楊光

【摘 要】近年來，資源短缺形式日益嚴(yán)峻，推動(dòng)了新能源的發(fā)展進(jìn)程，其發(fā)電規(guī)模逐漸擴(kuò)大。伴隨著供電需求和電網(wǎng)負(fù)荷的逐漸增加，對(duì)電網(wǎng)工作提出了更為嚴(yán)格的要求，電網(wǎng)調(diào)控和監(jiān)管工作也隨之變得更加復(fù)雜。儲(chǔ)能技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在電網(wǎng)運(yùn)行中，并成為電網(wǎng)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本文先對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行概述，然后簡單介紹了較為常用的電力儲(chǔ)能方式，最后探討了儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的具體應(yīng)用，希望能為電網(wǎng)建設(shè)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】儲(chǔ)能技術(shù)；電力系統(tǒng)；穩(wěn)定控制；應(yīng)用

為更好地滿足我國供電需求，加大了在電力儲(chǔ)能技術(shù)方面的研究，并結(jié)合我國能源特點(diǎn)，指明了電力儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)能技術(shù)得到了世界范圍內(nèi)各個(gè)國家的廣泛關(guān)注，并被大面積應(yīng)用在能源、交通和電力等領(lǐng)域。電能可以化學(xué)能、動(dòng)能等形式進(jìn)行存儲(chǔ)，依照實(shí)際存儲(chǔ)方式可將其劃分成物理、電化學(xué)、相變和電磁這四種儲(chǔ)能方式，且每一種儲(chǔ)能方式仍可細(xì)分。筆者將結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，粗略研究儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。

1.儲(chǔ)能技術(shù)概述

在電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)貫穿全程，它能夠進(jìn)一步滿足日益增長的供電需求，還能充分利用電網(wǎng)設(shè)備，提升電網(wǎng)運(yùn)行效率。儲(chǔ)能系統(tǒng)的大面積應(yīng)用不僅能夠優(yōu)化正在使用的電力系統(tǒng)建設(shè)模式，還能有效利用電網(wǎng)的整體資產(chǎn)。儲(chǔ)能技術(shù)參照能量類型可將其劃分成石油等基礎(chǔ)燃料、氫氣等中級(jí)燃料、電能和后續(xù)消費(fèi)能量這四種存儲(chǔ)方式，本文將著重探討電能存儲(chǔ)，參照能量存儲(chǔ)形式，可將其劃分成物理和化學(xué)這兩種儲(chǔ)能。因儲(chǔ)能技術(shù)位居較高的戰(zhàn)略地位，且技術(shù)含量較高，因此，世界范圍內(nèi)越來越多的國家加入到儲(chǔ)能技術(shù)的研究行列。其中日本編制了具體的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線；美國能源部也針對(duì)現(xiàn)代電池撰寫了相關(guān)技術(shù)報(bào)告，我國也意識(shí)到儲(chǔ)能技術(shù)的重要地位，并將其逐漸應(yīng)用在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中。

2.常見的電力儲(chǔ)能形式

2.1超導(dǎo)儲(chǔ)能

超導(dǎo)儲(chǔ)能的工作原理為：借助超導(dǎo)體性質(zhì)編制成線圈完成磁場(chǎng)能量儲(chǔ)存，無需將其轉(zhuǎn)換成能源便可完成功率傳輸。超導(dǎo)儲(chǔ)能具有高轉(zhuǎn)換效率、較大的比容量和比功率，可進(jìn)行大容量能量轉(zhuǎn)換，還能進(jìn)行電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率補(bǔ)償。

2.2飛輪儲(chǔ)能

碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料共同構(gòu)成了飛輪，其工作原理為：將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命較長、制造周期較短。另外，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)還能被沒有限制地進(jìn)行充電，且可快速充電，基本上不存在環(huán)境污染。然而，該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比維護(hù)經(jīng)費(fèi)較高。

2.3電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理為：借助正負(fù)極的化學(xué)反應(yīng)完成充放電，鉛酸、鎳鉻、鋰、鈉硫是較為常用的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中鉛酸電池在高溫條件下使用壽命較短，它與鎳鉻電池特性近似，比能量和比功率不高，但經(jīng)濟(jì)，制造成本不高，具有較強(qiáng)的可靠性，技術(shù)成熟，近年來被大面積應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，現(xiàn)階段儲(chǔ)能容量為20MW；鎳鉻電池工作效率較高，循環(huán)使用壽命較長，然而其容量隨著充放電次數(shù)的增加逐漸減少，仍需進(jìn)一步增強(qiáng)其荷點(diǎn)保持能力，因該電池中存在重金屬，對(duì)其使用具有嚴(yán)格的限制；鈉硫電池作為一種新型儲(chǔ)能電池，擁有廣闊的發(fā)展前景。

3.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，也決定著電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，本文將著重探討幾種常用儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。

3.1電池儲(chǔ)能的應(yīng)用

3.1.1發(fā)電環(huán)節(jié)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效增強(qiáng)風(fēng)能或者光能發(fā)電中電網(wǎng)運(yùn)行能力，具體的容量分配應(yīng)緊密結(jié)合具體的運(yùn)行模式和應(yīng)用目標(biāo)展開計(jì)算。通常風(fēng)能或者光能發(fā)電場(chǎng)中的容量在幾十MW之上，存儲(chǔ)時(shí)間一般在幾十分鐘和幾個(gè)小時(shí)之間。

3.1.2輸電環(huán)節(jié)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可最大限度地利用現(xiàn)存的電網(wǎng)資源，增強(qiáng)輸送能力，提高輸電線路的工作效率，節(jié)省輸電成本，還能憑借頻率、功率控制來增加輸電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。一般使用調(diào)頻調(diào)峰電站充當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其容量在幾十MW，存儲(chǔ)時(shí)間在幾十分鐘和幾個(gè)小時(shí)之間。

3.1.3變電環(huán)節(jié)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效增加電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，縮減電網(wǎng)供電峰谷差。位于變電端的儲(chǔ)能系統(tǒng)通常采用削峰填谷模式，容量在MW，存儲(chǔ)時(shí)間一般在四小時(shí)和八小時(shí)之間。

鉛酸蓄電池系統(tǒng)是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)可應(yīng)用在發(fā)電廠、變電站中，發(fā)揮備用電源的作用，使用多年，效果良好。該系統(tǒng)在保障電力系統(tǒng)日常、安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，有效增加了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.2飛輪儲(chǔ)能技術(shù)

3.2.1增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)再生能源采用收能力

分析發(fā)電以及光伏發(fā)電均具備間歇性特征，需要接入大量的可再生能源，這對(duì)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出了新的要求。飛輪儲(chǔ)能和風(fēng)力發(fā)電協(xié)同供電，這種供電模式能夠較好地規(guī)避開啟柴發(fā)暫時(shí)性停電現(xiàn)象的出現(xiàn)，縮減柴發(fā)開啟和啟停次數(shù)，充分利用風(fēng)能，節(jié)省發(fā)電成本，縮減電價(jià)。日本、美國等部分地區(qū)均采用了飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，這不僅能夠有效增加電網(wǎng)穩(wěn)定性，還能降低風(fēng)電出功波動(dòng)的影響程度，盡量減小柴油發(fā)電機(jī)的出力。

3.2.2提升電網(wǎng)運(yùn)行水平和增加經(jīng)濟(jì)性

暫態(tài)穩(wěn)定問題是電力系統(tǒng)中較為常見的穩(wěn)定問題，要求儲(chǔ)能裝置應(yīng)具備較高的瞬間功率且可短時(shí)間持續(xù)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)能夠靈活調(diào)整控制的有功源，自主參與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，且可在消除擾動(dòng)后減小短暫態(tài)過渡時(shí)間，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)將系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)可較好地滿足電站日新月異的需求，憑借其可快速調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，可獲得事半功倍額效果。美國能源部已經(jīng)建成飛輪儲(chǔ)電站，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)將更加成熟，將被應(yīng)用到更廣的范疇中，可增加電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.3蓄電池和超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)

分析現(xiàn)階段超級(jí)電容器和蓄電池的物理特征可知，這兩種儲(chǔ)能技術(shù)均具有互補(bǔ)性。其中蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)擁有較大的能量且密度較高，循環(huán)壽命相對(duì)較短，功率密度不高，放電和充電效率不高；超級(jí)電容器能量不大且密度較低，目前還無法大面積應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。然而，如果將同時(shí)應(yīng)用這兩種系統(tǒng)，取長補(bǔ)短，能夠顯著加強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能。

4.結(jié)語

儲(chǔ)能技術(shù)在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和改變電力生產(chǎn)消費(fèi)模式中發(fā)揮著重要的作用，它能夠有效解決可再生能源發(fā)電問題，并能提升電網(wǎng)運(yùn)行效率，還能及時(shí)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)突發(fā)性故障，改善電能質(zhì)量，較好地滿足日益增長的供電需求。我們應(yīng)加大在儲(chǔ)能技術(shù)方面的研究，未來儲(chǔ)能技術(shù)將朝著更加高效和經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。緊密結(jié)合我國能源分布特征，貫徹落實(shí)國家電網(wǎng)格局，加強(qiáng)儲(chǔ)能技術(shù)建設(shè)，進(jìn)而優(yōu)化電力系統(tǒng)分配，促進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)步、健康發(fā)展。 [科]

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