储能技术在电力系统中的应用现状与前景初探

国网北京市电力公司检修分公司 王 瑞

1 引言

随着智能电网的发展及其在新能源领域的深入应用，储能技术作为一种能使电力系统更加稳定高效的技术，开始被广泛应用。储能技术不仅提高了电网对新能源的适应性，而且提高了能源质量，这对电力系统储能和资源节约非常有利。但由于我国存储技术起步缓慢，尚未在各个领域发挥出最大价值，目前仍在不断探索中。作为一个新兴产业，储能技术需要不断改进和创新，而降低成本、加强环保和资源再利用是储能创新的核心。因此，电力企业应该加强对各种储能技术的应用，更好地促进经济发展。

2 储能技术的主要类型

2.1 机械储能技术

常见的机械储能技术主要分为以下几类：一是抽水蓄能。抽水储能是把能量以势能的形式储存，当需要利用能源时，势能被转换成电能。该技术是一种广泛应用于电力系统的储能技术，其特点是储能容量较大。目前，该技术相对成熟，主要适用于平衡电力供应，唯一的缺点是机组建设周期长，初期投资较大。二是压缩空气储能。压缩空气储能的概念于1949年在国外首次提出，经过不断的探索和研究，压缩空气储能终于形成。这种储能技术工作效率高，单体储能规模大，适合长期稳定地高效储能。当前，该技术已经比较成熟，中国在这一领域的应用可能性很高，避免了许多技术问题。三是飞轮储能。飞轮储能技术可以将电能转换为动能，具有功率强、能量转换效率高等优点。从环保角度来看，飞轮储能具有明显的优势，是目前推荐的环保储能方式，而且可以促使电力系统朝着可持续的方向健康发展。

2.2 电磁场储能技术

电磁场存储技术可分为超导磁铁存储系统和超级电容存储系统。一是超导体磁存储技术。超导体磁存储技术使用超导体线圈来存储电磁能量，具有响应速度快、存储密度高的特点。由于超导磁存储装置的成本相对较高，且在运行过程中会产生强磁场，因此该存储方法的使用容易受到限制。根据超导体的特性，其电阻基本为零，储存寿命相对较长。此外，超导磁储能装置的能量回馈率也很高，能量可以快速释放，可以在一定程度上有效地控制电网的电压波动，进一步保证整个电网系统的稳定。二是超级电容器。超级电容器主要采用电解质进行充放电，具有使用寿命长、响应快等特点。在实际应用中，这种存储形式的能量密度相对较低，且电阻电压水平不是很高，因此其应用易受到限制。能量主要通过电解质储存，这种电解液通常由特殊材料制成。对于普通电容器，由特殊材料制成的电解液的电阻电压性能得到改善。

2.3 电化学储能

电化学储能技术主要使用电池来完成储存和释放电力的过程。但在具体应用中，这种储能技术的安全性和稳定性较低，铅离子电池的循环寿命较短，在使用过程中会造成环境污染。但这种储能技术也有相应的优点，例如电化学存储技术的安装更加灵活，响应速度更快，在实践中，电化学存储可以根据情况优化资源分配。目前，电化学储能还没有得到广泛的应用，当电力系统相对分散时，主要与小容量储能装置结合使用。

3 当前各种储能电池的技术难点

分析表明，锂离子电池在电化学储能领域具有明显的优势。锂离子电池的正负极为锂合金或锂合金材料，采用非水电解质溶液，主要由正负极、隔板和电解液组成。目前，锂离子电池发展面临的问题是如何有效解决锂离子电池的安全性、充放电速度、耐久性和能量密度等问题，如果这些问题得不到有效解决，锂离子电池的发展将会遇到瓶颈。不仅锂离子电池，其他类型的电池也有广阔的发展空间。例如，在欧洲和日本市场，钠硫电池的价格相对较高，钠硫电池能量密度高，成本低，但运行条件高，总投资高，必须紧急解决安全和经济问题。

储氢技术是在化学储氢技术的基础上发展起来的，但现阶段在一些国家非常普遍，但仍处于初步发展阶段。物理储能技术包括压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能等。与太阳能、风能储能相比，压缩空气储能技术在多媒体能源领域有着重要的应用，空气相对稳定，易于使用。同时，压缩空气储存技术是一种环保技术，对环境无害，非常安全，然而，严格的地理条件和高昂的建设成本限制了这项技术的发展。飞轮储能技术可以提高电力系统运行的安全性、稳定性和灵活性，虽然储能对可再生能源的影响尤为明显，但这项技术在我国尚未普及，需要深入研究的成熟产品也很少。根据各种研究数据，超级电容器和超级电容储能器这两种技术具有效率高、响应快的优点，但在实际应用中，由于原材料和研发技术的限制，一些技术问题没有得到有效解决，影响了它们的开发和应用。

4 储能技术的作用与优势

4.1 使电力得以储存

传统的电力系统是动态平衡的，当想要使用时，就可以进行放电。这种供电方式越来越不适合当今社会的发展和需求。新的储能技术使系统进入连续运行状态并储存能量，使得发电和放电不再互相牵制。储能技术可以被视为一项根本性的改革，储能技术在能源管理中的应用，使配电更加合理，在一定程度上缓解了高峰用电带来的用电困难。

4.2 使能源便于调控

传统能源在使用过程中容易造成严重污染和环境破坏，这使得许多新能源正在逐渐被使用，其中最具代表性的是太阳能和风能。新能源可以提高电力系统的发电质量，但过于依赖自然资源。例如，在风力发电技术中，如何在没有风力的情况下进行发电，一直以来是难以解决的问题。随着科学技术的发展，人们的生活中充满了许多科技产品和服务，这不可避免地加剧了对电力的需求。电力关系到许多行业的正常运行，在各种复杂因素的影响下，人们的电力需求在不同时期会表现出一定的差异。从这个角度来看，单靠稳定的电力生产无法实现资源的优化配置，满足差异化的生产和生活需求。在应用储能技术后，新能源的不连续性可以得到彻底解决，使得电网运行平稳，能源得到合理控制，新能源的价值得到充分体现。

4.3 提高电能质量和输电能力

存储技术的应用在容量相同的情况下，可以利用及时调整的特点，使电力系统达到最佳的运行效果。随着飞轮技术的发展，该技术在负荷中心采用削峰、削谷，从而降低电网运行成本，具有设计简单、调节灵活的优点。在传统电网中，发电和电网负荷必须动态平衡。随着储能技术的应用，电能可以从最初的即用转变为储能的物品。

4.4 调节发电系统功率

当进行大规模风力发电时，间歇性和可变性将破坏系统的稳定性。利用储能技术，可以对发电系统的功率进行调节，以改善这些问题。例如，当电力系统的运行功率低于输出功率时，储能设施可以发送“输出”功率。相反，当电源系统的工作功率高于输出功率时，技术储能系统可以“吸收”功率。这样储能技术可以起到很好的调节作用，有效解决接入风能生产网络所带来的各种问题。

4.5 满足多样化电能需求

随着生活质量的提高，人们对电力的需求越来越大，在这个过程中，必须考虑电气系统未来的发展方向。传统的能源生产和分配系统已经落后，不能满足新时代的生产和生活需求。此时，相关部门必须积极开发风力发电和太阳能发电等新的发电方式，提高新能源的开发能力，并考虑如何优化和升级储能设备。在优化更新储能技术的过程中，关键是提高电网的兼容性，让电网吸收更多的风能和太阳能，使电力系统具有更强的储能和供电效果，更好地满足各个行业的能源需求，缓解各行业对新一代能源的强劲需求。

5 储能技术在电力系统中的具体应用

5.1 发电系统中的应用

目前，电池储能技术主要用于大规模风力发电生产，采用专业化的工作模式，设定固定的计算目标，完成产能分配。储能技术对大规模风能发电的作用是显而易见的，如果高于规定的标准值，实际储能时间将更短，储能利用率将更高[1]。目前，在推动转换器的帮助下，电池储能技术得到了有效地利用[2]。长期以来，我国的电力系统一直由火力发电控制，燃煤发电会造成特定环境的污染，风能发电的出现有效地解决了这个问题。然而，尽管可再生能源可以缓解目前能源短缺和环境污染的现状，但这种能源生产模式存在一些缺点，如稳定性低、缺乏可持续性。以广泛使用的风能为例，风力是这种发电的基础，对发电的效果影响很大，同时风速的变化是不确定的，这都会对风力发电造成影响，使得风力发电机组的运行表现出波动性和不连续性的特点。

5.2 在电能运输中的应用

电力企业加强储能技术的应用，可以有效提高电力系统的供电效率。同时，还可以加快实际输电的运行速度，保证电网安全稳定运行，更好地存储能源、减少额外的功率损耗，并保持电池电量处于良好的传输状态。

5.3 在变电站系统中的应用

电化学储能系统可以在电力系统的配电中起到较强的辅助作用，可以根据需要提供备用电源[3]。事实上，电池存储可以减少实际的电力维护时间，并将能源管理减少到6h以下，这使得电力设备的运行更加稳定。

6 储能技术的发展前景

储能技术不仅能提高电网对新能源的适应性，还能提高运行效果，节约能源。因此，相关单位有必要提高储能技术的应用。新能源应用是当前电力系统运行的核心，其储能效率在一定程度上取决于储能技术的发展。以下对存储技术各部分的发展前景进行分析和讨论。

6.1 储能技术的应用趋势

当前，传统能源逐渐枯竭，并且传统能源的使用会对环境造成严重破坏，所以新能源正在逐步取代传统能源，储能技术越来越受到人们的关注。与此同时，风能、太阳能等可再生清洁新能源的储存已成为能源行业关注的焦点，这也使得储能技术的应用范围正在扩大，储能技术的应用和发展势在必行。为了保证能源的可持续利用，满足国家经济发展的需要，应加大对可再生资源开发利用的研究和资金投入，实现能源的可持续利用和多元化发展。在稳定性方面，这些新能源在发电方面容易受到自然因素的影响，在运行过程中会有一些变化和中断。但是在设备容量和年能源产出方面，中国的数据远高于其他邻国，这与全国人口密切相关，传统能源被淘汰后，将会减小对环境质量的影响。此外，在新能源中储存可再生和清洁能源也是能源部门的一项重要工作内容。因此，在今后的工作中，有关人员应加强储能技术的研究和应用，储存新能源，进一步升级电力系统，提高电力系统的运行效率。

6.2 储能技术的技术水平

储能技术的水平是否合格，决定了该技术能否广泛应用和推广。其中，系统转换效率和设备寿命是影响储能系统总运行成本的两个关键因素。目前，机械储能技术和电磁储能技术都处于较高的发展水平，但如何同时提高这两种技术的应用效果仍然是一个有待研究和探索的内容。两个最重要的决定因素包括转换效率和设备利用率，目前机械储能和电磁场储能已得到广泛应用。此外，在使用过程中，有必要考虑储能设备的尺寸和质量，进一步研究什么样的储能技术应该在什么样的工作环境下使用。然而，简而言之，进一步加强储能技术的前景令人印象深刻。

6.3 储能技术的经济成本

目前，仅从存储技术的成本来看，储能技术已经难以满足商业应用的需求。电力企业在计算运营成本时，除了计算存储设施的成本外，还需要注意大规模存储技术的维护成本。为了使存储技术更加高效，相关人员应该对存储技术进行不断研究和改进，以免影响电力系统的运行效率。降低成本和提高生产利润是目前需要探索和考虑的问题。同时，不同的存储技术有各自的优势和适用范围，如何尽可能降低成本，获得更大的经济效益一直是电力研究的重点。为了降低储能技术的经济成本，相关单位可以通过让有能力的专家加强储能技术的研究，提高储能技术的应用效果，充分推广该技术的使用。

总之，随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越大。储能技术可以使电力系统的储能和控制变得更加容易，并且储能技术具有高效储能和易于控制的特点，有着很高的使用价值。因此，为促进我国储能产业的可持续发展，有必要加快储能技术的发展。