几种相变储能技术在电力调峰中的应用

刘磊

（北京联动天翼科技股份有限公司，北京 100095）

0.引言

由于储能技术具有强大的作用，能够解决能量在供求之间不匹配、不相匹配的问题，因此可以利用储能技术来提高能源的利用率，同时储能。下面储能，再利用材料进行大量潜热。保持温度的过程之中，其特点是恒定的，这是因为它比固体和热水的显热储能密度要大很多，所以其广泛运用在电力、调峰、宇航以及相关的工业程序之中，还有相关的工业程序核心领域、新能源领域之中。

1.储能技术简介

就现在的理论研究而言，储能技术通过2种方式进行，第一种方式是指将能量从一种形式转换为另一种形式后进行的能量存储，比如在电能中进行氢气的制取过程，将电能转化为氢能，然后以达到储备能量的目的。它具体表现在有需要时，可以将氢能再转化为其他的能量进行使用。另一种储能式机械储能主要是利用抽水和压缩的方式进行能量储备。在抽水储能的过程中，它会将过剩的电能带动相应的能量程序，将水压从低到高处运行，在电力不足的情况时，开启水闸能够通过水的正能势力将一种能量转化为另一种能量的形式。而压缩空气，储能也是将一种能量形式转化为另一种机械，能对整个气体进行改变。改变整个气体进行压缩发电机也是这样的原理，在电能储备供应不足的情况下，通过释放一定的气体来带动发电机进行气动气发电。而电子储能则是指在储能电子设备进行相关电能的储存过程中，主要包括了电池储能技术和电容技术两种。电容充电的本质与电池储能技术最大的不同是在于电池储能技术主要是利用铅酸电池以及其他电子元器件将电能转化为化学能，使电池在此过程中达到充电的目的；在电能储备力量不足的情况下，利用电池对相关设备进行供电，满足用电的需要。而电容充电的本质是与电池充电的形式类似，是一种将电能转化为化学能的一种外在表现形式[1]。随着社会技术的不断发展，储能技术也获得了进步，从而为电力系统的整体平稳运行提供了有效的支撑。

2.电力系统调峰的重要性分析

相对于电力系统的相对平衡而提出的电力系统调峰的相关概念。电力系统主要是包含两个方面：发电端和用户端。从理论上来说，用电模式的发电端所产生的电量和用户端所消耗的电量达到平衡是最理想的一种用电模式，但是在实际运用当中很难达到这种平衡，因此提出了电力系统调峰的相关概念。

2.1 相关概念介绍

目前主要还是以火力发电为主，是因为在现有的电力系统发电过程中，火力发电所选用的机器是其功率比较高，从经济和效益的角度来看，该系统从运行到停止这个过程之中都会产生高额的费用，因此其启动时间也会较长，所以我们会采用更为有效节约的方式来进行发电，选取特定的策略，保证发电端所发的电量处于一种平稳运行的状态，这是电力系统调峰的一个基本念。基于此，我们在电力系统调峰运用的实际过程之中，发电机一旦启动，如果中途没有出现意外或是其他故障保养之类的因素，是不允许进行停机的。但由于全国居民而言，白天的耗电量会远高于夜晚的耗电量。根据具体的用电情况，白天用电会产生较高的、较高较大的峰值波动。而夜晚的电量则不同，它基本上保持不变，会产生一定的估值，所以面对不同的用户用电需求，就必须采用相应的策略进行电能调节，以应对不同程度和不同阶段的需求。经调查发现，我国电力负荷谷峰的比值是0.4～0.6，这也说明了整个发电系统的效率是较为低下的。如果我们运用相变储能，可以通过需求侧促进谷峰时期电力消费，同时对电力系统进行调节，实行谷峰电价的。这样的方法是可行的，也是对股份电价进行保证的一种方法。我们都可以采用电力储能的方式来进行电能的补充，同时蓄能和供热都是可行的方法。在发达国家，相变储能技术已经得到了充分的应用，尤其是英国，从20世纪80年代开始就利用该技术进行电热储能锅炉用在供暖和热水供应之中，许多国家都将电力技术发展，作为一个重要的内容。经过不断地发展，我国在该领域也做出了一些研究，同时，在理论和应用上也取得了很大的成果。与此同时，也研究出来了各种相关的材料，以及较为成熟的储能系列产品来将其应用在电力调峰系统之中。

2.2 电力系统调峰的重要意义

一般而言，在电能不足的情况下，会很大程度上影响用户的电能，最终造成巨大的经济损失和声誉，影响电力系统调峰。因此，电力系统调峰对于电网的平稳运行具有非常重要的意义。过剩的电能会很大程度上增加电网的运行负荷，从而对整个电网的电设备造成巨大冲击。随着国家对风能和光电发能等新型能源电能的装置进行大力生产，许多地区都开展了大规模的风力发电项目，这些新型电能的运用并入电网之后，如果用户端无法及时进行消耗，会增加整个电网的负荷，对电网系统造成巨大的影响。比如，在夏季高温天气中，很多地区会使用空调等大功率的电器，造成地域性的电能供应紧张；如果从第三方引入电能，则能够很大程度上缓解居民的用电需求，保证城市正常电力供应。电力调峰的整体就在于对整个电网的平稳运行提供一个可靠的支撑，在电力供应不足或过剩的情况下，利用海绵吸收多余的电能。也可以利用这种海绵式的支撑，将储存的电能挤压出来，对电能系统进行及时的供应。

3.相变储能技术在电力调峰中的工程应用

如图1所示，随着社会的不断进步，人们的生活质量得到提高，我国的工业和民间用电大幅度上升。在发电、供电、电力、用户系统过程中，燃料的储存、蒸汽、储能以及电、机械、水利和气力储能都可以帮助居民进行电能储能。而针对发电端来说，就是要设置建立大型的抽水储能电站进行调节，这些操作都需要巨额的投资。对于用户端来说，由于民间和整个工业的用电质量都得到了提高，因此在热水、采暖、空调和电热水器的产品的开发和利用之中，将谷期的电力存储以供居民有急切需要时使用，这样具有很大的灵活性和应用性，可起到不用工程投资的储能电站的作用，产生这些缺点的主要原因是因为该设备的体积较小，仅可放置于室内，基本适用于高寒的地区。具体可采用以下几种方法进行。

图1 从发电－供电－电力用户系统的储能环节

3.1 100kWh以上的电热相变蓄能装置（锅炉）及采暖和热水供应系统

要对100kWh以上的电热相变蓄能装置进行研究，可参考广东工业大学能源材料与技术应用研究所所研发的相关设备，该设备是无毒无刺激的，该设备供暖装置储能密度在1500MJ/m3以上。其主要原理是根据衰减小于20%的长期热循环10A以内的储热性能相变材料进行开发的，装置寿命可达10A以上。由此我们可以看出，对于电力丰富同时峰谷差非常明显的一些地区，我们可以安装电热箱、被储能装置或者是锅炉。通过定时和温控装置将谷峰时期所产生的电热能通过设备进行储存，在进行热水和空气加工一共高峰时期使用，而电热相变储能过滤。而电热相变储能锅炉相比于英国GEC公司的显热储能锅炉，体积上会减少在50%以内；它可以提供温度在40°左右的热水，它的热效率高达90%，在全国范围内的中小旅馆中都可以使用；代替了使用分期电力3kW～6kW的电电容器热水器[2]。而在一般的家用蓄能电热水器中，其功率可以减少到0.5kW～1.2kW，相比于市场上售卖的储水式电热水器，它的体积会减少30%左右。因此，我们也可以在家庭中运用单户的采暖和供热水系统。有不同的规格，以300kW的装置为例，见表1。

表1 300kW电热储能热水热风供暖

3.2 研制和开发相变储能蒸汽锅炉，建立蒸汽蓄能热电站

相变储能热电站相比于抽水蓄能电站有灵活性和投资成本较少的优点，热能储存电站的关键技术是相变储能蒸汽发生器；因为它具有储能密度高和反应灵敏以及可接受蒸汽、烟气以及电力能量的特点，因此比起锅炉去器械来说，有更广阔的用途和发展空间。

3.3 蓄冷空调系统

如果想要将效率提高到7%～8%，可以采用相变温度为5℃～10℃的相变材料，这样的材料有别于蓄冰空调。

3.4 民用电热电器上的应用

相变储能技术使得储能式电热水器实现了能量存放自动调节，它可以瞬间使得输出的功率大于输入的功率，因此实现整个无线运行。要发展这类的家电用器，可以大面积地达到促进全国电力消费的目的，同时可以起到削峰填谷的作用。我国已开发的相变储式家用电热水器有热水器加热保暖炉以及无线电吹风、电暖器等。在这些产品中，有些已被列入国家重点新产品进行投入试用。在天气严寒以及地区偏远的城市可以运用这些产品进行电能储存，它的优势就在于可以利用空气进行电力输送。在利用800W常规电加热器进行输送运行时，它可以实现单独供暖，而在1000W～1800W进行供暖时，可以利用无线储能加热器进行。根据居民所需进行供暖，可以保证在停电期间或封期复核时保证无电供暖2h～17h。而它最大的优点就在于早晨自动切断电源和无线以及无火4口之家，一日三餐到凌晨午夜12点会又开始充电，反复进行。

4.储能调峰案例及应用现状

近年来，我国针对不同储能类型的一些技术特征，成本预算以及安全性综合考虑，国内外都陆续开展了不同的储能参与调峰的示范电站，而在电池储能参与调峰的实际案例是最为明显的。

4.1 国外调峰

就国际形势而言，水电能源都较为匮乏，而其中以日本的水电能源最为紧缺，其水电资源的开发价值也不多。而在日本，目前最大的东京电力公司作为一家上市企业，其电源结构中常规的水电占比非常少。他们以火电与核电为主要电源，在常规水电之中已经没有了开发的余地，因此，导致他们的水电发力，几乎是全部都用作了调峰时期的电力。在国外，第一个建立独立的储能调峰电站的项目是沿河项目。

4.2 国内调峰

2018年由平顶山晨光储能有限，公司建设的压缩空气，储能调峰电站项目已经在河南完成了企业投资的项目的相关备案，该公司的主要技术来源于中国科学院工程热物理研究所。如果该储能电站建成，会利用夜间低谷电，通过一系列压缩和高压空气压，将电能储存在废弃的盐矿之中，如果遇到用电的高峰时期就会将储存的电能进行释放，通过发电机的发电过程，实现电力系统的削峰填谷，使当地的电力系统达到平稳运行。该项目从投入到完结，计划投资资金在10.13亿元。该工期效率快、时间短，在2019年启动相关的建设工作，在2020年就完成了建设，进行投入使用，共占地有200亩左右。

另外一个非常著名的项目就是2017年，辽宁省大连市与中电工程东北院所签订的一个调电池，储能调峰电站国家示范性项目[3]。该项目是中电工程，东北院与大连恒流储能电站公司达成的一个合约，根据整体规划以及分期先生要求逐步接入，整体调度的原则进行组织。该项目的建成充分验证了液流、电池、储能技术在电力系统中能够进行有效应用，同时也提高了辽宁电网整体的调控能力，为我国储能电站设计建设和其他国家相关措施的制定提供了参考，推动了行业的发展。

5.结语

随着社会的不断发展，以及人们对于用电的需求量越来越大，相比于传统的储电方式，运用材料和能源相结合的高新技术进行相变储能的方式，可以积极开发和利用相关储存室设备进行电热器产品的运用，不论是在需求、供给和电力调峰方面都能够得到有效的技术保证。从投资回本年限以及综合效益来看，电热相变蓄热装置体积小，但其寿命成本较低，也可以进行应用。可以根据具体情况选择最佳参数。对于股差价可以进行较为详细的探讨研究，它可以推动电力采暖和移峰填谷。要想同时保证供电和用电的双方效益，在谷期电价是峰期电价的25%左右对于双方来说都是有益的。