李 井，陳 哲

（山東省環(huán)能設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求，緩解用電壓力，新能源電力系統(tǒng)必須合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，以持續(xù)優(yōu)化其自身。儲(chǔ)能技術(shù)在提升系統(tǒng)安全性與可靠性的同時(shí)，為新能源發(fā)電與電網(wǎng)調(diào)度提供了一定幫助，因此，該技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。利用儲(chǔ)能技術(shù)能有效調(diào)節(jié)新能源電力系統(tǒng)資源，顯著提高能源使用效率[1]。

1 儲(chǔ)能技術(shù)概述

1.1 儲(chǔ)能技術(shù)的基本原理

儲(chǔ)能技術(shù)是一種將能量儲(chǔ)存在電池或其他設(shè)備中，以備將來使用時(shí)釋放的能源存儲(chǔ)方式。其基本原理是通過電化學(xué)反應(yīng)或物理過程將能量轉(zhuǎn)換成其他形式進(jìn)行儲(chǔ)存，然后將其轉(zhuǎn)化為可用的電能。目前，常見的儲(chǔ)能技術(shù)包括鋰離子電池、超級(jí)電容器、燃料電池等。其中，鋰離子電池是最為流行的一種儲(chǔ)能技術(shù)之一。鋰離子電池具有高能量密度、快速充電速度以及長壽命等優(yōu)點(diǎn)。因此，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、智能手機(jī)等領(lǐng)域。超級(jí)電容器可以實(shí)現(xiàn)非常大的電荷容量和極快的充放電速率，但壽命較短且成本較高。燃料電池可以在沒有外部電源的情況下直接產(chǎn)生電能，但是需要消耗氫氣或者其他燃料來維持運(yùn)行。

1.2 儲(chǔ)能技術(shù)的分類

儲(chǔ)能技術(shù)主要分物理形式和化學(xué)形式轉(zhuǎn)換為電能，不同類型儲(chǔ)能技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要針對(duì)不同的需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。物理形式可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和電磁場(chǎng)能，如風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電；化學(xué)形式包括電池、蓄電池、超級(jí)電容器等。儲(chǔ)能技術(shù)的分類主要有三種：靜態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)和混合型儲(chǔ)能技術(shù)。靜態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)是指將能量儲(chǔ)存在一個(gè)固定的位置上，比如鋰離子電池、鉛酸蓄電池等；動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)是指通過某種方式將能源轉(zhuǎn)化為其他形式，然后將其儲(chǔ)存下來，再利用時(shí)釋放出來；混合型儲(chǔ)能技術(shù)是將前兩者結(jié)合在一起的一種新型儲(chǔ)能技術(shù)。靜態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)具有穩(wěn)定性好、容量大、可重復(fù)充電等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在成本高、維護(hù)難度大等問題；動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)相比靜態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)更加靈活多樣，但是也存在著能量轉(zhuǎn)化率低、可靠性差等問題。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該綜合考慮各種因素來選取最適合的儲(chǔ)能技術(shù)。

1.3 儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)

1.高效率、高能量密度。相對(duì)于傳統(tǒng)的電能儲(chǔ)存方式，儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更高效的轉(zhuǎn)換效率，從而更好地滿足能源需求。

2.可再生性強(qiáng)、環(huán)保節(jié)能。儲(chǔ)能技術(shù)采用自然資源作為存儲(chǔ)介質(zhì)（如水、風(fēng)、太陽能），因此不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放和其他污染物質(zhì)，有利于減少環(huán)境污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3.靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)。儲(chǔ)能技術(shù)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供多種形式的服務(wù)，可以通過不同的控制策略來調(diào)節(jié)輸出功率和電壓，以適應(yīng)不同負(fù)荷情況和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。此外，儲(chǔ)能技術(shù)還可以與其他發(fā)電設(shè)備進(jìn)行協(xié)同工作，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.經(jīng)濟(jì)效益顯著。相比于傳統(tǒng)電源，儲(chǔ)能技術(shù)具有較低的投資成本和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)還有較高的回收價(jià)值和使用壽命。

5.安全性高、可靠性高。因?yàn)閮?chǔ)能技術(shù)存儲(chǔ)介質(zhì)是天然資源而非化學(xué)物質(zhì)，所以不存在爆炸、泄漏等問題。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)也可以通過智能化管理和監(jiān)控系統(tǒng)保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的電力儲(chǔ)能技術(shù)分類

2.1 儲(chǔ)熱技術(shù)

儲(chǔ)熱技術(shù)通常分為化學(xué)儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和顯熱儲(chǔ)能。其中，潛熱儲(chǔ)能即相變儲(chǔ)能，這種儲(chǔ)能技術(shù)以在物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)吸收或放出熱量為主，目前最為常用的相變儲(chǔ)能方式是固—液相變。相變蓄能與顯熱蓄能相比最大的區(qū)別是相變蓄能具有更高的溫度穩(wěn)定性和更高的能量密度。由于化學(xué)儲(chǔ)能以化學(xué)可逆反應(yīng)為主，可以實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)階梯形蓄熱，因此具有比潛熱、顯熱等其他蓄熱方式更高的儲(chǔ)能密度[2]。此外，化學(xué)儲(chǔ)熱具有較高的材料要求，選擇材料的難度較大，因此現(xiàn)階段所用儲(chǔ)熱技術(shù)多為顯熱儲(chǔ)能與潛熱儲(chǔ)能。

2.2 電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)最突出的特征是安裝靈活，響應(yīng)速度快，在電網(wǎng)中應(yīng)用該技術(shù)，能夠極大地提升能源和電力服務(wù)效率。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)能夠有效壓制新能源的迅速波動(dòng)，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，有利于強(qiáng)化微網(wǎng)的能量管理，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，我國電網(wǎng)中電化學(xué)能量存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是以鋰離子電池為主。

除此之外，在離網(wǎng)連接或弱電網(wǎng)地區(qū)應(yīng)用電池儲(chǔ)能，對(duì)風(fēng)能與太陽能發(fā)電穩(wěn)定性的提升有很大幫助，能夠解決該區(qū)域的電力資源緊張問題。配電網(wǎng)、新能源場(chǎng)站和微電網(wǎng)也是發(fā)展迅速的電化學(xué)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。隨著電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的迅猛發(fā)展，由于受壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)和抽水蓄能技術(shù)的影響，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在電力市場(chǎng)中所面對(duì)的競(jìng)爭壓力也日益增大。因此，必須利用電化學(xué)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，搶占新的能源市場(chǎng)。

2.3 氫儲(chǔ)能技術(shù)

氫儲(chǔ)能技術(shù)作為一種新興技術(shù)，所涉的領(lǐng)域很多，而當(dāng)前國內(nèi)的氫氣主要來自煤炭和天然氣。隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在國外，還開發(fā)出了利用新能源來生產(chǎn)氫氣的技術(shù)，新能源發(fā)電電解水制氫會(huì)消耗掉大量能量。在電力系統(tǒng)處于低負(fù)載狀態(tài)時(shí)，采用新能量來生產(chǎn)氫氣，可以提高新能量的利用率。

目前，在風(fēng)力波動(dòng)方面，具有良好適應(yīng)性的是堿性電解槽技術(shù)和固態(tài)聚合物電解水配制氫技術(shù)。光催化水裂解是最理想的制氫方式，這一技術(shù)利用光催化劑提高氫氣產(chǎn)量。但是，我國還有待進(jìn)一步深化該技術(shù)的研究，現(xiàn)階段的制氫技術(shù)所生產(chǎn)的氫氣并沒有達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的需要。在氫能運(yùn)輸鏈上，一般會(huì)選擇現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)，在天然氣管道內(nèi)裝入新能源制氫，以達(dá)到氫能運(yùn)輸目的，這一運(yùn)輸方法成本較低。但有關(guān)資料顯示，氫可能會(huì)侵蝕天然氣管道，所以技術(shù)人員也在加大力度研發(fā)氫能源特殊運(yùn)輸管線，以提升氫能源的利用率[3]。

3 儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

從新能源的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀來看，學(xué)者們重點(diǎn)研究了太陽能與風(fēng)能在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用。儲(chǔ)能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電能與其他能源在一定范圍內(nèi)的互相轉(zhuǎn)換與使用，繼而提升新能源系統(tǒng)本身的特性。但與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電相比，太陽能、風(fēng)能發(fā)電受自然環(huán)境干擾較大，穩(wěn)定性不高，以波動(dòng)性、間接性為主。針對(duì)該現(xiàn)象，風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始被用作輔助電源，這使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有很好的靈活性和很高的可靠性。但該方式會(huì)造成電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來不利影響。因此，需要增加風(fēng)力發(fā)電的比重，以確保電能供應(yīng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，使其能更好地為人民群眾服務(wù)。為保證電網(wǎng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，在風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)比重不大于10%的情況下，利用傳統(tǒng)技術(shù)是有效的解決方案；而在風(fēng)電裝機(jī)占比大于20%的情況下，利用高效儲(chǔ)能技術(shù)成為有效降低風(fēng)力發(fā)電自身波動(dòng)性與間歇性影響的重要手段。由于新能源電力系統(tǒng)大范圍并網(wǎng)，科研人員深入且全面地研究了儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅從某種程度上推動(dòng)了可再生能源開發(fā)，也起到了關(guān)鍵作用。這說明儲(chǔ)能技術(shù)既能有效緩解能源緊缺，又能優(yōu)化電能質(zhì)量，確保整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在新能源電力系統(tǒng)日益發(fā)展的背景下，儲(chǔ)能技術(shù)的合理應(yīng)用與充分發(fā)揮已成為關(guān)鍵的發(fā)展方向。

4 新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

4.1 光伏并網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)的合理運(yùn)用

利用儲(chǔ)能技術(shù)可以有效地解決光伏發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)功率均衡問題。在實(shí)際應(yīng)用中，利用被動(dòng)并聯(lián)蓄能策略，可以控制電池充放電功率，有效緩解光伏發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)情況。該方案在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的復(fù)合儲(chǔ)能方式，通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)的暫態(tài)功率來實(shí)現(xiàn)電能的均衡。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需結(jié)合具有更高能量密度的超級(jí)電容器和磷酸鐵鋰電池，并合理設(shè)定控制結(jié)構(gòu)和模式，使其功能得到最大限度的發(fā)揮。超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能在新能源電力系統(tǒng)中具有巨大的開發(fā)潛力，是未來儲(chǔ)能技術(shù)研究的重要趨勢(shì)。

4.2 風(fēng)能電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的合理運(yùn)用

瞬時(shí)功率均衡程度是新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，利用儲(chǔ)能技術(shù)，可以在一定程度上滿足有功功率和無功功率需求，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)功率均衡程度的最優(yōu)化，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)風(fēng)能電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問題，應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可以有效解決風(fēng)速干擾和聯(lián)絡(luò)線短路等問題。在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，采用儲(chǔ)能技術(shù)，可以保證風(fēng)能電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)速干擾時(shí)，也能保證風(fēng)能電力系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出。風(fēng)電出力可控性不足是制約風(fēng)能電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，利用儲(chǔ)能技術(shù)，可平滑風(fēng)電出力，提高風(fēng)電的可調(diào)度性。在平抑風(fēng)電出力波動(dòng)時(shí)，可利用串并聯(lián)的超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)來平滑風(fēng)電出力，可以有效提高風(fēng)能電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也可以在基于全功率變頻器的永磁同步風(fēng)電機(jī)組的直流母線上并聯(lián)飛輪儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)模糊控制，達(dá)到穩(wěn)定風(fēng)電機(jī)組輸出功率的目的[4]。

4.3 地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)

地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)是利用地球深部的熱能來產(chǎn)生電力的一種可持續(xù)能源形式，這一技術(shù)主要利用地殼內(nèi)部的熱量積累，通常通過鉆探深井將地?zé)崮軒У降乇?。地?zé)崮馨l(fā)電可以分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用通過將地?zé)崴魵庵苯佑糜诩訜峤ㄖ?、溫室或工業(yè)過程，而間接利用則通過地?zé)崴魵怛?qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。

地?zé)崮馨l(fā)電具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，地?zé)崮苁且环N穩(wěn)定的能源來源，不受天氣條件和季節(jié)變化的影響，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。其次，地?zé)崮馨l(fā)電不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體和空氣污染物，對(duì)環(huán)境友好。此外，地?zé)崮茉谶m宜的地區(qū)廣泛分布，尤其適合用于偏遠(yuǎn)地區(qū)或島嶼等電力供應(yīng)相對(duì)困難的地方。

然而，地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，它的利用受限于地?zé)豳Y源的地理分布，只有在一些特定地區(qū)才能夠充分利用。其次，鉆探和開發(fā)地?zé)崮苜Y源需要高成本投資，可能存在經(jīng)濟(jì)上的考慮。此外，地?zé)崮荛_發(fā)過程中需要注意地下水的管理，以避免地下水資源受到破壞。

5 新能源發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展展望

隨著全球能源模式從傳統(tǒng)化石能源向清潔高效能源發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，我國能源結(jié)構(gòu)也在經(jīng)歷前所未有的深刻調(diào)整。從電力能源結(jié)構(gòu)總量、裝機(jī)容量增長結(jié)構(gòu)、單位能源生產(chǎn)成本構(gòu)成來看，清潔能源發(fā)展迅速，已成為我國加快供給結(jié)構(gòu)的重要力量。能源部門改革。發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)涉及多行業(yè)、多部門、多縣（市、區(qū)）的系統(tǒng)工程。要切實(shí)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，拉緊責(zé)任鏈條，形成合力。嚴(yán)格實(shí)施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，集聚創(chuàng)新人才和資源等多種要素，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，積極發(fā)展儲(chǔ)能等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)中高水平發(fā)展聚焦交付，推進(jìn)儲(chǔ)能能源產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，尋求發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)?，F(xiàn)有的新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中都存在一定的能源資源利用效率不足的問題，未來在技術(shù)研發(fā)過程中，針對(duì)新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)開發(fā)，重點(diǎn)研發(fā)雙高儲(chǔ)能器件應(yīng)用市場(chǎng)及產(chǎn)品技術(shù)，例如，中車新能源對(duì)公司最新研發(fā)的3.6V-20000F 混合電容產(chǎn)品。功率型儲(chǔ)能器件在高功率電源、電力能源、軌道交通、新能源汽車以及工業(yè)領(lǐng)域都有眾多應(yīng)用。超級(jí)電容器雖然是一個(gè)很好的選擇，但其也有自身天然的短板，即能量密度不足，難以滿足更多的使用需求。通過從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料肌理和制造工藝多個(gè)角度同時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，徹底打破國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)高比能超級(jí)電容器的規(guī)?；瘧?yīng)用。這種基于新能源的雙高儲(chǔ)能器件已經(jīng)在有軌電車、純電動(dòng)公交、電力能源等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用成效顯著。

6 結(jié)束語

近些年，新能源發(fā)電技術(shù)已得到了快速發(fā)展，然而新能源發(fā)電系統(tǒng)的一些固有缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步發(fā)展。例如，新能源發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)無法達(dá)到高功率和大容量，因此目前許多國家正在研究新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)。盡管這些技術(shù)還處于早期階段，但它們也具有很大的發(fā)展?jié)摿?。例如，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)可將風(fēng)、光等新能源發(fā)電系統(tǒng)的能量儲(chǔ)存在高壓氣體中，從而實(shí)現(xiàn)能量的回收利用；鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)不僅可以儲(chǔ)存能量，還可以用于移動(dòng)電源車等領(lǐng)域[5]?？傊?，新能源發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)是未來新能源發(fā)電技術(shù)的重要組成部分。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。