储能技术在新能源电力系统中的应用_张墨晗.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气219储能技术在新能源电力系统中的应用张墨晗，邱玉涛，王 钦国网天津市电力公司东丽供电分公司，天津 300300摘要：在可持续发展理念不断深化的背景下，新能源的开发利用受到了社会的广泛关注。在电力行业中，使用新能源发电来替代传统火电，一方面可以满足社会发展对电力的需求，另一方面也能够实现对能源的高效利用，减少电力行业发展带来的能源紧缺和环境污染问题。文章从储能技术对新能源电力系统的意义出发，分析了常见的储能技术，并对其在新能源电力系统中的具体应用进行了探究。关键词：储能技术；新能源；电力系统分类号：TM73；TK020引言在能源紧缺和环境污染问题越发严峻的情况下，电力行业在发展中需要加强对新能源电力系统的开发和利用，配合科学的储能技术来满足社会发展对能源的现实需求，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。应用储能技术，可以实现对新能源的合理调节，实现能源的最大化利用，从而创造出更大的经济效益和社会效益。1储能技术在新能源电力系统中的应用意义储能技术主要指电能储存技术，储存的电能能够作为应急能源使用，也可以被用于削峰填谷，保障电网运行的稳定性。储能技术大致可以分为四种类型，具体如表 1 所示。在新能源电力系统中，对于新能源的开发利用主要集中在风能发电和太阳能光伏发电等方面，对比传统化石能源，新能源的应用能够带动储能技术的革新1，凭借自身清洁可再生的优势，新能源能够迎合可持续发展理念的要求。储能技术在新能源电力系统中的应用意义体现在以下几个方面。（1）可以提高新能源电力系统运行的稳定性和可靠性。如果因为特殊原因，用户对电力系统提出了突发性的高需求，可能导致电力系统失稳的情况。应用储能技术可以为电力系统提供电能补充，保障系统的可靠运行。（2）能够提高系统运行的灵活性。储能技术的合理应用可以帮助电力工作人员更好地控制系统运行情况，如可以通过储能设备的调整提高电能用量或者电能的储备量，利用好储能技术的动态可控性，可以确保新能源电力系统在人工可调控的状态下运行。（3）能够为新能源电力系统的普及提供良好支撑。储能技术的应用有助于提高电力企业的经济效益2。2新能源电力系统中常见的储能技术新能源的开发利用过程，受自然环境、技术条件等因素的影响，存在一定的不稳定性，可能会影响电力系统的正常运行。例如，如果没有严格依照相关标准建设和维护电网设施，在新能源并网环节可能会引发电力系统的波动，若没有及时采取有效应对措施，电力系统运行的可靠性会受到一定影响，影响供电效果。要杜绝这样的问题，就需要发挥储能技术的作用。新能源电力系统中常见的储能技术如下。作者简介：张墨晗，男，本科，助理工程师，研究方向为电力系统。文章编号：2096-9317（2023）01-0219-03表 1储能技术的类型技术类型技术原理典型技术热储能技术通过热能的形式储存能量，如通过液体或者固体来储存过剩电能及热能，然后将其用于发电机发电潜热储能、显热储能、热化学储能等机械储能技术通过动能或者势能的形式储存能量，如利用过剩电能将重物提升到高处，需要用电时将其落下，释放势能重力储能、新型抽水储能、压缩空气储能、液化空气储能等电储能技术借助各种化学性质的电池存储电能，如金属空气电池、液流电池等水系液流电池、金属阳极电池、混合液流电池等化学储能技术将能量转化为化学键的键能进行存储，如利用电能来制备相应的气体燃料，需要时再利用燃料燃烧发电氢储能 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明2202.1 飞轮储能技术飞轮储能技术利用旋转的风轮产生动能，借助动能转化的方式实现电能存储3，如图 1 所示。在实际应用中，通常借助电机驱动飞轮达到预定速度，将电能转化为飞轮动能，如果用电量增大，则利用飞轮的动能带动发电机发电。飞轮系统需要在接近真空的环境中运行，以减轻摩擦和风阻造成的动能损失，其本身有着良好的稳定性，几乎不需要维护，而且使用寿命较长。不过，飞轮系统能够储存的能量密度很低，需要花费较大的成本用于系统安全工作，还需要考虑场地条件的限制，因此通常被用于蓄电池系统的补充。轴承真空容器电机飞轮轴承（a）飞轮储能装置结构电力电子输入设备电动机飞轮发电机电力电子输出设备能量输入电能机械能电能能量输出（b）飞轮储能装置运行流程图 1飞轮储能装置结构及运行流程示意图2.2 相变储能技术相变储能技术是利用相变材料的吸热和发热来实现对能量的储存和释放，释放出的能量有着极高的密度。在新能源电力系统中，比较常用的相变储能技术有以下几种。（1）熔融盐储热储能技术。其原理是加热无机盐，使其转化为熔融状态，然后配合热循环法实现热量的传输和储存4，有着理想的传热效果。（2）冰储冷储能技术。主要利用储冷介质来实现能量的调节，可以降低供电高峰时段的运行压力。（3）电储热储能技术。其基本原理是利用金属或者水作为介质实现对热能的储存和释放，可以极大地提高能源传输的效率，而且操作相对简单。2.3 抽水储能技术抽水储能技术是大规模储能技术中最成熟的一种，应用时需要选择一个河段，在上下游建设水库，遇到负荷低谷时，借助抽水设备，将下游水库中的水输送到上游水库中，在负荷高峰时，利用上游水库中的水发电，其能量转换效率为 70%75%。抽水储能技术的实际应用会受到水库建设周期、水库选址等条件的影响，因此很难推广。相关统计数据显示，如今，全球范围内抽水储能电能的总装机容量约为 90 000 000 kW，约占全球总装机容量的 3%5。2.4 压缩空气储能技术压缩空气储能技术可以大规模推广应用，当电网处于负荷低谷时，可以借助空气压缩机储存过剩电能，然后在电网高峰期释放储存的电能，满足用户的用电需求。压缩空气储能技术在实际应用中有着良好的响应速度，能量释放频率高，使用寿命长，可以实现对能源的高效转化，转化效率能够达到 75%以上。压缩空气储能技术在很多时候都被用于备用电源或者电力系统调峰，需要注意的是，该技术在应用中会受到地形环境和地质结构的影响。2.5 其他储能技术（1）蓄电池储能技术。蓄电池包括铅酸电池、液流电池、离子电池等，在实际应用中，蓄电池通常以电池组的形式出现，可以提高蓄电池的容量，降低应用成本。新能源电力系统的发电效果会受到气候和环境因素的影响，发电功率存在一定的随机性，需要借助蓄电池储能技术储存电能，保障系统电能供应稳定6。（2）超级电容储能技术。超级电容储能技术能够提供极强的脉冲功率，在充电环节电机表面会呈现理想化的状态，电荷吸引电解质溶液中的异性离子，使其吸附在电极表层，形成双电层电容。在新能源电力系统中，超级电容储能技术一般被应用在大功率负载的稳定方面，确保在瞬态干扰的情况下，电力系统能够具备良好的供电能力。（3）超导储能技术。超导储能技术的基本原理是光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气221利用超导体构筑线圈来储存磁场能量，功率输送过程中不需要转换能源形式，电容量巨大、响应速度快、转换效率较高，可以满足功率补偿及频率调节等方面的现实需求。3新能源电力系统中储能技术的具体应用3.1 在风力发电系统中的应用风力发电系统是新能源电力系统最有代表性的形式，其原理简单、发展时间长、技术成熟、应用广泛，配合科学储能技术，能够切实提高能源利用的效果，保障电力系统整体的稳定可靠运行，同时也可以优化系统的无功功率。如今，飞轮储能技术已经被应用到了风力发电系统，即风力发电机组+飞轮储能，如图 2 所示。通过合理应用飞轮储能技术，解决了风力发电风速不稳定的问题，可以保证风力发电系统电压的稳定性，改善风速扰动对系统运行的负面影响。相关仿真结果显示，飞轮储能技术可以在风力发电系统出现故障的情况下保持系统稳定，在面对风速扰动时维持稳定的风场输出，继而改善风力发电系统输出状态，保证电力灵活输出。在风力发电系统运行中需要解决的一个关键问题是电能频率的稳定性问题，其同样可以通过应用储能技术解决，依照系统负荷的动态变化情况，通过储能设施充放电的方式调节系统负荷，可以保持系统频率的整体稳定7。电网风电+光伏网络发电厂DC-AC 逆变器AC 到系统连接点集中直流电控制与数据移动存储飞轮管理系统（FMS）图 2飞轮储能在风力发电系统中的应用流程图3.2 在光伏发电系统中的应用在新能源电力系统中，光伏发电系统是一种较为新颖的模式，可以作为主电网的补充，不过在实践中，光伏发电系统存在着瞬时功率稳定性差的问题，导致其实际应用效果并不理想。对此，可以科学应用储能技术，保障光伏并网系统功率的稳定性，提升并网效果。可以利用无源并联储能的方式，发挥出储能技术在稳定负载功率方面的作用，对系统脉冲进行控制，确保电池能够实现正常的充电和放电，保持电流的稳定性和平滑性。在实践应用环节，储能技术通常被应用在独立的光伏并网系统中，或者借助不同储能技术的联合使用，发挥各技术的优势，保持系统瞬时功率的均衡和稳定8。4结束语总之，在新能源电力系统发展中，储能技术的应用是确保电力系统稳定可靠运行的关键。技术人员应该加强对储能技术的研究，利用先进的技术、设备和材料，实现对电力系统中过剩电能的高效储存，为调峰、故障应对等提供良好支撑。合理应用储能技术，可以保障新能源电力系统的运行效果，可以在满足社会用电需求的同时，迎合可持续发展理念的要求，实现资源、经济和社会的相互协调。参考文献1 李彦荣,王康民.新能源电力系统中的储能技术探究J.应用能源技术,2022(5):54-56.2 陈欣,张姗姗,方小枝.新能源电力系统中新型储能高质量规模化配置:以安徽新型电力系统为例J.攀枝花学院学报,2022,39(5):64-72.3 刘沅昆,张维静,张艳,等.面向新型电力系统的新能源与储能联合规划方法J.智慧电力,2022,50(10):1-8.4 耿华,何长军,刘浴霜,等.新能源电力系统的暂态同步稳定研究综述J.高电压技术,2022,48(9):3367-3383.5 翁智敏,朱振山,温步瀛,等.高比例新能源电力系统研究综述J.电器与能效管理技术,2021(11):1-7.6 张柏林,雷绅,吴锋,等.面向新能源电力系统的容量市场出清模型J.电工电能新技术,2022,41(12):1-8.7 吴可汗,唐毅,李才芳,等.考虑需求响应的新能源电力系统频率调节方法研究J.安徽电气工程职业技术学院学报,2022,27(4):67-74.8 上官霞.新能源生态环境下电力业务主题预测和实践探索J.有色金属工程,2022,12(11):163.