储能技术在新能源电力系统中应用研究

摘要：深入研究储能技术在新能源电力系统中的应用策略，将极大促进电力系统稳定性的提升，具有重要的研究价值。储能技术能够优化电网运行配置、调节电力系统的运行、提供应急电源保障，其对于新能源电力系统的建设具有重要意义。在储能技术的选择与应用时，应准确把握不同储能技术的特点与局限性，根据新能源电力系统的使用需求，灵活进行选择。

关键词：储能技术新能源光伏发电系统电力系统光热发电

ResearchontheApplicationofEnergyStorageTechnologyinNewEnergyPowerSystems

SHENHongda

HangzhouXiaoshanDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridZhejiangElectricPowerCo.，Ltd.，Hangzhou，ZhejiangProvince，311201China

Abstract：In-depthresearchontheapplicationstrategyofenergystoragetechnologyinnewenergypowersystemwillgreatlypromotetheimprovementofpowersystemstability，whichhasimportantresearchvalue.Energystoragetechnologycanoptimizetheoperationconfigurationofpowergrid，regulatetheoperationofpowersystem，andprovideemergencypowersupplyguarantee，whichisofgreatsignificancefortheconstructionofnewenergypowersystem.Whenselectingandapplyingenergystoragetechnologies，itisnecessarytoaccuratelygraspthecharacteristicsandlimitationsofdifferentenergystoragetechnologies，andmakeflexiblechoicesaccordingtotheusedemandofnewenergypowersystem.

KeyWords：Energystoragetechnology;Newenergy;Photovoltaicpowergenerationsystem;Powersystem;Photothermalpowergeneration

在新能源电力系统中，储能技术的应用可实现电力系统发电中化石原料的最大化节约，以此来达到优越的节能效果。太阳能和风能等新能源都属于清洁能源，在具体应用中并不会产生对自然环境具有危害的有毒、有害物质，这样便可达到良好的环保效果，让电力系统的生产和运行实现环保性能的显著提升。随着新能源电力系统储能技术的应用，社会也将会更加深入地研究新能源方面的相关技术，这对电力系统中的新能源及其储能技术发展将会起到非常积极的推动作用，并进一步带动新能源电力系统的良好运行与发展，为电力行业带来更大的经济效益，以此来有效促进电力行业的良好发展。

1储能技术的主要类型

1.1物理储能技术

物理储能技术通过物理过程将能量储存起来，并在需要时释放。常见的物理储能技术包括压缩空气储能、抽水蓄能和重力储能。

压缩空气储能将电能转化为压缩空气并将其储存在储气罐中，当需要释放能量时，压缩空气被释放并驱动涡轮机发电。其适用于需要大容量储能的场景，如电力系统的峰谷填平或是备用能源。

抽水蓄能是利用水力势能的变化来储存并释放能量，在能量充裕时，水被抽到高处的水库中储存势能，需要释放能量时，水被释放并通过涡轮机发电。其具有高效性与灵活性，且对环境的影响较小，适用于山区地形或是水资源丰富的地区。

重力储能是利用物体的高度变化来储存并释放能量，常见的应用是通过将重物提升到高空储存势能，释放能量时，重物下降并驱动发电机发电。其优点是储能效率高且无污染，但会受到地形及土地利用的限制。

不同的物理储能技术具有各自的特点及其适用的场景，需根据具体需求与条件选择合适的技术进行应用[1]。

1.2电磁储能技术

电磁储能技术是利用电磁场存储或释放能量。电磁储能技术包括超级电容器和超导磁能储存系统。

超级电容器利用电场和电荷的存储来储存能量，具有快速充放电、长周期寿命且高能量密度等优点，适用于短时高功率需求的场景，如常见的电动车辆的动力输出或电网的频率调节。

超导磁能储存系统是利用超导体的零电阻特性与磁场的存储能量来实现高效储能，将电流通过超导线圈形成磁场，将能量存储在磁场中，释放能量时，磁场的能量转化为电能。其优点是高效率、长周期寿命且大容量，适用于大规模能量储存或输送的场景，如电网的储能或恒定功率的输出。

电磁储能技术高效、环保且可靠，能满足不同场景的能量存储需求，然而，其也存在一些挑战和限制，如超级电容器的能量密度相对较低，超导磁能储存系统的制冷需求再或者是成本方面较高等。但随着技术的不断进步及成本的降低，电磁储能技术将在未来发挥越来越重要的作用，推动清洁能源的发展与电力系统的智能化。

1.3化学储能技术

化学储能一般采用电池作为能量存储装置，通过正负极发生氧化还原反应进行充放电，通过电能和化学能的相互转化来存储能量，是目前应用最广、发展最成熟的新能源电能存储技术。随着电池能量存储技术的发展，电池的类型也越来越多。与其它类型的能量存储技术相比，化学能量存储技术在能量转换率、电能容量、技术成本等诸多方面都有着巨大的优势。锂离子电池的能量转化效率最高，达到了85%左右，并且具有更高的能量密度，该电池还具有低成本、低碳环保、可回收利用的优点，但尚未形成工业化和规模化的发展[2]。

1.4相变储能技术

相变储能技术利用相变材料的吸热和放热来储存能量，其能量密度高，且结构简单，可灵活调节，方便使用和管理。其中，电储热技术是通过水和金属的储热特性来实现技术的运用；水的储热技术是以水为媒介来储存热能，该技术方便运营和管理，投资也比较小；金属的储热技术是以金属为媒介来储存热能，通过金属的固态和液态的状态转变来储存热量，具有高温、高导热等优点。

相变储能装置主要由相变储能器件、换热介质和换热装置3部分构成。其中，相变储能器件是一种可容纳相变储能的器件，可有效地抵抗相变时的热、压变化。而热传输媒介在储存和释放能量的过程中一般是通过液体的循环进行的。热传递装置由一个加热装置和一个冷却装置组成，该装置用来提供热源并吸收热。在储能的过程中，相变材料吸热并进行相变，把热能转换成相变存储。在释放能量时，相变材料又通过放热恢复到原来的状态。在此基础上，开展储能系统的储能密度、能量转化效率、循环寿命等性能测试，并对其进行优化设计，改善其储能器性能。

2新能源电力系统中储能技术的应用实践

2.1超导储能技术的应用

新能源电力系统建设超导储能站，用于储存风能、光能等新能源电力过剩时的电能，这些储能站通过超导磁体将电能转化为磁能，并在需要时释放磁能，将其转化回电能供电。超导储能技术平滑新能源电力系统中能源的波动。例如：在太阳能与风能等能源波动时，超导储能系统快速地吸收或释放能量，保持电网的稳定性及可靠性。超导储能技术具有快速响应的特点，能在毫秒级别内完成能量的储存与释放，使新能源电力系统更快速地应对电网负荷变化与能源波动，提高电网的响应速度。超导储能系统能作为备用电源，在电网发生故障或突发事件时提供持续的电力支持，其快速响应及高能量密度的特点使其成为应对紧急情况的高手。超导储能技术还具有高效率、低能量损耗的特点，帮助新能源电力系统提高能源的利用效率，减少能源的浪费，降低系统的运行成本[3]。

2.2在光伏发电系统中的应用

随着全球对清洁能源的需求越来越高，光伏发电系统逐渐成为新能源电力系统中不可或缺的一部分。然而，与风力发电系统一样，光伏发电系统也存在着波动性和间歇性的问题。针对光伏发电系统的波动性和间歇性，物理储能技术也是一种常见的解决方案。具体而言，物理储能技术可以利用储水能或压缩空气等方式来储存光伏发电的多余电能，以便在需要时进行释放，如图1所示。储水能技术可以利用水库、水塘等储水体系，将光伏发电的电能转换成水能进行储存，在需要时，通过水力发电进行释放。而压缩空气储能则是将光伏发电的电能转换为压缩空气进行储存，在需要时，通过逆向发电机将压缩空气转换为电能。电磁储能技术和化学储能技术也可以应用于光伏发电系统中。电磁储能技术可以使用超级电容器或电池等设备储存电能；化学储能技术则可以使用燃料电池将光伏发电的电能转换成化学能进行储存。相变储能技术则可以利用蓄热式储能技术，将光伏发电的电能转化成热能储存。

在优化措施方面，提高储能系统的容量、储能效率和储能周期等参数是提高光伏发电系统可靠性和稳定性的关键因素。在容量方面，需要确保储能系统的容量能够满足光伏发电系统的峰值负荷需求；在储能效率方面，需要尽可能地提高储能系统的能量转化效率，降低能量损失；在储能周期方面，则需要确定储能系统的充放电周期，以便在需要时进行释放。此外，预测和控制光伏发电的产生和消耗情况也是优化措施的重要手段。通过利用天气预报等信息，可以预测光伏发电的产生和消耗情况，以便根据需求和供给的差异进行储能或释放。同时，可以利用智能控制技术，通过控制储能系统的充放电周期和放电功率等参数，来实现对光伏发电系统的优化控制，以提高系统的可靠性和稳定性。除了针对储能系统本身的参数进行优化，还可以针对储能技术本身的特点和性能，采取一些措施来提高其性能和可靠性。针对储水能技术，可以改善水库的水位控制和泄洪设施等手段，提高储水能技术的稳定性和安全性。对于压缩空气储能技术，可以采用地下储气库等方式，以提高储能效率和可靠性。对于电池等电磁储能技术，则可以通过提高电池的循环寿命和降低自放电率等方式，提高储能效率和储能密度。对于化学储能技术，则可以针对燃料电池的稳定性和寿命进行优化，以提高其可靠性和效率[4]。

2.3在光热发电系统中的应用

由于太阳能辐射的不稳定性和变化性，光热发电系统在稳定性和经济性方面存在一定的问题。因此，为提高光热发电系统的经济性和稳定性，可以引入储能系统。在光热发电系统中，常见的储能技术包括相变储能和蓄热储能等。

相变储能利用物质相变时释放或吸收的潜热来储存和释放热能，这种技术被广泛应用于光热发电系统中。蓄热储能可以通过储存太阳能辐射产生的热能来提高光热发电系统的效率和稳定性。例如，通过在集热器中引入相变材料，当太阳能辐射较强时，集热器中的相变材料吸收热能并发生相变，将多余的热能储存起来；当太阳能辐射较弱时，相变材料会释放储存的热能，保持集热器的温度稳定，从而提高光热发电系统的效率和稳定性。

2.4在机械发电系统中的应用

机械发电系统是将机械能转化成动能，再将获得的动能转化成电能。相比于风能电力系统与光伏电力系统，机械发电系统需要经过两道能量转化操作，在能量转化过程中，能量循环质量会对最终电能转化效率产生直接影响。在机械发电系统中应用储能技术，可以优先考虑物理储能领域的压缩空气储能，其在提升机械发电系统的电能储存质量方面有良好效果。若想达到高效率压缩空气储能目标，则需要对压缩机、涡轮机等机械设备的工作原理、应用模式进行详细分析[5]。

3结语

储能技术具有双向功率特性和灵活调剂能力，可实现能源“断点续传”，支撑能源和信息的实时交互，有效改善新能源波动性、电网调峰调频能力不足，是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键环节。面对储能蓬勃发展态势，要以技术创新为基础，加快布局前瞻性、系统性、战略性储能关键技术攻关，坚持储能技术多元化发展。总之，储能技术是电力系统快速发展的关键技术。随着科技水平的发展，我们对储能技术的研究也将不断深化，储能技术也将不断完善，从而推动电力行业的持续发展和进步。

参考文献

[1]朱晓纲，于佳琪，李勇，等.基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法[J].智慧电力，2024，52（5）：82-89.

[2]郝丽丽，蔡雅琪，王正风，等.计及运行规划收益补偿的电能量市场储能报量报价策略[J].电力自动化设备，2024，44（5）：36-43，72.

[3]刘春雨.太阳能光热电站储能系统热性能研究及技术经济分析[D].西安：西安理工大学，2023.

[4]杨旭生.新能源并网及储能技术分析[J].新疆有色金属，2023，46（6）：96-97.

[5]张鹏，周建波，郭恺超.新能源电力系统中的储能技术[J].中国设备工程，2023（5）：219-221.