新能源电力系统中储能技术的应用

新能源电力系统中储能技术的应用

张冰,张园园,王志鹏

中国能源建设集团山西电力建设有限公司 山西 太原 030006

摘要：当前，不同新能源电源侧储能技术所处发展阶段及市场进展各异，新能源电力系统中的储能技术在实际应用中具有极强的便利性，相关部门应准确把握储能技术的未来发展方向，合理规划化学与物理储能技术的应用状态，并将各项技术运用到风能电力系统、光伏电力系统与机械发电系统中，使储能技术的运用更具持续性、科学性。基于此，本文主要分析了新能源电力系统中储能技术的应用。

关键词：储能技术；电力系统；应用方向；新能源

中图分类号：TM91文献标识码：A

引言

新型储能作为构建新型电力系统的重要技术和基础装备，具有技术性、系统性、调节性和绿色低碳等主要特征，是实现碳达峰碳中和目标的关键技术，各界应加大对新型储能的科普宣传和推广应用力度。储能主要用于减少或延缓电网设备投资、缓解电网阻塞以及为电力系统提供调峰调频等辅助服务；在用户侧，储能主要通过帮助用户实现削峰填谷或光伏自发自用等模式，降低电费支出。

1新能源技术

分布式能源，又称分布式或分布式能源，通常是指基于新能源和可再生能源的小型家电，新能源依赖于为消费者提供高质量的能源服务，新能源和可再生能源有水电、风能、太阳能和生物质能、地热能和海洋能。在德国和国外新能源的使用和开发领域，风能、太阳能和光伏发电以及燃料电池技术是电气工程研究和开发的重要领域。

截至2022年底，我国可再生能源装机已突破1.2×109kW，占全国发电总装机47.3%，同比提升2.5%。2023年2月13日，在国家能源局例行新闻发布会上，国家能源局新能源和可再生能源司指出截至2022年底，在全国可再生能源装机结构中，风电达到3.65×108kW，太阳能发电达到3.93×108kW，常规水电为3.68×108kW，生物质发电为0.41×108kW，抽水蓄能为0.45×108kW。2022年，全国风电、光伏发电新增装机达到1.25×108kW，已连续三年突破1×108kW。

2储能的定义与分类

目前，储能技术根据所使用存储介质的不同进行分类，主要有机械类储能、热储能、电化学类储能、电磁类储能和化学类储能。机械类储能的储能方式有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等，具有规模大、效率高、稳定性好、响应速度快等特点。电化学类储能技术是各类电池，如锂离子电池、铅酸电池、二次电池、钠硫电池、液流电池等，具有技术成熟、价格低、寿命长、循环次数多等特点。电磁类储能的应用形式有超导储能和超级电容器储能，具有充放电速度快、电能损失小、响应速度快等特点。

3新型储能的主要类型

3.1电化学储能

储能是借助于介质或设备将能量存储起来，并在需要时再释放出来的过程。依据存储形式的差异，储能又可分为电储能、氢储能以及热储能。电储能，又名为“发电资产”，可分为电化学储能和机械储能两种类型，其中电化学储能主要是电池储能，电池类型包括锂电池、铅蓄电池、钠硫电池、钒电池等，而机械能储中常见的类型主要是抽水蓄能。电化学储能通常不会受到自然条件的影响与限制，其充电速度快，放电功率和系统效率相对较高，具备较大发展潜力。

3.2物理储能

储能包括储电、储热、储冷三种形式，在储电方面又分为物理储能和化学储能。与化学储能相比，物理储能的优势更显著，如寿命长、方便维修、安全性强等，已经成为可再生能源发电配套的重要选项。新型物理储能是指除抽水蓄能外的新型电储能技术，包括压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。本文主要分析三种新型物理储能方式的原理及技术路线等，并总结了每种储能方式的优势和不足，在新能源发电及电网调峰调频等领域中，为新型物理储能技术路线的选择提供参考[2]。

4新能源电力系统中储能技术的应用

4.1风能电力系统

风力发电是一种将风能转化为电能的技术。风力发电技术可分为恒速、变频和恒频。为了确定恒定速度和频率，在恒定运行速度下使用异步感应发电机，变频器的电子变频器被转换成频率的恒定能量变频技术可以尽可能广泛地捕获风能，并具有更宽的运行速度范围，允许灵活地适应系统能量和无功性能，并通过改进的风力发电技术PVM（并行虚拟机，用于网络并行计算机上的软件工具）管理，逐渐将其转变为最重要的风力发电技术。在风能电力系统储能期间，操作人员可将电磁储能技术应用于该储能过程中，这能够及时掌握风能电力资源的储存状态，有利于持续性控制该类储能信息。具体来看，风能电力系统在运用储能装置时，应重点关注电压的变化范围，适当规范运行的稳定程度，高效控制系统内部功率，加速无用功与有用功的有效融合。在实际运行期间，要合理设计系统调峰电能配置，优化区域电网的整体运行情况，提升当地电网整体使用效果。

4.2光伏电力系统

光伏发电是指通过光伏电池将太阳能转化为电能，再通过并网装置进行传输，从而为用户提供电力。在光伏发电并网过程中，最关键的是要保证直流电和交流电的稳定。在直流电的控制中，主要使用无差拍控制技术、PQ控制技术及SPWM控制技术。在交流电的控制中，主要使用双PWM调制技术，即同时使用恒频控制和高频PWM控制两种方法。在光伏发电并网过程中，需要将交流电转换为直流电，然后再传输到电网。在这个过程中，直流电和交流电存在相互转化的关系。太阳能光伏发电系统由多种结构组成，相互关联性不高，处于独立运行状态。主要由直流监测配电系统和并网逆变器系统等组成，将子系统相互结合到一起，与供电网络相互连接，不仅可实现自身及附近用户用电需求，而且富裕电力可以通过电力系统并网输送，发电用途多样，并能够充分利用

[3]。安装光伏发电系统中的储能装置时，操作人员可适当采用化学储能技术，将铅酸电池或锂电池储能方式应用到该项储能工作中，提升该储能装置运用的规范性。其中，采用铅酸电池储能时，要及时明确该电池的正负极构成，负极为酸性蓄电池，正极为二氧化铅蓄电池，具体放电时的电荷流动状态。操作人员可利用电子流的运行路径，将阴离子与阳离子分别放入负极、正极中，即负极对应阳极、正极对应阴极，阴离子、阳离子经过长时间负载后，精准展现出对应的电荷流动方向，增强铅酸储能方式的放电效果。

4.3机械发电系统

机械发电系统应用需要合理转化机械能与电能，将机械能转化成动能，再由动能转化成电能，在此过程中，要想提高能量循环质量，提升电能转化效率，可在机械发电系统中科学运用物理储能技术中的压缩空气储能方式，该方式能够实现储能的有效转化，提升能量储存的科学性。而要想合理运用压缩空气储能，需要熟练掌握相关设备器械的用途，如电动机、压缩机、涡轮机与发电机等。例如：压缩空气储能技术由导入期向成长期过渡，目前以示范应用为主。从理论上看，压缩空气储能在延长储能时长、降低投资建设成本及运行成本等方面有一定优势，但压缩空气对容器压力承受力、安全性等要求较高。该技术有潜力用于大规模储能电站在储能时段或用电低谷期，系统利用清洁电能带动压缩机，将电能转化为空气压力能；在释能或用电高峰时，通过放出高压空气推动膨胀机，将空气压力能转化为机械能和电能[4]。

结束语

在能源转型背景下，同步发电机被逐渐替代，其无法继续为电网提供惯性，导致电网系统强度低，容易发生波动，抗干扰能力弱，存在全面崩溃及大面积停电的风险。高比例新能源电力系统必须拥有一个能够维持电网稳定的惯性能源，因此需要重视各类储能技术应用。

参考文献

[1]李建林，郭斌琪，牛萌，等.风光储系统储能容量优化配置策略[J].电工技术学报，2018，33(6)：1189⁃1196

[2]孙翠清.储能技术在新能源电力系统的应用研究[J].电子世界，2022（1）：27-28.

[3]王玥娇，张兴友，郭俊山.储能技术在高比例可再生能源电力系统中的应用[J].山东电力技术，2021，48（7）：19-25.

[4]刘进萍，卢世刚.新能源关键技术预见的研究[J].今日科苑，2020（11）：40-49，59.