储能技术在电力系统中的应用分析

摘要：目前，我国正处于电力系统改革的关键期，电力系统供需矛盾愈加凸显。如今我国已经全面形成了“西电东送”“南北互供”“全国联网”的电力格局，这也进一步突出了储能技术在电力系统中应用的重要性。合理应用储能技术，不仅能够极大地提升电力系统储能规模，同时对保障电力系统运行稳定性、安全有着重要意义。基于此，分析了目前主流的储能技术，探究储能技术的选择方式，并提出储能技术在电力系统中的应用方案。

关键词：储能技术电力系统电力供给新能源

中图分类号：TM73

ApplicationAnalysisofEnergyStorageTechnologyinPowerSystem

JIAXiuliang1GENGJuncheng2NIUYu3

1.StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450018China;2.ElectricPowerScienceResearchInstitute，StateGridHenanElectricPowerCompany，Zhengzhou，HenanProvince，450052China;3.HenanJiuyuEnpaiElectricPowerTechnologyCo.，Ltd.，Zhengzhou，HenanProvince，450052China

Abstract：Atpresent，Chinaisinacriticalperiodofpowersystemreform，andthesupply-demandcontradictioninthepowersystemisbecomingincreasinglyprominent.Nowadays，Chinahasfullyformedapowerpatternof"West-EastPowerTransmission"，"North-SouthMutualSupply"，and"NationalInterconnection"，whichfurtherhighlightstheimportanceofenergystoragetechnologyinthepowersystem.Reasonableapplicationofenergystoragetechnologycannotonlygreatlyenhancethescaleofenergystorageinthepowersystem，butalsohasimportantsignificanceinensuringthestabilityandsafetyofpowersystemoperation.Basedonthis，thisarticleanalyzesthecurrentmainstreamenergystoragetechnologies，explorestheselectionmethodsofenergystoragetechnology，andproposesapplicationsolutionsforenergystoragetechnologyinpowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Powersystem;Powersupply;Newenergy

随着社会经济不断发展，电力系统建设规模也在逐渐扩大，旨在满足电力供给需求。但从目前发展现状来看，一次能源分布不均等问题依然存在，不利于电力系统安全平稳运行。从现有储能规模来看，储能容量在总装机容量占比较低是不争的事实，据调查并未超过10%，再加上我国新型储电技术还处于初期发展阶段，在电网运行管理中，更多是凭借继电保护、安全装置保持电力系统运行稳定，这就需要建立完整的多点存储装置系统作为支撑，提高电能管理质量以及电网暂态稳定性[1]。

1电力储能类型

1.1物理储能

1.1.1抽水蓄能

抽水蓄能是一种大规模电力储能形式，需借助上下游水库的水动能实现能量存储。负荷低谷期间下游电动机运作，将下游水库水资源调到上游水库保存；负荷高峰期，借助上游水库的水能进行发电。该项技术渗漏小、发电容量大，持续放电时间不低于8h，大型水库可持续放电多天，综合效率在80%左右，在电力系统调峰、备用电源场合十分适用。但对地理条件有严格要求。

1.1.2压缩空气储能

压缩空气储能（CompressedAirEnergyStorage，CAES），顾名思义，是通过压缩空气的方法实现能量转换，在实际应用中在用电低谷期或非高峰期，使用电能压缩空气，增加空气势能，并将压缩空气存储到容器当中，如果需要补充电能，可通过加热压缩空气使其膨胀，动能传递给汽轮发电机实现发电。CVES技术具有安全、寿命长等优势，在分布式储能、负载平衡等领域较为适用。其中，地下CAES经济性最好，蓄能量可达40MW以上，持续发电时间不低于8h，但选址难度大；而地上CAES蓄能量相对小很多，持续发电在3h左右，建设费用高，但选址更容易[2]。

1.1.3飞轮储能

该技术是借助了飞轮旋转发电原理，通过电能作用于飞轮，将电能转化为飞轮的机械能，如果需要释放电能，则飞轮机械能带动飞轮旋转发电。该技术具有使用时间长、技术成熟、无须废物、功率高等特点。但也存在能量密度低、成本高等问题，不适用于大规模电网储能。

1.2电磁储能

1.2.1超导磁储能

超导磁储能（superconductingmagneticenergystoragetechnology，SMES）主要是采用零电阻的超导磁材料制作成线圈，形成大型、无阻的电感，通电之后线圈会生成磁场，是电能转化为磁能的过程。该项技术具有转化效率高、设备集成度高、控制性强、快速响应等优势，在大容量能量交换以及功率补偿能够得到有效应用，有助于提升电力系统供电稳定性、平衡电荷，在新能源并网领域也有很大的发展空间。

1.2.2超级电容器

超级电容器是指电荷以静电方式存储在电解质和电极之间的双电层界面中，电极为高比表面积碳材料、电解液为有机溶液，充放电过程不会发生化学反应，极大地提升了充放电速率以及系统使用寿命，在-35～75℃之间均可以正常使用，特别是在恶劣环境下具有良好的适应性。但超级电容造价更高，主要适用于高峰值、短时间供电场合[3]。

1.3电化学储能

1.3.1铅酸蓄电池

目前在电力存储方面，主要是采用贫液式密封铅蓄电池、富液式密封铅蓄电池。铅酸蓄电池普遍存在充电效率低、能量密度小、寿命短、气体析出污染等问题。但近些年国内外已经逐渐开发出新型铅酸蓄电池，如超级电池、卷绕式电池、双极性电池等。其中，超级电池通过将电池和超级电容并联应用，融合了超级电容器的优势，提高了充放电效率、提升了功率密度、延长了使用寿命，目前在新能源汽车、并网新能源系统领域已有应用。

1.3.2锂离子电池

锂离子电池种类繁多，不同化学成分组成的电池其功率、能量也有所差异。整体来看，锂离子电池具有寿命长、能量密度高、自放电等特点，目前在小型数码产品中应用十分广泛，并且逐渐朝向大型储能领域拓展。

1.3.3钠硫电池

顾名思义，此类电池是采用钠、硫作为电极反应物、陶瓷管电解液，运行温度在300～360℃之间，该温度条件下，电极物质处于熔融状态。该种类电池的核心技术为陶瓷管电解液，其具备超强的钠传导性能和机械强度。钠硫电池中包含了若干个单体电池，通过电池组合方法提高功率，目前功率可达到万级kW级别。钠硫电池具有较好的功率特性、高能量密度、使用寿命长，在大容量、大功率存储领域十分适用。

2电力系统中储能技术类型对比与选择

通过上述介绍可知，当前储能技术种类较多，应结合储能需求、响应速度标准合理选择。目前在电力系统中的主要应用场景为电网能量管理、备用电源、电能质量调节。结合表1可知，在电网能量管理中，可采用抽水蓄能、铅酸与钠硫电池、压缩空气储能；在备用电源中，可采用超导磁储能、铅酸与钠硫电池；电能质量调节可采用超级电容器、超导磁储能、飞轮储能、铅酸电池[4]。通过合理应用储能技术可实现发电、输电、变电、配电、用电各个环节储能需求，可有效减少电力系统能量损耗，提高系统运行效率、质量、效益。

3储能技术在电力系统中的实际应用领域

3.1可再生能源接入

风能、太阳能等新能源发电系统并网，由于分布式电源具有间歇性、随机性，增加了电网调度难度。借助储能技术可有效抑制此类波动问题，保证电网运行的稳定性。新能源转化为电能期间会产生能量损失，借助储能技术可存储这部分损失能量，提高新能源的能量转化效率，延长循环使用寿命。

3.2辅助电力市场运营

储能技术在电力系统中的应用可提供相应的辅助服务，包括调峰、调频、备用等，有效保障电力传输和供给的稳定性。并且储能系统可快速对电力市场价格变动做出响应，有助于制订成本最小化或盈利最大化的经营方案[5]。

3.3电网安全稳定运行

储能设备可以起到频率调节作用以及无功功率支持，有助于改善电压质量，提升故障风险抵御性能，维持电网频率稳定性。同时，一旦电力网因意外情况出现大面积停电，可借助储能系统的黑起动功能，为以提供电能，辅助电网恢复供电。在电网调节方面，储能设备可在用电低谷期存储电能，且在用电高峰期释放电能，保证用电供需平衡性，减少用电高峰期的电网压力。借助用电激励机制，引导用户在低电价阶段用电，用电低谷期储能设备通过存储低价电能供高峰用电期间使用，从而降低整体用电成本[6]。一旦电网运行中因突发事件导致电网突增负荷量，此时储能系统的快速响应功能可确保继续为用户提供电能。

3.4智能电网与微电网

在分布式能源整合方面，由于分布式电源并网会降低电网运行的稳定性，而借助储能技术可以有效将分布式电源整合，减少分布式电源并网的电能损耗，提高新能源利用率，从而推动智能电网的发展进程。在微电网方面，储能设备可用作能量缓冲装置，保证各类运行模式下微电网的稳定性。在能源互联网搭建方面，储能技术作为搭建能源互联网的核心技术之一，可实现能源双向流动功能，对既有资源展开优化配置。

4结语

综上所述，在电力系统规模不断扩大背景下，储能技术的发展前景非常广阔，对提升能源利用率、推动电力结构转型、保障电力系统运行安全有着重要意义。随着储能技术不断发展和完善，其在电力系统中所发挥的作用会愈加明显，对建立低碳、安全、高效的电力能源体系有着巨大助益。

参考文献

[1]朱科.电池储能技术在电力系统中的应用[J].通信电源技术，2023，40（7）：132-134.

[2]王甜甜.储能技术在新型电力系统中的应用策略[J].通信电源技术，2023，40（16）：103-105.

[3]刘生旺.浅谈新能源电力系统中的储能技术发展现状及应用分析[J].电力设备管理，2023（4）：151-153.

[4]戴园园.储能技术在新能源电力系统中的研究分析[J].电力设备管理，2022（14）：189-191.

[5]李东阳.配电系统中移动储能的弹性影响评估及容量规划[D].重庆：重庆大学，2021.

[6]赵瑞彬.高临界电流超导磁体结构优化与安全运行分析[D].成都：四川师范大学，2022.