大容量储能技术在电力系统中的应用

大容量储能技术在电力系统中的应用

李涛   李弘韬

中电建电力投资集团有限公司巴基斯坦分公司 

摘 要：随着新能源发电技术的快速发展，风电、光伏发电等波动性电源接入电网的规模不断扩大，电力系统对储能技术的需求也日益迫切。大容量储能技术具有快速调节、调节范围大、精确跟踪、双向调节等特点，能够在电网中起到削峰填谷、系统调峰调频的作用，提高电能质量和电网运行的稳定性。此外，随着电动汽车等新兴产业的兴起，对储能技术的需求也进一步增加，大容量储能技术因此具有广阔的发展前景。本文工作可为未来大容量储能技术在新型电力系统应用的深入研究及工程应用提供借鉴与参考。

关键词：大容量；储能技术；电力系统；应用

1常见的大容量储能技术

1.1 抽水储能

目前，抽水储能是发展迅速并且技术较为成熟的储能方式，但要实现抽水储能，不仅要在上游建设水库，同时要在下游匹配一个水库。在电负荷低时，要通过抽水设备进行抽水，将下游水库中的水抽到上游水库中来实现储能。当电负荷较高时，就需要将相关的设备转换成发电机状态，通过上游水库中储存的大量水来发电。但是这种方式的能量转化率最高只能达到75%，而且地势选址要求严苛、建设周期较长、动态调整难度大等问题突出，难以实现大规模的推广和应用。就目前的抽水储能工程建设情况来看，全球的抽水电站的装机容量能够达到9×107kW，这在全球全部电站装机容量中仅仅占到了3%。同时。由于抽水储能在选址中对环境要求较高，地形环境致使其往往距离用电区域较远，在电能储存及输送过程中还会造成大量的能源损耗。

1.2 压缩空气储能

压缩空气储能方式是目前在发展和应用中前景较好、可以大规模推广和应用的储能方式。压缩空气储能的储能方式，能够有效实现过剩电能的储能。在电网低负荷时，通过压缩空气储能方式对空气进行压缩；在电网负荷较高时，再将储存的压缩空气释放出来，推动汽轮机进行发电，保证电网系统的正常运行。压缩空气储能方式具有响应快、寿命长、效率高等优点，且具有较高的转化效率，平均能够达到70%以上，未来发展前景良好[1]。不过该储能方式主要是在系统备用及电力调峰等方面应用，对地址结构和地形环境也有一定的要求。

1.3 飞轮储能

飞轮储能主要是将旋转体旋转的动能转换成储存的电能，进而实现储能。飞轮储能的过程需要通过电机的驱动，在电机的驱动下使飞轮获得一定的速度后，通过动能转换实现动能向电能转换来获得或者释放电能。飞轮系统运行的环境是真空的，在此环境下能够有效降低风阻，同时有效减少动能产生的损耗，保证转化率和系统运行的寿命。而且，真空环境运行能够减少环境对系统的影响，且基本不需要进行设备以及系统的维护[2]。但是，飞轮储能在使用过程中也存在一定的缺陷。一方面，这种方式储存的能量密度低；另一方面，由于真空环境及蓄电池系统的使用，对于空间的要求更加严格，要保证系统运行的安全性，需要投入大量的资金。

1.4 超级电容器储能

通过广泛运用超级电容储能体系，能详细分析数据及挖掘供配电网络内的负载平衡状况，可节约巨大的物质资源等。但是，超级电容储能体系投入成本大，较为适用于供配电网运行风险系数大的区域，若是有需要，则需随时分析及检察供配电网内用户的连接状况。所以，创新及研发超级电容器储能系统期间，各大部门及工作人员需实时分析、整理总结电化学双层离子在电容器内的布局情况，且把基础数据信息传送至电源管理平台。在某些供配电网络中应用超级电容储能系统设备的过程中，工作人员需严格把控外界环境的改变情况，且全面保护好有可能产生外泄的部位。先进的超级电容储能装置较为适用于弱电极及惰性材料研究，能大幅度减少储能装置的投入。

2大容量储能技术在电力系统中的应用

2.1 优化用户电能应用效能

应用储能技术能有效提高用户电能的应用质量。储能技术可和变频技术、网络技术等有机结合，随时分析及预判用户在供配电网络内的运转情况。部分电力用户有一些能耗大的商品，直接并严重威胁着该区域供配电电压力的节能水平。所以，储能技术与设施可为电力用户迅速察觉家中是否有不正常的设备。在非高峰用电过程中，一些电力用户会发生一些意外事故和电网崩溃。此时，急需使用备用电源[3]。各种储能电池具备自身的容量，直接约束着关键负载区的供电情况。尤其是针对医院、银行、通信等重要电力负荷区，作业人员需分配最佳的储能技术，以调整应急电源和备用电源的备用状态，使其在使用储能电池时处于启用状态。作业人员设置有功功率调节及无功功率把控等功能期间，电力用户需按照自身具体要求科学配置储能电池资源。

2.2 保障电网的稳定性及安全性

中国电力系统的分布相对复杂。集中供电距离电力负荷中心较远，输配电跨距比较小，对电力系统的安全稳定干扰因素较多。通过广泛运用储能技术，可更深入确保我国电网的稳定运转。在各大城市中，供配电负荷作业人员需时时关注储能技术与相应设备的相关运行率。各种储能技术与发电设备需精准纳入我国电网体系，对各区域电力体系的功能及性能评估指标带来长久影响。若是电力体系的失稳情况过长，则会直接威胁储能技术的运用，还会造成地区震荡等一系列问题。所以，运用储能技术及产品装置期间，作业人员需选择最佳的硬件设施及软件信息，从而有效地保障电力体系运行的安全性及可靠性[4]。

2.3 处理输变电和跨区域供需矛盾

随着储能技术的飞速发展，有助于处理输变电及跨地区供需矛盾的问题。其可全方位分析当下时代经济发展及能源运用间的依赖联系。跨区域输电站功能需借助完善的储能技术，从而有效加大发电容量等。中西部地区及东部地区和电力体系相应的硬件设备配置上存在明显的差距，直接影响电力用户的用电体验感。在处理输变电和跨区域供需矛盾期间，需不断革新各种类型的储能技术及手法，从而有效保障各区域的供配电要求。尤其是电力负荷较为集中的地区，通过采取对策来定期关闭电源来制约电力供应，还需充分满足电力用户的日常要求。在处理输变电和跨区域供需矛盾时，有关部门及公司需制定最佳的储能技术处理方案及硬件设备等相应资源。

2.4 强化区域电网峰谷负荷自身调节性能

在运用及大力发展储能技术过程中，需更深入强化各区域电网峰谷负荷的自身协调。大部分城市及区域的锋谷负荷情况严峻关系着该地域发电容量的稳固性，也关系着锋谷负荷调节的质量。所以，把储能技术运用于各大行业时，作业人员需对调峰等相应功能的实际调度过程实行全面评估及分析，从而有效保障储能电站可以在负荷调节功能层面展示出多项价值。对于供配电网络汇总，发电及耗电功能间的解耦效应极为显著，这是储能技术及装置运用的关键因素。大部分储能电站的广泛运用能在强化各地区电网峰谷负荷自我调节水平的环境下，把用电量及发电过程间的动态化差异调整及虚拟资源调度功能精准地关联在一起，从而有效确保该区域供配电网络的安全性及稳定性。

结束语

综上所述，在电力系统规模不断扩大背景下，储能技术的发展前景非常广阔，对提升能源利用率、推动电力结构转型、保障电力系统运行安全有着重要意义。随着储能技术不断发展和完善，其在电力系统中所发挥的作用会愈加明显，对建立低碳、安全、高效的电力能源体系有着巨大助益。

参考文献

[1]孙冬阳.面向新型电力系统发展需要的储能配置优化研究[D].华北电力大学(北京)，2023.

[2]房珂.面向高比例新能源的长期储能规划与效益分析研究[D].华北电力大学(北京)，2023.

[3]周承文.风光大规模并网条件下储能容量优化配置及辅助电网调峰调度研究[D].西安理工大学，2022.

[4]常丽敏.平抑风电出力波动的混合储能系统研究[D].大连交通大学，2022.