新能源电力系统中的储能技术分析

新能源电力系统中的储能技术分析

张杰 张皓

内蒙古华电二连浩特新能源有限公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010010

摘要：在经济与社会发展进程中，能源消耗量越来越多，为维护生态平衡，保护不可再生能源，各国展开了对风能、地热能、太阳能等可再生能源的开发运用。目前，这些新能源在我国电力事业中已经得到了一定的运用，占据比重也在逐年提升。但是由于这些新能源具有随机性等特征，在运用上受到一定的限制，因而还需要采用储能技术，实现新能源的可调控，以保证电力系统稳定运行。本文就新能源电力系统中的储能技术进行了研究探讨。 关键词：新能源；电力系统；储能技术

一、储能技术简介

1.1自然界的储能

全球几乎所有能源都通过一种方式或者其他方式与太阳相关。我们使用的大部分能源都是以不同形式储存的太阳能。这样的自然能源介质包括有机燃料(木材、煤、油)、水蒸发和风。风是太阳能几个季度累积的结果，河流蒸发是太阳能短期累积的结果，而有机燃料则是太阳能数十亿年累积的结果。

1.2应用于电力系统的储能技术

应用于电力系统的储能技术属于人工储能，它是把电力系统产生的能量转换为一种适合储存的形式，并保持一段时间，需要时再将其转换为消费者所需形式的电能，并送回电力系统中。发展储能技术的意义主要有三点：（1）节约和有效使用化石燃料；（2）为了从自然界中获取太阳能、风能、潮汐能这类间断性能源并加以有效的利用，必须要配备相应的储能系统。（3）储能技术的发展为科技生产提供了各种间断性能源或特殊紧急用能。

1.3电力需求侧储能技术

电力需求侧储能又可称为用户级储能。与供应侧储能作用类似，是将需求侧电力需求进行时间上的转移，即将用电高峰时的需求转移到用电低谷时期。同时，需求侧储能技术的应用，可以更好帮助电力系统接纳分布式电源，尤其对新能源分布式电源的接纳具有重要意义。在能量消耗的四种形式即机械、热、光、电中，传统认为只有热能可以由与电力系统相连的消费者(即电力需求侧)储存，即现已发展成熟的蓄冷、蓄热技术。而随着科技的发展，电动车这种以蓄电池电能作为主要驱动力的交通工具问世，给需求侧的电力储能提供了市场。同电动车相似，最近几年电池墙技术逐渐应用于我国建筑中。

二、新能源电力系统中的储能技术 

2.1压缩空气储能技术

在所有的储能技术中，空气压缩的储能技术是一种单体容量超过百MW的储能技术，其储能效率较高，这一特点除了空气压缩储能技术具备之外，只有抽水蓄能这种储能技术具有这一特点。除此之外，空气压缩的储能技术相比抽水蓄能技术来说，具有能量可储存时间长、投资成本低、发电成本低、资本浪费少等特点，在模块化智能变电站中也有所应用。压缩空气的储能技术主要用于平衡电力系统的负荷、调节控制发电频率等方面，尤其适用于解决大规模集中新能源发电的平滑输出问题。

2.2飞轮储能 

在储能技术的应用领域，飞轮储能是一种较为常见的储能形式，主要动过电动机的电力资源供给，使飞轮保持在快速转动的过程中，并且将电力资源通过有效的转化进行储存，以此保证电能资源所转化成的动能可以有效的应用于其它能耗领域。飞轮储能系统的应用还必须使用圆柱体物质进行发电性能的维护，使飞轮可以在旋转的过程中更加有效的按照轴承技术的特点进行能量的有效储存，并且保证飞轮所储存的能量可以有效的应用于后续的维护工作领域。在进行飞轮设备后续技术性处理的过程中，飞轮所储存的能量更加便于直接应用于能耗领域，并且有效的降低飞轮设备的使用寿命。在进行飞轮设备符合性因素研究的过程中，飞轮可以将功率密度进行合理的调节，并且使飞轮的能量密度保持在较低的水平，使后续的飞轮储能工作可以通过储能时间的调整实现电网系统的合理控制，保证全部的储能工作可以有效的结合电网系统的吸引力特点加以技术设计，并且保证电压资源处在较为稳定的运行状态。 

2.3压缩空气储能电站

德国最先发明并建成了压缩空气类型的储能站，这种储能站将储能效率提升了70%，非常值得建设与使用。需要主要的是，压缩空气储能站中的储能技术主要是针对热量进行的，采用压缩空气的方式进行是防止剩余能源的直接排出，如果能源直接排出不仅浪费能源还会造成环境污染。而将压缩空气储能站中的剩余能源进行处理后还可以再次投入使用，因此，有效的降低了能源成本，节省了发电系统中的资金投入。

2.4电化学储能

电化学的储能技术是通过一定的化学反应将化学能源与电力能源相互转换，从而进行能量储存的一种方式，在这种储能技术中，主要的能量载体就是电池，由于电化学储能方式是目前人们日常生活中接触最多、最为常见的一种储能方式，其在人们的生活中能够根据人们的需求进行灵活的配置，受地理因素影响很小，因此可以广泛的应用于电能储存中，但是这种方法也具有一定的缺点，例如，电池的使用寿命较短，但是制作与使用成本相对较高，这些问题都亟待解决。目前，锂离子电池、钠硫电池、锂硫电池、钠氯化镍电池等类型的电池都是重点研究的对象，尤其是钠硫电池和全钒液流电池两种类型的电池尤其适用于大规模电化学储能技术发展中。除此之外，很多电动汽车中的锂离子电池也有可能应用于未来的大规模发电中。另外，有专家提出了液态金属电池的新型电化学储能技术的概念，并得到了广泛的关注，这种电池的制作和使用成本较低，能量转换效率较高，在将来有希望广泛的应用于电化学储能技术中。

三、新能源电力系统中的储能技术的合理运用

3.1风能电力系统中储能技术的合理运用

系统瞬时功率平衡水平对于新能源电力系统的稳定运行具有重要作用，储能技术的运用，能够充分满足有功功率及无功功率需求，从而实现对系统这一水平的优化，以保证其稳定运行。

风电出力缺乏可控性是影响风能电力系统稳定的根本原因，储能技术的运用，具有平滑风电出力的功能，能够提升风能的可调度性。在平抑风电出力波动中，可以运用串并联型超级电容器储能系统的电路拓扑，具仿真表明，串并联补偿能够有效平滑风电出力，抑制电压暂降，对风能的不确定性进行改善，从而增强风电场的稳定性。同时，也可以在基于全功率变频器的永磁同步风电机组的直流母线上并联飞轮储能装置。通过这一技术的运用，实现模糊控制，能够达到稳定风电机组输出功率的目的。

3.2光伏并网中储能技术的合理运用

在光伏并网中，主要存在的问题也是系统瞬时功率的平衡水平问题，通过储能技术的运用，能够对这一问题进行有效解决。在储能技术的实际运用中，可以通过无源式并联储能方案的应用，在光伏系统负载功率等脉动形势下，平滑蓄电池充放电电流。这一方法主要适用于独立光伏系统。同时，在这一系统中，也可以运用混合储能系统，对系统瞬时功率进行平衡。在具体操作中，需要将功率密度较高的超级电容、能量密度较大的磷酸铁锂电池进行组合，并对控制结构及方式进行合理设置，以便其效用得以充分发挥。据仿真证明，这种混合储能系统的运用，在维护系统运行稳定性中，能够起到十分明显的作用。超级电容器蓄电池混合储能在新能源电力系统中具有巨大的开发潜力，是未来储能技术研究的重要趋势。

结语：

储能虽然在我国起步较晚，但随着我国新电改方案的实施，清洁能源发电、智能微电网、电动汽车等行业的发展将不断提速，储能技术的应用将形成新的发展趋势。在发电、输电、配电以及用电等各个环节，储能技术将得到广泛的应用。

参考文献:     [1]郑重，袁昕.电力储能技术应用与展望[J].陕西电力，2017，42(7).     [2]丛晶，宋坤，鲁海威，等.新能源电力系统中的储能技术研究综述[J].电工电能新技术，2017，33(3).