别放入负极、正极中，阴、阳离子经过长时间的负载，精准展现出对应的点和流动方向，相应地可大大提高强酸储能的放电效果。

3.2.3 机械发电系统中储能技术的应用

保障机械发电系统良好运行的关键点是合理地进行机械能与电能的转换。无论是从机械能转化为电能，还是电能转化为机械能，要想提高能量循环质量，在机械发电系统中需要科学合理地应用物理储能技术，也就是压缩空气储能。为了保障压缩空气储能效果良好，需要相关工作人员能够熟练掌握各种设备的用途，包括电动机、压缩机、发电机，等等。然后根据相关规范要求及实际情况，科学合理地进行各种设备的设置，从而提高整体运行效果。

3.3 储能技术在新能源电力系统中的应用前景

在可持续发展战略理念指导下，未来我国将大力发展新能源电力系统，促进电力行业持续且良好发展。目前，就新能源电力系统发展趋势及储能技术应用实际情况来看，未来将开发具有高能量密度、高功率的多元化电力储能系统，将超级电容与储能电池相结合；还要重点解决协调控制问题、优化配置问题等，以便新能源电力系统在电力储能系统的辅助下高效且稳定运行。

综上所述，新时期我国电力行业正处于转型升级的关键时期，需要从传统发电逐步向新能源发电转变，以便促进该行业可持续发展。但从近些年我国新能源电力系统开发与应用的实际情况来看，虽然已经取得显著成效，但依旧存在一些有待解决的问题，比如风电并网的功率不稳定，等等。对此，应当根据新能源电力系统的实际需求，将储能技术有效应用于风能电力系统、光伏电力系统或机械发电系统之中，良好地进行新能源发展，助力电力行业可持续发展。