新能源电力系统中的储能技术探究

李彦荣，王康民

(1.山西能源学院，晋中 030600；2.山西省高效太阳能光电转换工程技术研究中心，太原 030000)

1 引 言

1.1 化学储能

在新能源电力系统运行中，化学储能是一种常见的新能源储能技术，通过电池正负极的反应作用，实现化学能量与电力能源的有效转化，以此满足电力系统的用电需求，在达到电力系统储能要求的基础上，提高能源的利用率，保证电力系统运行的稳定性，促进储能技术在新能源电力系统能源储存和转化方面得以应用。在应用化学储能技术时，要考虑到不同电池的属性和类别，根据电池属性特点，判断电池的使用功能，确保选用的电池能够达到电力系统内部能源转化的标准。如锂电池不同于普通金属电池的使用性能，在电力系统能源转化中，具有较高的能源转化率，能够在短时间完成化学能量的电力转化。

1.2 物理储能

新能源电力系统中的储能技术分为很多种，物理储能作为电力系统常见的能源储存转化技术，主要分为抽水储能、飞轮储能以及压缩储能三种形式，根据电力系统运行的实际情况，选择合理可行的物理储能技术，减少系统耗能压力，提高能源利用率。如抽水储能相较于其他储能技术的容量更大，具有低成本、高储能的作用，被广泛应用于电力系统储能应用中。但抽水储能容易受到地理位置和自然条件的限制，影响其使用性能的发挥。而飞轮储能方式区别于抽水储能形式，不易受到外界因素的影响，具有效率高的特点，能够在短时间内完成能源的转换工作，同时飞轮储存应用成本也比较高，不利于成本控制。

1.3 电磁储能

新能源电力系统中应用储能技术能够实现能源的有效储存，针对不同的能源，采用合理可行的储能转化技术，将水能、热能、冷能以及风能等能源转化为电力系统所需要的电力能源，满足系统运行的供电需要，达到电力能源转化储存的目的。而应用电磁储能技术，借助变流器及超导材料将电磁能转换为可适用的电能，依靠电磁储能技术，实现电能的高效转化，为电力系统运行提供充足的电力能源。同时，使用电磁储能技术进行电力系统能源储存转化工作时，要结合电力系统运行的实际情况，实时掌握电力系统内部电阻及电流大小，对电磁能进行科学转化，避免出现能源浪费问题。运用电磁储能技术能够在电力系统电能不足的情况下，将电磁能转化为可用的电力能源，保证电力系统正常运行，提高电力系统运行的稳定性。

1.4 相变储能

新能源电力系统中的储能技术包括化学储能、物理储能、机械储能以及相变储能，其中相变储能技术以吸收材料和释放热能为能源转化方式，实现电力系统内能源的有效转换，满足系统运行的电力需要。在实际应用中，相变储能技术分为电储热、熔融盐储热以及冰蓄冷三种形式，其中电储热主要利用水和金属的作用进行能源储存转化，由于水储能的成本较低，常被应用于新能源电力系统能源转换中。而金属储能根据物体的形态变化，实现热能的储存和转化工作，能够将热能有效转化成电力系统所需要的能源，提高能源的转化率。熔融盐储能方式主要对盐进行处理，结合自身热导性能，完成电力系统内部的能源转化。冰蓄冷储能方式以特殊的储能形式，对冷能进行储存，通过冰蓄冷的方法，实现冷能的有效转化，提高电力系统内部的制冷效果，从而降低电力系统的电力能源耗损量。

2 储能系统集成技术

针对具体应用，储能系统的集成技术和方式也比较重要，决定了储能系统整体的使用效率和功能体现，主要涉及电池成组技术、电化学储能变流器系统技术以及相应的系统拓扑结构，同时储能电池的运行需要电池管理系统的技术支持。(1)电池成组导致寿命问题。由于电池的不一致性客观存在，需要做到成组电池容量、内阻、充放电特性趋于一致，在集成后通过均衡策略尽可能实现性能均匀，整体表现良好特性，有利于电池寿命延长。(2)温度控制问题。温度对电池的容量甚至寿命、安全影响明显。在电池成组中考虑冷却方式、散热结构、隔热方式、风道设计等相关热管理技术。(3)电气安全问题。电池系统是一个高能量体，通过较合理的串、并联连接方式实现分流分压，防止局部产生电气安全事故。(4)电化学储能变流器是储能与交流电网连接的枢纽。根据不同的规模等级，其应用场景有所区别。新能源发电侧一般需用 MW 级电化学储能，所以大功率大容量储能变流器的研究是当前趋势。(5)系统拓扑结构是对具体的应用场景，基于以上技术的综合应用，包括直流/交流充放、电压选择、功率/电流分配、优化布置等，组成能量流、信息流(控制信息、状态信息)合理的系统结构，达到高效、安全、稳定的电能交换。(6)电池管理系统实现对电池系统的高效管理。包括对电池剩余电量(SOC)的准确估算，健康状态、故障状态的管理，同时基于数据处理实现能效分析，其中对剩余电量(SOC)的精确计算、高精度数据采集和处理、状态管理方法是研究热点。

3 新能源电力系统中的储能技术的应用措施

3.1 强化系统控制功能

储能技术应用于新能源电力系统中，对于维护电力系统安全运行具有重要作用。工作人员在运用储能技术进行新能源电力系统能源储存和转化工作时，为了促使储能技术达到最佳应用效果，需要结合电力系统运行情况，强化储能系统控制功能，尤其对电力系统内部功率较大的电流进行控制，通过对系统内部电流的有效控制，降低能源消耗量，实现储能技术在新能源电力系统领域的应用目的。工作人员强化储能系统的控制功能，除了控制系统内部电流变动情况，还可以通过控制储能系统内部装置，结合先进的信息技术，充分发挥现代技术智能化的优势。

3.2 完善系统组成结构

优化和完善储能系统组成结构对于实现储能技术的应用价值具有促进作用。在新能源电力系统运行中，工作人员在应用储能技术进行电力能源转化时，要全面检查电力系统和储能系统内部结构，严格检查储能系统的配电装置，确保新能源转化工作能够顺利进行。如在风能、太阳能、电磁能转化电力能源工作中，需要工作人员把握各个系统电流流动要求，改善系统组成结构，以此实现储能系统的优化配置，发挥储能系统电流控制作用。同时，对于新能源在转化过程中产生的多余能源，储能系统能够发挥储存功能，对多余的能源进行储存处理，为电力系统提供稳定的电力能源，满足电力系统运行需要，促进储能技术创新发展。

3.3 实现储能优化配置

储能技术合理运用到新能源电力系统中，能够有效促进能源储存转化，满足电力系统的用电需求，确保电力系统运行的安全性。为了进一步发挥储能技术在新能源电力系统能源储存转化方面的应用作用，需要工作人员加强储能系统优化配置，在应用储能技术进行能源转化时，应注意能源转化的质量和效率，尽可能为电力系统提供充足的电力能源，保证电力系统运行中有足够的电力能源可用。