新能源电力系统中的储能技术分析与研究

来源:用户上传      作者:

　　【摘  要】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。
　　【关键词】新能源;电力系统;储能技术;分析与研究
　　1导言
　　当前的新能源电力系统的储能技术包括物理储能技术、化学储能技术、电磁储能技术与相变储能技术四大类型，每一种类型又分成多种具体的技术应用方法。新能源电力系统对于储能技术的应用，不仅需要其具有较高的能源转化效率与较大的储能容量，还需要由较快的响应效果。结合上述对各种储能技术性能的探讨，可以将多种储能技术相互配置，通过彼此协调来发挥更大的储能效果。
　　2储能技术的分类概述
　　电能可转化为化学能、机械能、电池能等形式达到储存的目的。按不同的转化方式进行分类，可分为电化学储能、机械储能、相变储能以及电池储能。而机械储能主要包括了压缩空气储能、抽水储能以及飞轮储能等;电化学储能主要包括了锂离子储能、铅酸储能、钠硫储能、镍镉储能以及液流储能等;相变储能主要是指储热的物质发生了相变进而放出或吸收天热能量，在夏季可以蓄热，冬季可以蓄冷，主要应用于冷空调系统、建筑节能以及热电相变蓄热装置等;电池储能主要包括了超级电容储能、超导储能以及高能密度电容储能等储能形式。
　　3新能源电力系统中储能技术具有的作用
　　（1）新能源电力系统的运行稳定性可通过采用具有动态调节能力和快速响应的储能技术来进行提高。对于电力系统的无功和有功功率的需求，储能技术能有效地进行满足，从而对电力系统的瞬时功率进行改善，提高瞬时功率的平衡水平，进而使得电力系统的运行稳定性得以增强。（2）在新能源电力系统中应用具有快速响应能力的储能技术，再进行科学合理的配置，将多余的能量吸收，能有效的对风电机组进行保护，是风电机组的低电压整体穿越能力得以增强。（3）新能源电力系统中应用储能技术可以很大程度的提高新能源电力系统的经济性。在新能源电力系统中采用大容量的压缩空气以及抽水储能等储能技术，在时间轴上将风电平移，对电力系统进行优化，提高电力系统的经济性，扩大电力企业的经济效益。
　　4储能技术在新能源电力系统中应用面临的问题
　　由于新能源具有随机性和波动性的特点，在电力系统中应用时，容易对电力系统运行的稳定性造成影响。比如一些薄弱电网的地区，新能源具有的这些特点将会对电力系统的频率和电压稳定性产生极大的影响。另外，新能源电力系统中的某些电子器件会出现谐波等问题，使得系统的电能质量被降低。由此可知，新能源中的太阳能和风能在电力系统领域的应用中，新能源具有的不确定性是未来需要克服的难题。因此，相关工作人员和研究机构必须加强储能技术开发利用的力度，优化储能的转换功能，对电源的出力特征进行改善，从而提高电能质量，达到有效的运用新能源的目的。
　　5新能源电力系统中的储能技术
　　5.1物理储能技术
　　物理储能是常见的新能源电力储能的方式之一，具体包括三种技术：抽水储能技术、压缩空气储能技术与飞轮储能技术。其中，抽水储能技术是利用低谷电价来实现电力能源的存储，是当前技术应用最为成熟的大规模储能方法，具有运行成本低、水资源消耗大、储能消耗功率高等特点。这种技术的应用需要在河流的上下游各配建一个水库，波谷负荷时的蓄能技术，会使电动机处于工作状态，将下游水库中的水泵出，到上游水库中进行保存;在波峰负荷时的储能技术，会使发电机处于工作状态，利用上游水库中的水力进行发电。这种储能技术的应用，能够实现 70% 左右的能量转换。而压缩空气储能技术，也能够实现大规模工业用电的能量储存，在电力网络负荷波谷时，用电力能源来压缩空气，并将空气通过高压密封的方式，储存在废旧矿洞、储气罐、废弃油井或储气井当中，在电力网络负荷的高峰时期，释放经过高压压缩的空气，来转动汽轮机进行发电，具有相应速度快、使用效率高等特点，能够实现 75% 左右的能量转换，是一种发展空间较大的储能技术。
　　5.2化学储能技术
　　化学储能通常是利用电池来储存能源，是以电池正极与负极之间的氧化还原反应实现充电与放电，利用电力能与化学能之间的相互转换进行储能，是应用最为广泛、发展最为成熟的新能源电力储能技术。由于电池储能技术的发展较为成熟，因而电池的种类也十分繁多，包括锂电池、铅酸电池、金属空气电池等。化学储能技术相较于其他形式的储能技术，在能源转化、电能容量、技术应用成本等多方面，都具有较大的优势。其中，锂电池是当前应用性能较佳的电池，能量转换效率较高，约达 85%，能量密度也比较大。另外，金属空气电池是一种绿色电能储能技术，是将氧气作为正极，将活泼金属如铝等，作为负极，氢氧化钾、氢氧化钠或氯化钠等作为电解液，使氧气向化学反应界面进行扩散，与活泼金属发生反应而产生电力能源，具有成本低、低碳环保、可回收等优势，同时可以快速完成充电过程，但还没有实现产业化与规模化发展。
　　5.3电磁储能技术
　　电磁储能是一种实现电磁能与电能相互转化的储能技术，包括超导磁储能与超级电容器储能两种技术应用方式。其中，超导磁储能技术是将超导材料制成线圈，由电力网络经过变流器进行供电并提供工作磁场，能量转换效率较高，约达 90% 左右。超导储能技术具有高转换效率、快速响应及环保等特点，在超导状态小，线圈的电阻可以忽略不计，对于能量的损耗极小，可以进行长期供能。但提供时，超导体线圈，需要在超低温液体中保存，就需要投入大量的成本，且技术应用较为复杂。超导储能技术的应用，可以通过新能源电力系统合理控制电压与频率等，确保电力供应的稳定性。另外，这种技术的应用可以实时交换大容量电力能源，并且补偿其功率，在瞬态的情况下提高电能质量，在暂态的情况下提高电能稳定性。
　　5.4相变储能技术
　　相变储能技术是通过相变材料进行吸热与放热实现能量存放的技术，具有较高的能量密度，同时其相变储能的装置设计简单，能够进行灵活调整，便于使用与管理，包括电储热技术、熔融盐储热技术与冰蓄冷技术三种。其中，电储热技术是利用水与金属的储热性能实现技术应用的，水的热能存储技术，是将水作為介质存储热能，便于运维管理，成本投入较少;金属的热能存储技术，是将金属作为介质存储热能，利用金属的固体与液体之间的物态变化来进行热能的存放，具有高温度、高导热性等优势。
　　6结语
　　新能源电力系统的发展，是人类不断探索新能源与可再生能源应用的产物，也必将在电力供应系统中占据越来越重要的地位，但现阶段，新能源电力系统的发展与应用还不够成熟，还存在电力供应不稳定、不连续等问题，限制了新能源电力系统的进一步应用，因而需要电力储能技术，减少新能源电力系统不稳定、不连续所带来的弊端，提高新能源电力的应用范围与应用效果。
　　参考文献：
　　[1]马建新.新能源电力系统中的储能技术探讨[J].电子技术与软件工程，2016（11）：244.
　　[2]艾欣，董春发.储能技术在新能源电力系统中的研究综述[J].现代电力，2015，32（05）：1-9.
　　[3]丛晶，宋坤，鲁海威，高晓峰，肖白.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，2014，33（03）：53-59.
　　（作者单位：国电电力内蒙古新能源开发有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14925524.htm