吳嘉澍

摘 要：我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)速度不斷加快，城鄉(xiāng)供電覆蓋面增大，這在給群眾提供生活便利的同時(shí)也給電力工業(yè)生產(chǎn)提出更多的要求。本文將結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展概述，討論其在電力工程領(lǐng)域中抽水儲(chǔ)能、空氣壓縮、電池儲(chǔ)能、平穩(wěn)風(fēng)電波動(dòng)、優(yōu)化輸配電等方面的應(yīng)用，致力于保護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)高效的電能供給。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù);電氣工程;電力供應(yīng)

引言：21世紀(jì)開始，人類對(duì)電能的開發(fā)使用程度達(dá)到了新的高度，電力成為了人類社會(huì)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求，電力企業(yè)必須要結(jié)合實(shí)際情況，優(yōu)化現(xiàn)有能源供給結(jié)構(gòu)，提高電力儲(chǔ)能的質(zhì)量，從而保障輸配電過程的安全性與穩(wěn)定性。

一、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展概述

眾所周知，電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)直接決定了用戶的使用效果，所以電氣工程需要始終處于平穩(wěn)狀態(tài)運(yùn)作。然而近幾年，全球范圍內(nèi)的不可再生能源開采形式緊張，儲(chǔ)備量告急。對(duì)應(yīng)的新能源發(fā)電成為各界關(guān)注的要點(diǎn)，大量新能源裝機(jī)開始并入電網(wǎng)。電能容量比例也在不斷增大，但是新能源發(fā)電仍處于起步階段，所以無論是風(fēng)能發(fā)電還是太陽(yáng)能都會(huì)因?yàn)槭艿阶匀画h(huán)境的影響，不能保證穩(wěn)定發(fā)電。而且新能源發(fā)電技術(shù)在大規(guī)模接入電網(wǎng)后，其波動(dòng)性會(huì)造成電壓閃變現(xiàn)象，不利于系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性。如果風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備在并網(wǎng)后運(yùn)行功率超出規(guī)定范圍，就會(huì)造成電力系統(tǒng)運(yùn)行波動(dòng)。而儲(chǔ)能設(shè)備可以釋放能量，維持系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性，改善新能源發(fā)電瞬時(shí)性的劣勢(shì)。儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電氣工程的適用性較強(qiáng)，可以應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，例如：發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)、用戶端等等。在電氣系統(tǒng)中安裝了儲(chǔ)能系統(tǒng)后，電力負(fù)荷走向得以優(yōu)化，峰谷差減少，新能源并網(wǎng)比例增加。不僅可以降低供電成本，另外還可以提高電網(wǎng)運(yùn)作的安全性及可靠性，目前，投入使用的儲(chǔ)能技術(shù)可以按照能量存儲(chǔ)形式及結(jié)構(gòu)機(jī)理劃分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能兩種。

二、儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

（一）水庫(kù)抽水儲(chǔ)能

目前來看，水庫(kù)抽水儲(chǔ)能技術(shù)擁有較強(qiáng)的電力儲(chǔ)存能力，能夠在電力企業(yè)用高峰期時(shí)，及時(shí)為電氣工程補(bǔ)充能量，而且抽水儲(chǔ)能技術(shù)在世界范圍都有較廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)能水平相對(duì)成熟，使用起來比較安全，也是全球范圍內(nèi)使用面最廣的一種儲(chǔ)能方法。抽水儲(chǔ)能是由上水庫(kù)與下水庫(kù)共同實(shí)現(xiàn)，上水庫(kù)位置較高，勢(shì)能也大，下水庫(kù)位置較低，勢(shì)能較弱。在電力工程處于負(fù)荷較小時(shí)期，抽水儲(chǔ)能站就會(huì)將水源從下游水庫(kù)抽調(diào)到上游，通過勢(shì)能轉(zhuǎn)化來形成電力，然后進(jìn)行儲(chǔ)能。等到電氣企業(yè)處于用電高峰時(shí)期，上游水庫(kù)的重力勢(shì)能就會(huì)開始發(fā)電，從而改善電網(wǎng)供電不足的問題。在供電過程中，儲(chǔ)能設(shè)備會(huì)始終保持在發(fā)電機(jī)運(yùn)作的狀態(tài)下。在電力工程使用抽水儲(chǔ)能技術(shù)能夠很大程度上彌補(bǔ)電力工程峰值供電不足的問題，同時(shí)在低谷用電控制上也有良好表現(xiàn)。但是水庫(kù)抽水儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用很容易受到地理位置的影響，所以儲(chǔ)能電站一般都建立在離發(fā)電中心較遠(yuǎn)的位置，這樣一來電力運(yùn)輸過程中很容易發(fā)生能源損耗問題，而且電網(wǎng)線路一旦發(fā)生故障，維修起來十分不便[1]。

（二）空氣壓縮儲(chǔ)能

空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)是通過使用電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)從壓縮空氣內(nèi)能——機(jī)械能——電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)電氣工程內(nèi)的電力運(yùn)行負(fù)荷較大時(shí)，管理人員可以將被壓縮的空氣釋放出來，以空氣內(nèi)能來驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)等發(fā)電設(shè)備?？諝鈮嚎s儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用原理與抽水儲(chǔ)能技術(shù)原理基本一致。發(fā)電企業(yè)只要具有一定規(guī)模，就能夠用空氣壓縮機(jī)來改善電氣工程峰谷期電差值的問題。需要注意的是，在使用空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)，電氣企業(yè)需要選擇一個(gè)開闊的場(chǎng)地，來存儲(chǔ)壓縮后的空氣。例如：可建立水封恒壓氣體儲(chǔ)存站，該儲(chǔ)存站能夠保持空氣輸出壓力的平穩(wěn)性。顯著提升燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠整體運(yùn)行的質(zhì)量。近幾年，隨著我國(guó)分布式發(fā)電系統(tǒng)的不斷建設(shè)，空氣儲(chǔ)存設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也更加完善。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)可以通過增壓來減小氣體儲(chǔ)存設(shè)備的占地面積，在日后燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員也需要針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的改良。

（三）電池系統(tǒng)儲(chǔ)能

電池系統(tǒng)儲(chǔ)能是利用化學(xué)反應(yīng)來轉(zhuǎn)化電能，按照電池內(nèi)的電力勢(shì)能高低來區(qū)分出電池的正負(fù)極，然后利用正負(fù)極之間氧化還原反應(yīng)的“可逆性”來實(shí)現(xiàn)充放電操作。使用電池進(jìn)行儲(chǔ)能，可以按照供電要求來調(diào)整配置儲(chǔ)能功率以及儲(chǔ)能量，使用起來更加靈活，而且響應(yīng)速度快。電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性比較高，不會(huì)受到地理環(huán)境、自然氣候的影響，所以適合大范圍的成產(chǎn)及批量化使用。但是電池儲(chǔ)能技術(shù)也有一定缺點(diǎn)，例如：電池成本造價(jià)偏高、使用年限偏低等等。近幾年，電池儲(chǔ)能技術(shù)也在不斷更新，應(yīng)為其適宜大規(guī)模生產(chǎn)且反應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，在商業(yè)供電方面有良好表現(xiàn)，越來越多的新型電池被開發(fā)出來，電池容量也在加大，并基本實(shí)現(xiàn)了循環(huán)壽命[2]。

（四）平穩(wěn)風(fēng)電波動(dòng)

一直以來，電氣企業(yè)均使用火力發(fā)電，通過燃燒煤、石油和天然氣等來帶動(dòng)火電機(jī)組的運(yùn)行，這種發(fā)電方式是可以通過人為控制，所以發(fā)電過程相對(duì)穩(wěn)定;但是新能源發(fā)電會(huì)受到自然因素的影響，例如：風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行是靠風(fēng)力轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，其發(fā)電質(zhì)量會(huì)受到風(fēng)速的影響，而風(fēng)速屬于不可控制因素，有很強(qiáng)的不確定性。所以從風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電具有一定的波動(dòng)性。而且風(fēng)電場(chǎng)一般都設(shè)置在遠(yuǎn)離負(fù)荷的場(chǎng)地，輸配電質(zhì)量會(huì)受到輸電線路容量的影響，所以風(fēng)力發(fā)電自身具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、不可控性、間歇性。因此，技術(shù)人員需要利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來改善風(fēng)電場(chǎng)功率的波動(dòng)性能，從而降低不同運(yùn)行情況下因風(fēng)電的波動(dòng)而引起的系統(tǒng)波形頻率變化，進(jìn)一步降低電網(wǎng)調(diào)峰所面臨的壓力。

（五）優(yōu)化輸配電過程

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，電氣工程的電網(wǎng)負(fù)荷也在增加，負(fù)荷峰谷的差值加大，這給輸配電工作的開展也帶來了一定難度，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性都受到影響，為保證群眾平穩(wěn)用電，管理人員需要根據(jù)負(fù)荷容量及負(fù)荷峰谷差值的變化，對(duì)變電站及輸電線路進(jìn)行合理擴(kuò)容。我國(guó)電力行業(yè)建設(shè)規(guī)劃要求電網(wǎng)擴(kuò)容量要達(dá)到原來輸送量的125%以上，甚至要達(dá)到150%才能滿足峰值用電負(fù)荷要求。但是每年用電負(fù)荷峰值只出現(xiàn)在很短的時(shí)間內(nèi)，甚至累計(jì)起來不超過十個(gè)小時(shí)，所以在擴(kuò)容以后，變電站大部分時(shí)間都處在低負(fù)荷率運(yùn)作的狀態(tài)，設(shè)備容量沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用，成本投資被浪費(fèi)。而且對(duì)于城市來說，人口密集，用地緊張，想要擴(kuò)充輸電通道十分困難。所以為了緩解緊張的用電形式，工作人員需要利用儲(chǔ)能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)輸配電。通過在變壓器側(cè)面安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷低谷期充電，負(fù)荷峰值放點(diǎn)，縮小兩者之間的負(fù)荷差。并利用峰谷之間的電價(jià)差，為企業(yè)獲取更多經(jīng)濟(jì)收益。而且儲(chǔ)能系統(tǒng)還具有孤島運(yùn)行功能，與可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)配合，可以構(gòu)建含負(fù)荷在內(nèi)的智能微網(wǎng)系統(tǒng)，提高變電站供電的可靠性。配電側(cè)的儲(chǔ)能設(shè)備可以在低谷時(shí)段將電能儲(chǔ)存起來，然后高峰期釋放，緩解輸配電壓力，降低變壓器負(fù)荷，而變壓器溫度降低，能夠保證運(yùn)行狀態(tài)的平穩(wěn)性，提高供電質(zhì)量[3]。

結(jié)論：綜上所述，近幾年智能建筑、電子家居產(chǎn)品的興起改變了人們的用電方式，消費(fèi)者用電需求量逐漸增大。這給電氣工程的運(yùn)行也提出更大的挑戰(zhàn)，尤其是不可再生資源緊張，開發(fā)新能源已經(jīng)是電力行業(yè)必然發(fā)展趨勢(shì)。因此，工作人員必須要認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能技術(shù)的重要性，并結(jié)合實(shí)際情況在電氣工程中開展使用。

參考文獻(xiàn)：

[1].10位大咖，傾力解讀儲(chǔ)能電力電子關(guān)鍵技術(shù)，透析未來四大新趨勢(shì)[J].變頻器世界，2019（10）：9-13.

[2]胡琳琳，胡文平，時(shí)珉，等.大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在河北省南部電網(wǎng)應(yīng)用的適用性研究[J].河北電力技術(shù)，2019，38（02）：26-28+49.

[3]朱金鳳.智能攜手綠色發(fā)展——2018中國(guó)能效管理創(chuàng)新技術(shù)高峰論壇成功舉辦[J].電氣時(shí)代，2019（01）：20-22.