电力储能技术与系统优化

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新能源电力系统中的储能技术研究

作者：赵越 蓝尧

来源：《科学与信息化》2019年第31期

摘 要 近年来，新能源的发展速度不断加快，国家也对新能源的开发和利用提供政策上的支持，越来越多的风力发电系统和光伏发电系统并入电网。由于新能源发电具随机性和不可控性，并入电网后必然会对电网整体调度和控制产生影响。而储能技术能够解决这一问题。因此，将储能技术应用在新能源发电中具有一定的实用意义。

关键词 新能源 ;储能技术;光伏发电

1 新能源储能技术发展现状分析

所谓的储能，简单来说，就是应用某种物质，借助化学或者是物理的方式，将能量进行有效的存储，之后，在人们需要能量时，将其以某种特定的形式释放出来，如此反复存储、释放，这一整个过程称之为储能。随着科学技术的不断进步发展，全球范围下储能技术形式不断增多，最常见的储能技术如压缩空气储能、抽水储能、锂离子电池、液流电池、超级电容储能等，具有新时代标志的储能技术，一定程度上为我国经济等方面的稳定发展增加了新鲜的血液[1]。在新能源产业的出现当中，新能源储能技术随之而来。所谓的新能源，就是太阳能、风能以及地热能等。随着时代的进步，相关学者加强了对新能源技术的研究力度，某一时期内新能源储能技术有了极速的发展。但是相比较来说，还缺少创新发展意识。从实际情况来看，当下我国储能行业缺少完善的政策支持，同时也没有严格的行业标准，这些因素的存在，都或多或少阻碍了我国新能源技术创新能力的提高，与此同时，也极大地阻碍了我国储能技术的全面推广以及应用。为了促使我国储能技术迈向稳定可持续的发展方向，新能源行业就必须努力创新储能技术，促使新能源储能技术更具综合性以及实用性。

2 储能技术在新能源发电中的应用

（1）提高系统运行稳定性。由于负荷曲线受昼夜，季节性的影响变化较大以及负荷的不可控性，这就增加了制定相应发电计划和调度计划的难度。而用过储能技术可以优化系统调度和增强发电站应对负荷突变的能力，保证电力系统工作的稳定性。利用储能装置在用电低谷时，储存发电厂多余电量，而在用电高峰时期，储能装置向电网输送电能来应对负荷的需求，达到对负荷削峰填谷的目的。在系统因事故而导致大规模停电时，储能装置可以作为不间断电源为负荷提供电能或作为黑启动计划中的电源为发电厂提供厂用电。因此储能技术对于维持电力系统安全、可靠及稳定运行具有重要的作用。

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1 储能技术及其在现代电力系统中的应用

内容摘要

从电力系统安全高效运行的角度论述了电能存储技术的重要性，介绍了目前常用的几种储能技术的发展现状，指出了该领域当前的热点研究问题。

现代电力系统中的新问题

安全、优质、经济是对电力系统的基本要求。近年来，随着全球经济发展对电力需求的增长和电力企业市场化改革的推行，电力系统的运行和需求正在发生巨大的变化，一些新的矛盾日显突出，主要的问题有：①系统装机容量难以满足峰值负荷的需求。②现有电网在输电能力方面落后于用户的需求。③复杂大电网受到扰动后的安全稳定性问题日益突出。④用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。⑤电力企业市场化促使用户则需要能量管理技术的支持。⑥必须考虑环境保护和政府政策因素对电力系统发展的影响。

2000年到2001年初，美国加州供电系统由于用电需求的增长超过电网的供电能力，出现了电力价格大范围波动以及多次停电事故；我国自2002年以来，已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况；在世界上的其他国家和地区，也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。系统供电能力，尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长，估计这种状况还会在一段时间内长期存在，对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。

加强电网建设（新建输电线路和常规发电厂），努力提高电网输送功率的能力，可以保证在满足系统安全稳定运行的前提下向用户可靠地输送电能。但是，由于经济、环境、技术以及政策等方面因素的制约，电网发展难以快速跟上用户负荷需求增长的步伐，同时电网在其规模化发展过程中不可避免地会在一段时间甚至长期存在结构上的不合理问题；另一方面，随着电力企业的重组，为了获取最大利益，企业通常首先选择的是尽可能提高设备利用率，而不是投资建设新的输电线路和发电厂。因此，单靠上述常规手段难以在短时间内有效地扭转电力供需不平衡的状况。

储能技术在电力系统中的应用

摘要：储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。本文介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、锂离子电池储能、液流电池储能、超导磁储能、超级电容器储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态,并比较了各种储能技术的优缺点。

关键词： 电能存储；机械储能；电化学储能；电磁场储能

1．引言

近年来,随着环境问题的日益突出和能源供应的日趋紧张,可再生能源越来越被人们所重视。以传统化石能源为基础的火电等常规能源通常按照用电需求进行发电、输电、配电、用电的调度；而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。储能技术的应用可在很大程度上解决新能源发电的随机性和波动性问题，使间歇性的、低密度的可再生清洁能源得以广泛、有效地利用，并且逐步成为经济上有竞争力的能源。

2．问题的提出

现代电力系统的发展方向是智能电网，电力系统的基本要求是安全、优质和经济。随着电力需求的增长和智能电网的发展，一些新的矛盾日益突出，主要问题有: ①系统装机容量难以达到峰值负荷需求。②电网的输电能力难以满足用户需求。③电网受到扰动后的安全稳定问题。④伴随智能电网发展的新能源和可再生能源大规模并网、输送、配送以及运行、消纳的问题。⑤管理电网高峰需求的高额成本以及用于电网基础设施建设以提高电网可靠性和智能化水平的大型投资费用。为了解决上述一系列问题，提高现代电力系统的运行能力和供电质量，保证基于分布式发电的智能电网的进一步发展，开发使发电与用电相对独立的储能技术极为重要。

3．解决问题的方法

3.1 储能技术的分类

电力系统储能技术发展及应用现状

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第一节储能技术分类及特性

目前，电力系统储能技术主要分为以下四类：①机械储能②化学储能③电磁储能④相变储能

另外，电动汽车也是电力系统储能的一种形式。

一、机械储能

机械储能是电能与机械能之间的相互转换。机械储能在能量转化过程中，会产生机械损耗；机械储能寿命一般较长，容量一般较大。目前机械储能技术主要包括：抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能等。不同机械储能有着较明显的技术特性上的差别。

（一）抽水蓄能

抽水蓄能电站包括上、下水库及地下电站、相应的输配电系统和其他附属设置等。负荷低谷时段机电设备工作在电动机状态，将下水库的水抽到上水库，负荷高峰时段机电设备工作在发电机状态，利用储存在上水库中的水发电。因此，抽水蓄能可将电网负荷低谷时段的多余电能，转变为电网高峰时段的稀缺电能。抽水蓄能电站可以按照一定容量建造，装机容量可以从几十兆瓦到几千兆瓦，电能释放时间可以从几小时到几天，综合效率在70%~85%。

1. 技术特点

（1）储能容量大。抽水储能电站特别适合大容量开发，装机规模可以达到1000MW以上，目前世界最大的抽水蓄能电站为我国的丰宁蓄能电站，完全建成后总装机容量将达到3600MW。抽水储能的抽水或者放水发电的时间可以从几小时到几天不等，储能总规模远大于其他所有储能设备，是目前世界上规模最大的电力系统储能技术，主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。

（2）技术成熟、可靠。抽水蓄能电站发展历史悠久，在世界各国得到广泛的发展应用，技术成熟、可靠。我国抽水蓄能电站虽起步晚，但由于常规水电开发技术基础雄厚，起点较高，蓄能电站发展较迅速，同时规划建设有序，建设水平目前已居世界先进水平。

（3）循环次数多，使用寿命长。抽水储能电站一般使用年限在50年及以上，其蓄水坝体使用年限可达100年。抽水蓄能在抽水或者放水过程中，只受到相关设备机械性能的限制，因此其充放电循环次数可以达到无限次。