电力储能技术的适用性评价模型与方法研究

电力储能技术的适用性评价模型与方法研究

余东旭

（国网宁德供电公司福建宁德352100）

摘要：随着经济在快速的发展，社会在不断的进步，电力储能技术种类众多，特性各异，在电力系统中的适用性应根据应用场景和决策准则进行评判。本文从技术性能、寿命周期内年效益、寿命周期内年成本和集成度4个角度出发，构建了电力储能技术的适用性评价模型，模型结构至上而下分为目标层、准则层、指标层和方案层。以指标层的基础数据为依据，采用层次分析法和模糊综合评价法计算指标权重和关系矩阵，并分别开展不同准则的独立评价和综合评价，最终获取不同方案的适用性评价结果。通过对4种配电网电池储能的适用性分析验证了评价模型和方法的有效性和实用性，对电力储能的规划、政策和商业应用具有重要的借鉴意义。

关键词：电力储能；适用性；评价模型；层次分析法；模糊分析法；独立评价；综合评价

引言

随着智能电网的发展和对新能源应用的不断深化，储能技术作为一种能可使电力系统变得更加稳定高效的技术，其应用范围广泛，所获效益巨大。由于我国的储能技术起步较晚，目前还处于不断摸索阶段，无法使储能技术应用于各个方面，发挥其最大价值。储能技术不仅可以增强电网对新能源的适应性，同时可以提高电能的质量，节约能源，对我国能源的储备和资源的节约都十分有益。总之，储能技术在未来的市场中具有十分良好的应用前景。

1新能源电力系统中储能技术的作用

新能源电力系统主要是依靠风力、太阳能等自然的方式进行发电，但不同于传统的火力发电与水力发电技术，新能源发电技术的应用与发展都不够成熟，存在一定的技术应用缺陷，电力供应无法确保其稳定性与连续性，就需要通过储能技术来减少电力能源的无端损耗，提高能源转化效率，提高新能源电力系统的安全性与稳定性，进一步推动新能源电力系统的发展。同时，新能源电力系统中储能技术的应用，还能够减少用电高峰时期的电力负荷，提高电力系统中相关设备的使用效率，避免超负荷使用导致电力设备遭到损坏，减少电力系统故障的可能性，提高电力能源供应质量与效果，满足人们日益提升的电力能源需求。

2评价模型

2.1模型结构

反映电力储能技术的综合特性应考虑技术性能、效益特性和成本特性。其中，技术性能与储能类型相关，效益特性与应用场景相关，成本特性与应用规模相关。考虑到土地资源的日益稀缺，引入集成度特性反映电力储能的占地面积。为保证公平性和合理性，本文从全寿命周期尺度进行电力储能技术的适用性评价。图1以配电网储能为例提出了电力储能技术的适用性评价模型，共分4层结构：目标层、准则层、指标层和方案层。其中，目标层为电力储能的评价目标，即适用性；准则层提出了评价电力储能适用性的准则因素，包括技术性能A、寿命周期内年效益B、寿命周期内年成本C和集成度D。指标层为准则层下设的指标因素，如技术性能A下设4个指标因素，分别为安全性A1、循环寿命A2、循环效率A3和放电深度A4；寿命周期内年效益B下设4个指标因素，分别为低储高发套利年效益B1、延缓电网升级年效益B2、减少线损年效益B3、减少备用容量年效益B4；寿命周期内年成本C下设2个指标因素，分别为年投资成本C1和年运维成本C2；集成度D下设2个指标因素，分别为单位面积功率D1和单位面积能量D2；方案层为所有备选决策方案。

图1配电网储能的适用性模型

2.2电化学储能

电化学储能的方式主要是利用电池实现电能和化学能的相互转换以达到存储电能的目的。

2.2.1铅蓄电池

铅蓄电池采用稀硫酸作为电解液，二氧化铅和铅作为电池的正负极。工作原理是，放电时，正极的二氧化铅与稀硫酸反应生成硫酸铅，负极的铅和稀硫酸反应生成硫酸铅；充电时，正极的硫酸铅反应生成氧化铅，负极的硫酸铅反应生成铅。这种储能电池储能容量大，成本低，但是能量密度低，充电速度慢，并且伴随着重金属污染。它可以用于电力系统调峰，也可以用于新能源汽车中。

2.2.2锂离子电池

在充电时，锂原子失去电子生成锂离子，锂离子通过电解质向负极（碳素材料）转移，然后结合外部电子再还原成锂原子；放电时，他的反应历程和充电时相反。锂离子电池能量密度高，转化效率高，但是成本高。目前，锂离子电池储能容量较小，它可以应用于数码产品中，也可以进入新能源汽车，电动车等领域。

2.2.3钠硫电池

钠硫电池的电解质（陶瓷管）是固态，电极（正极是熔融多硫化钠，负极是液态金属钠）是熔融液态。放电时，钠被电离，电子通过外部电路流动产生电压；充电时，多硫化钠释放钠离子和硫，再通过陶瓷管重新还原成钠原子。钠硫电池作为一种特殊化学电源，它的能量密度高，寿命长，充放电效率高，可用于削峰填谷，以及大容量储能电站中等。

2.2.4液流电池

液流电池又称为氧化还原液流电池，它的电解液由离子交换膜隔开，进而形成电池的正负极。电池工作时，电解液中的活性物质离子在各自的，反应室中往返流动，并发生氧化还原反应进而完成电能的储存与释放。这种电池容量高，寿命长，安全性能好，但是其体积相对较大，通常适合大容量存储。

3储能技术的发展前景

新能源应用是当前能源应用的重点内容，如何对其进行有效的储存要牢牢依靠储能技术的发展，下述是对储能技术各部分发展前景的分析探究：（1）储能技术的应用趋势。如今，传统能源逐渐枯竭，且对环境破坏巨大，导致新能源已逐渐取代了传统能源的位置。同时，对于风能、太阳能等此类新型的可再生清洁能源的储存也成为了电力行业关注的焦点，所以对储能技术的应用将不断扩大，储能技术的应用和发展将不会停止，它将接纳更多的可再生能源，不断优化电力系统的发电效益与能力。（2）储能技术的技术水平。储能技术的水平是否能过关决定着该技术是都能够被广泛的应用及推广。其中系统的转换效率和设备的使用寿命是两大关键，关系着储能系统的运行总成本。目前，机械储能技术和电磁场储能技术在这两部门内容中都具有较高的水平，但如何同时对两者进行提升，是现在仍然在不断研究发掘的一项内容。其次，在具体应用中储能设备的体积和质量也是一个应该考虑的因素，在什么样的场合和环境下使用哪一种储能技术正处于不断精进的过程中。总之，储能技术的水平正不断提高，前景良好。（3）相变储能技术。相变储能技术是通过相变材料进行吸热与放热实现能量存放的技术，具有较高的能量密度，同时其相变储能的装置设计简单，能够进行灵活调整，便于使用与管理，包括电储热技术、熔融盐储热技术与冰蓄冷技术三种。其中，电储热技术是利用水与金属的储热性能实现技术应用的，水的热能存储技术，是将水作为介质存储热能，便于运维管理，成本投入较少；金属的热能存储技术，是将金属作为介质存储热能，利用金属的固体与液体之间的物态变化来进行热能的存放，具有高温度、高导热性等优势。

结语

随着电力技术的发展，以及电力行业运行框架的健全，储能技术在电力系统的应用范围不断扩张，促进了电力系统的可持续发展。我国电力系统在发展过程中逐步完善，但其中仍然有一些继续解决的问题，比如说用电高峰期输配电线路阻塞、电源密集区域时长发生的“窝电”现象，这些现象使得我国电力系统的安全平稳运行受到极大的影响，区域电网互联虽然能够有效解决这一问题，但是有引发区间功率振荡等问题，而电力储能技术的发展及应用，则能够进一步解决相关问题。现阶段，储能技术在电力系统中规模化应用，集中式储能与分布式储能相结合的路径发展，运行效益和经济价值日益凸显。

参考文献：

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