白意昌

儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

白意昌

（成都理工大學(xué) 四川成都 610000）

電力系統(tǒng)中，發(fā)電和用電同時(shí)發(fā)生，在用電高峰承受著巨大的發(fā)電壓力，再用電低谷又存在著大量閑置電力無用，造成了大量的電力資源浪費(fèi)。而儲能技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)調(diào)度過程，用電高峰時(shí)段的發(fā)電壓力可以得到顯著緩解，讓已有的電力設(shè)備的利用率得到有效提高；減少電網(wǎng)設(shè)備供電壓力的同時(shí)，減少電網(wǎng)發(fā)生故障的情況，維護(hù)整體電網(wǎng)的發(fā)用電安全，從而滿足社會對穩(wěn)定電力的要求；顯著減少電網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)的資金投入，逐漸將現(xiàn)有的外延擴(kuò)張性的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)涵增效型。

儲能技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用

1 儲能技術(shù)的意義和作用

傳統(tǒng)化石能源的日漸匱乏以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，極大地促進(jìn)了新能源技術(shù)的發(fā)展，氣發(fā)電規(guī)模日益增長，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著越來越重要的角色。以火電這樣的傳統(tǒng)發(fā)電模式為例，通常是按照電網(wǎng)用電的需求進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和用電的調(diào)度和調(diào)整；而以風(fēng)能、太陽能等為基礎(chǔ)的新能源技術(shù)發(fā)電更加依賴于自然資源條件。由于風(fēng)能和太陽能具有波動性和間歇性，對此進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的難度更大，對并網(wǎng)后的電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來更大的不利影響。但由于儲能技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上解決新能源發(fā)電與生俱來的波動性和間歇性，使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，同時(shí)提高了能源利用的效率，讓新能源發(fā)電成為具有經(jīng)濟(jì)和安全雙重優(yōu)勢的能源形式。傳統(tǒng)電網(wǎng)中發(fā)電和電網(wǎng)的負(fù)荷時(shí)刻處于動態(tài)的平衡，也即通常所說的“即發(fā)即用”，不存在儲能的問題。但是產(chǎn)生的電力即時(shí)發(fā)出，供電用電保持時(shí)刻平衡，這種供電模式和思路已經(jīng)越來越不適合新型的社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對今后的電網(wǎng)的日常維護(hù)調(diào)度管理的提出的更大的挑戰(zhàn)。而且傳統(tǒng)輸配電運(yùn)營中為滿足輸配電設(shè)備在電網(wǎng)負(fù)荷最高峰的正常運(yùn)營，需要投入大量資金用于輸配電設(shè)備的購買，導(dǎo)致電力系統(tǒng)整體的負(fù)荷率偏低，電力設(shè)備的總體利用率較低。在引入新型的儲能技術(shù)后，電力成為了可儲存的商品，顛覆了過去遵循發(fā)電、輸電、配電、用電同時(shí)進(jìn)行的局面，供電和用電不再同時(shí)發(fā)生，電力的供需之間的實(shí)時(shí)平衡也不再那么重要，新的發(fā)電理念將促進(jìn)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、輸配電調(diào)度等發(fā)生根本性的發(fā)展變革。

2 儲能技術(shù)

2.1 電池儲能應(yīng)用

電池儲能是智能電網(wǎng)體系中運(yùn)用最為廣泛的一種技術(shù)。無論是在智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)，還是在智能電網(wǎng)配電和用電環(huán)節(jié)，電池儲能系統(tǒng)都得到廣泛運(yùn)用?？傮w而言，儲能技術(shù)具有發(fā)電功能、保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、供電功能和促進(jìn)再生能源利用等功能。作用表現(xiàn)為削峰填谷、備用電源、提高新能源并網(wǎng)能力和電網(wǎng)調(diào)頻。

（1）電池儲能在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。將電池儲能系統(tǒng)運(yùn)用到智能電網(wǎng)體系中，可以大大提升電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)陌踩院透咝?。電池儲能系統(tǒng)的容量配置需要根據(jù)智能電網(wǎng)運(yùn)行方式和運(yùn)用目標(biāo)進(jìn)行綜合評估與核算。就目前我國示范工程智能電網(wǎng)儲能容量而言，平滑風(fēng)電功率儲能容量為一般風(fēng)電的25%左右；智能電網(wǎng)體系中的穩(wěn)定功率儲能系統(tǒng)容量為一般風(fēng)電的65%左右。由此可見，智能電網(wǎng)儲能體系中大規(guī)模風(fēng)/光發(fā)電場儲能容量一般在幾十兆瓦上，存儲時(shí)間較長。電池儲能通過接入35kV電壓等級線路接入職能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。

（2）輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。將電池儲能系統(tǒng)引入智能電網(wǎng)體系中，不僅可以有效提高輸電線路的穩(wěn)定性和安全性，還可以降低維修成本和管理成本。智能電網(wǎng)體系中的儲能系統(tǒng)可以用作容量較大的調(diào)頻電站，延長容量存儲時(shí)間，提高輸電運(yùn)輸效率。

（3）變電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。將電池儲能系統(tǒng)引入職能電網(wǎng)體系中，可以提升職能電網(wǎng)存儲系統(tǒng)容量和電功率。一般情況下，智能電網(wǎng)存儲系統(tǒng)中，電池存儲時(shí)間大約為7h，將變電側(cè)儲能裝置10kV母線接入輸電線路系統(tǒng)中，確保并網(wǎng)運(yùn)行。

2.2 混合儲能系統(tǒng)

混合儲能系統(tǒng)主要是蓄電池和超級電容量儲能體系。蓄電池和超級電容量由于在技術(shù)特性方面具有互補(bǔ)性，因此將其結(jié)合可以使職能電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大功效。就蓄電池系統(tǒng)而言，具有密度大、壽命短、功率小、效率低、充電功率較差等特點(diǎn)；就超級電容量系統(tǒng)而言，具有密度低、壽命長、功率大、效率高、充電功率性能良好等特點(diǎn)。因此，將超級電容量與蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以起到優(yōu)勢互補(bǔ)的作用，因此其在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。但是，蓄電池與超級電容量在電力系統(tǒng)中不能同時(shí)使用，否則會大大降低電池電容器功率和使用壽命，破壞電池儲存系統(tǒng)的性能。

2.3 飛輪儲能

高速旋轉(zhuǎn)的軸承能夠產(chǎn)生能量，帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速增加所產(chǎn)生的能量也會隨著增大。達(dá)到發(fā)電系統(tǒng)導(dǎo)通的點(diǎn)時(shí)，能夠帶動系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)并傳出電能。該種技術(shù)是將能量存儲在電網(wǎng)內(nèi)部的，需要使用時(shí)會導(dǎo)通并將電能傳入到總的電能消耗部分中，轉(zhuǎn)輪在電能的作用下能夠達(dá)到額定運(yùn)行速率，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的調(diào)控。該技術(shù)具有噪聲小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，使用時(shí)也不會產(chǎn)生污染排放，保障了發(fā)電區(qū)域的環(huán)境安全。

3 電力儲能應(yīng)用分析

3.1 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

系統(tǒng)穩(wěn)定是電網(wǎng)安全運(yùn)行的首要條件，種種隨機(jī)性的擾動（負(fù)荷突變、雷電、設(shè)備故障等）都會造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定（功角振蕩、電壓失穩(wěn)、系統(tǒng)頻率偏移等）。將儲能系統(tǒng)安裝在發(fā)電機(jī)機(jī)端或系統(tǒng)重要節(jié)點(diǎn)處，擾動發(fā)生時(shí)，通過運(yùn)行過程中控制儲能充放電時(shí)間及有功、無功功率交換，快速平抑系統(tǒng)的振蕩。通過協(xié)調(diào)配合使系統(tǒng)中的自動調(diào)節(jié)和安穩(wěn)裝置有時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，避免系統(tǒng)失穩(wěn)。在單機(jī)無窮大系統(tǒng)上，比較分析了SMES對應(yīng)不同設(shè)定的切除時(shí)間時(shí)發(fā)電機(jī)功角響應(yīng)情況，驗(yàn)證了SMES可以增加故障后極限切除時(shí)間，從而阻尼系統(tǒng)振蕩以提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

3.2 提高電網(wǎng)對新能源的接納能力

隨著大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電并入電網(wǎng)，其隨機(jī)性和波動性的特性對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大負(fù)面影響。為保證這些新能源可靠供電，附加儲能裝置對其進(jìn)行緩沖，可有效削弱新能源對電網(wǎng)的沖擊，以提高大容量風(fēng)電場或光伏電站接入能力，提升分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的可控性和可調(diào)性，促進(jìn)可再生能源開發(fā)和利用。隨著新能源在電網(wǎng)中滲透率的提高，如果能利用資源的多樣性和地域分布特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)調(diào)節(jié)，使可再生能源發(fā)電量與儲能容量形成互補(bǔ)，則能夠大量減少系統(tǒng)發(fā)電備用和儲能需求量。

4 結(jié)論

隨著城市化腳步的加快，國家電網(wǎng)對新型能源的需求加大，風(fēng)能和太陽能等可再生能源被逐步開發(fā)。與此同時(shí)，為進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和高效性，需要將新型儲技術(shù)引入電力系統(tǒng)中，在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上降低溫室氣體的排放量，促進(jìn)電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，以構(gòu)建智能化和多元化的電力系統(tǒng)。

[1]艾欣，董春發(fā).儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的研究綜述[J].現(xiàn)代電力，2015（05）：1～9.

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1004-7344（2016）33-0156-01

2016-11-12