储能技术在新能源电力系统中的应用初探

黄兴业

摘要：电力储能技术是现代科学技术发展过程中的重要产物，是电力网络系统建设升级过程中的一项关键内容。储能研究及技术应用在能源互联网建设背景下具有重要意义，通过采用科学合理的储能技术，有效解决分布式能源间歇性与波动性问题，全面提升电力网络系统的完善性，对推动我国电力行业发展创新具有重要作用。在能源互联网背景下，我国当前采用的电力储能技术还存在一定问题，技术水平较为落后，尚不能满足实际发展需求，因此必须加强电力储能技术相关研究，使其能够为能源互联网建设目标实现提供助力。

关键词：储能技术;新能源;电力系统;应用

1常见储能方式

电能可以进行诸如动能、势能、热能、磁能以及化学能等多种形式转换，因此储能类型多样，基本可概括为物理储能、电磁储能、化学储能以及相变储能等4种类型。目前，应用于新能源电力系统的主要有蓄水池储能、飞轮储能、压缩空气储能、电池储能、超级电容器储能以及超导储能等6种方式。

在这些储能方式中，蓄水池储能、飞轮储能、压缩空气储能均属于物理储能形式，其中蓄水池储能技术是最成熟的，储能容量可做到几千兆瓦特以上，高坝水电站是常见应用方式，缺点是受地域情况限制大，难以大规模应用;飞轮储能利用高速旋转体储存能量，不受地域限制，几乎不需要维护，缺点是受材料限制大，储能密度低;压缩空气储能是较具潜力的一种储能形式，主要利用压缩空气的膨胀势能做功发电，可大规模开发和应用，缺点是受地质和环境影响大。电池储能属于化学储能形式，因制造和维护成本低廉而在当今社会得到广泛应用，锂电池和铅酸蓄电池是最常见的，可以简单并组实现扩容，缺点是寿命较短，此外，还有钠流电池、液流电池等形式，其中液流电池实现大规模储能潜力较大。超级电容器储能则是介于化学电池和电容器之间的一种新型储能形式，依照电化学双电层理论开发，充放电循环次数长、无需维护，是一种实用、高效、环保的储能装置。超导储能主要是利用超导线圈将电能以电磁能形式储存，因其零电阻特性，能量几乎可以无损耗存储。

2电力储能技术在能源互联网背景下的作用

2.1提高电能质量和输电能力

储能技术的应用可以满足基本需求。利用及时调整的特性，可以在相同容量條件下获得最佳的调整效果。随着飞轮技术的发展，该技术可以在负荷中心采用削峰、削谷，从而降低电网运行成本，更加经济。对于传统电网来说，发电和电网负荷需要处于动态平衡状态，具体来说，即发电即用，整个过程中不存在蓄电问题。然而，随着我国社会经济的快速发展，这种生产电能、保持供用电平衡的供电方式已经不适应新形势的要求。通过储能技术的应用，电能可以从原来的即用变成可以储存的物品。同时，其相变储能装置设计简单，可灵活调整，易于使用和管理，包括电蓄热技术、熔盐蓄热技术和冰蓄热技术。

2.2改善能源贸易自由

在能源互联网的背景下，能源交易模式发生了巨大变化，能源市场化程度不断提高，更多的能源生产者和消费者参与多元化的市场竞争，可以提高我国能源经济效益。然而，目前的能源交易市场仍存在一些局限性，主要集中在能源储存方面。通过加强电能存储技术研究，提升电能存储技术，可以增强电能生产者和消费者在市场中的主导地位，使生产者和消费者在参与电能市场竞争中的角色相互转换，从而优化当前能源交易市场的布局和模式，对提高能源利用率起到关键作用。能源交易和一般商品交易有本质区别。由于能源的特殊性，需要储能技术作为实现商业化的载体。因此，通过电能存储技术，可以显著提高能源交易的自由度。

2.3提高能源交易自由度

对能源互联网来说，传统能源交易方式无法满足工作要求，能源生产者及消费者均是市场竞争的参与者，并且两者是交易的主体，角色可进行互换[8]。能源交易市场不仅需要保证能源在局部区域的合理分配，还需要在广域范围内具有一定的效率，确保电能和其他一系列能源共同构成高效、科学合理的格局。对大型能源供应商来说，通过大规模储能库存的性能，满足市场价格趋势，保证资源的合理分配和规划。并且分布式储能与能源生产的存在使用户和供应商之间传统的供需关系得以改善，保证用户具备自由选择的权利，可以参与到市场中，也可以退出市场。通常情况下，外部能源供给成本越高，用户脱网的情况就越严重，而外部能源供给成本越低，用户并网的趋势越明显。储能也提高了用户参加能源交易的可能性，用户可以结合自身实际要求和生产能力、储能配置，向市场发出制定的需求，以生产者的角色为市场提供能源，基于市场机制，储能的经济性对能源互联网的结构具有重要作用。

3能源互联网背景下电力储能关键技术

3.1超导飞轮储能系统构成

超导飞轮储能系统（HTS-FESS）主要由超导磁悬浮轴承（SMB）、飞轮转子、电动机、功率转换装置以及保护系统等5部分组成。其中SMB是超导飞轮储能系统的核心部件，由高温超导块材作为定子和永磁体作为转子构成，主要利用在液氮低温环境下，超导体的完全抗磁性和磁通钉扎力，使永磁体稳定悬浮，从而实现无阻旋转，低至机械轴承摩擦力的10-4。按超导块材与永磁体的放置状态，可分为轴向型和径向型两种。轴向型SMB永磁体悬浮力方向与转子轴向一致，具有结构简单、易于制作的优点，但承载能力取决于定子截面积;而径向型SMB因磁体悬浮力方向与转子径向一致，具有结构紧凑且仅以通过轴向增加超导块材方式即可提高承载能力的优点，但对超导块材及永磁体性能的均匀性要求较高。

飞轮转子因上万转的高速旋转而承受更大的离心力，因此高强度、低密度材料是理想选择。另外实验也证明了碳素纤维飞轮转子最大可承受超过103m/s的线速度，可见碳素纤维材料性能最佳。电动机是超导飞轮储能系统必不可少的动力部件，起到能量转换的关键作用。储能时，系统为电动运行，飞轮加速;释能时，系统为发电运行，飞轮减速。目前，理想的电机选择为永磁电机，其效率高、转速快，已在超导飞轮储能系统得到广泛应用。功率转换装置主要是为了实现电能稳定的存储和释放，在电网侧装设的电力装置，多采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结合微处理器进行功率调控，快速实现能量的转换。保护装置主要根据监测储能装置常规运行参数如电压、电流、温度以及液体的温度液面等做出的系统电控保护，此外，还会装设高强度透明真空玻璃罩，来观察高离心力快速运转的飞轮转子状态，以防止爆裂等安全问题。

3.2大容量储能和新能源协同技术

在新能源大规模接入电网的背景下，如何高效利用新能源发电是目前需要考虑的主要内容，因此需要采取相应的策略来解决新能源发电的不稳定性问题。新能源在电网中起着关键作用，储能技术是提高新能源发电稳定性、经济性和安全性的重要基础技术。利用电力储能技术可以有效地解决许多问题。通过合理规划大容量储能，选择相应的大容量储能，综合优化储能布局和容量配置，在多个电力资源相互协作的前提下，全面提高可再生能源的利用率。新能源发电协同调度技术需要优化电能存储系统的旋转备用、调峰和调频，以更好地实现控制目标，实现新能源储能技术多功能发展规划。在建设过程中，要引入智能技术，利用信息技术、计算机技术和自动控制技术，将智能技术与新能源储能技术相结合，丰富操作系统的功能。例如，在电网建设中，利用CAD可视化技术取代传统的人工控制模式，全面降低储能技术运行控制工作量，全面提高运行管理效率，提高运行控制精度，确保新能源供电的稳定性和安全性，使儲能技术的控制系统更加智能化信息化是储能技术的主要发展方向。

3.3集成化、模块化设计要点

在现代科学技术不断发展的推动下，电力工程的自动化、智能化水平不断提高，电力储能技术的体系结构逐步向集成化、模块化方向发展。电力储能技术的模块化、集成化发展需要与现代智能技术相结合，形成功能完善的模块，统一多种发电方式，全面提高系统控制效果，提高电力储能技术和电力系统运行的标准化，集成多个模块，实现综合控制的目标，同时，与自动化技术的结合可以提高电力储能的运行管理效率。与传统的管理模式相比，集成化、模块化的管理模式可以促进电力储能技术的创新。

结论

综上所述，笔者全面阐述了能源互联网的基本概念，并论述了电力储能技术对于能源互联网建设发展的意义，同时提出当前电力储能技术的主要发展成果，最后对电力储能技术的未来发展作出展望，希望能够对我国能源战略发展起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高我国能源互联网建设水平。

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