曹文得

摘要：隨著全球電氣化革命的不斷深入推進(jìn)，電氣技術(shù)已經(jīng)嵌入人類生活的每個DNA中，與人類生活密不可分。但由于國家、地域在能源分布、使用和數(shù)量上的不均，特別是使用時間上的不均，這為電氣工程領(lǐng)域帶了困難。為了解決電能在分布、使用和數(shù)量上的不均問題，更加合理高效的利用好電能，儲能技術(shù)就成為了電氣行業(yè)發(fā)展的題中應(yīng)有之義。本文對儲能技術(shù)在電氣工程應(yīng)用的特點和相關(guān)問題進(jìn)行了探討，對其未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù)；電氣工程；應(yīng)用與展望

第二次科技革命為人類帶來了電能，在給人類生活帶來便利的同時，推動著人類社會的進(jìn)步和發(fā)展。社會的進(jìn)一步發(fā)展又在推動電能在人類生活各領(lǐng)域的深入應(yīng)用。進(jìn)入2 1世紀(jì)以來，電氣工程的發(fā)展也更加突出的遭遇電能資源在國家、地域在上面臨能源分布、使用和數(shù)量上不均，這些問題對電能的使用效率和可靠性提出了挑戰(zhàn)，呼喚儲能技術(shù)從中發(fā)揮重大作用。

1.未來電氣工程學(xué)科面臨的新問題及儲能技術(shù)的作用

1.1 電氣系統(tǒng)安全高效運行問題

目前我國電力系統(tǒng)正在向大電網(wǎng)方向發(fā)展，隨著我國用電量的不斷增長以及國家電網(wǎng)規(guī)模不斷的擴大，電網(wǎng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)日益復(fù)雜，遇到風(fēng)險的可能性也隨之增加，應(yīng)對措施也更加復(fù)雜。動態(tài)過程的強耦合性和系統(tǒng)的隨機性更加劇了整個電力系統(tǒng)的運行風(fēng)險，電網(wǎng)的互聯(lián)互通在一定程度上提升電力傳輸能力和電力運行可靠性的同時也讓電力系統(tǒng)單個事故引發(fā)高風(fēng)險的概率增加。

與此同時，電力系統(tǒng)的運行需要靈活性，但電力系統(tǒng)又是一個受約束的系統(tǒng)。儲能技術(shù)為電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制提供了另外一種可能。目前，在社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，人們對于電力的需求越來越多，夜間電力的需求量也較大。但即便如此，并不是每一時段的電量需求都相同，比如在夏天的時候由于氣候炎熱，人們可能就需要空調(diào)來散熱，這時候?qū)﹄娏康男枨缶捅容^大。冬季的時候人們也需要取暖設(shè)施，這時候電量供應(yīng)也會變大。在春秋季，電量的需求就會相比較下比較少。但為了滿足不同時間人們對電能的需求，這就要求電力系統(tǒng)的備用容量一定要大，不能在用電的時候產(chǎn)生電量不足的情況。以往解決這類問題都是靠多裝發(fā)電機組的手段解決，存在一性投資大、利用率低的情況，儲能技術(shù)可以有效的解決這方面的問題，以較為經(jīng)濟(jì)的成本提高能源的儲備量，提高電力系統(tǒng)運行的效率。

1.2 可再生能源的規(guī)?；煤头植际侥茉聪到y(tǒng)建立的問題

傳統(tǒng)的發(fā)電能源主要是煤、天然氣、水等，煤和天然氣屬于不可再生能源，而水資源的開發(fā)也已日漸飽和。因此，必須尋找出新的能源來推動電力的發(fā)展。現(xiàn)在大家也在不斷地尋求新能源，如風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮艿?。但這些能源形式大多存在發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定等特點。

另一方面，傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)電源點集中，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。一旦發(fā)生大的故障，較易產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，對周圍大范圍內(nèi)的用電都會產(chǎn)生影響。例如美國能源部8.14大停電事故就給美國帶來了不可預(yù)估的損失。如果將分布式發(fā)電和可再生能源的利用相結(jié)合，輔之以儲能技術(shù)，就可以建立一個更加智能、堅強、高效的電力系統(tǒng)。

1.3 環(huán)境保護(hù)的問題

現(xiàn)在大氣污染和全球變暖已經(jīng)危害到了許多國家的安全和利益，是全世界要共同面對的問題。如果大氣污染繼續(xù)加重，全球氣溫變暖繼續(xù)加劇，冰川融化隨之加劇，一些沿海國家和低地就有可能被淹沒，問題不容忽視。在日常生活中的交通工具等尾氣的排放以及石油、煤等燃燒都是大氣污染及全球變暖的元兇。如何降低化石能源在能源消耗中的總占比、同時提升化石能源的利用轉(zhuǎn)化效率都成為了新的研究課題，新能源電動汽車成為了解決這一矛盾問題的有力探索，而儲能技術(shù)正是電動汽車行業(yè)發(fā)展的核心和命門所在，提高儲電池的儲能密度以及電池快速充電的能力，這樣就可以減少大量化石能源被分散燃燒，轉(zhuǎn)而利用風(fēng)電光伏等新能源，降低化石能源占比，或者建設(shè)能源轉(zhuǎn)化效率更高的大型發(fā)電廠，提升化石能源的整體利用效率。因此推進(jìn)儲能技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，對于環(huán)境保護(hù)工作具有積極意義。

2 多元混合儲能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 超導(dǎo)和蓄電池混合儲能

超導(dǎo)儲能的特點是效率高、環(huán)境的污染小、穩(wěn)定性強。但是這套技術(shù)運用了大量的壓縮機和泵來維持冷卻度，成本較高，系統(tǒng)本身也較為復(fù)雜。蓄電池的特點是可以緩解高峰期時的供電壓力，并且蓄電池的成本比較低，有效地解決了超導(dǎo)儲能高成本的問題，所以將超導(dǎo)儲能和蓄電池結(jié)合使用對于推動儲能技術(shù)的發(fā)展具有重大積極意義。

2.2 超級電容器和鋰電池混合儲能

鋰電池是一種新型的儲能裝置，在我國目前的電力系統(tǒng)和電動汽車行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。這種電池技術(shù)的儲能量很大、電壓高、輸出功率也較大、占用空間小，對于環(huán)境的污染小。電容器的充電和放電速度比電池充放電速度高得多，最高可達(dá)到1000倍，且在高功率電動車中超級電容器放電速度快的優(yōu)點避免了為了追求放電速度而刻意加大鋰電池容量的問題。將超級電容器與鋰電池耦合使用，對于電動汽車及其他需要快速充放電行業(yè)的發(fā)展具有推動作用。

2.3 壓縮空氣儲能與釩液流電池混合儲能

釩液流電池現(xiàn)在也是應(yīng)用非常廣泛的一種儲能手段。這種電池功率很大，并且儲存能源的容量也非常大，充電非常快，效率非常高。其優(yōu)點在于可以根據(jù)項目需要匹配生產(chǎn)和設(shè)計滿足現(xiàn)場需要的尺寸和容量的電池，相較于壓縮空氣儲能其在能量釋放方面具有一定優(yōu)勢，并且污染程度比較小，將兩者相結(jié)合可與風(fēng)電、光伏等項目結(jié)合使用。

3 未來電氣工程領(lǐng)域中儲能技術(shù)的應(yīng)用

3.1安全和穩(wěn)定性問題得到加強

我國地域廣，幅員遼闊，各類能源分布不均，電力資源和使用也分布不均，這對于我國電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定造成了很大程度上的影響。儲能技術(shù)可以幫助電網(wǎng)系統(tǒng)在約束電網(wǎng)規(guī)模、提高電網(wǎng)運行靈活度，以及提供電網(wǎng)系統(tǒng)的安全裕度等方面具有非常重大的作用。電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行問題本質(zhì)上是一個發(fā)與用的動態(tài)匹配過程，儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用，對于電網(wǎng)的電能匹配無疑作用明顯。同時，儲能技術(shù)的發(fā)展在提升社會能源綜合利用效率方面具有積極意義。

3.2 可再生能源系統(tǒng)的耦合

可再生能源系統(tǒng)與供電系統(tǒng)的深度耦合成為了現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，尤其是近些年來的分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，讓用戶不僅只限于成為能源使用者，同時也成為了能源供應(yīng)者。與此同時，儲能技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)的耦合，在提升可再生能源系統(tǒng)的可靠性方面起到了至關(guān)重要的作用，同時，可以通過創(chuàng)設(shè)可再生能源耦合先進(jìn)的儲能技術(shù)，改變傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的模式，進(jìn)行分布式供電，在提高我國供電系統(tǒng)的靈活性的同時，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.3 推進(jìn)節(jié)能環(huán)保理念提升

儲能技術(shù)的發(fā)展提升，新能源汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，在推動降低化石能源在一次能源中的消耗占比，降低汽車尾氣污染及其他化石能源污染等方面具有非常關(guān)鍵的地位和作用。隨著電動新能源汽車的不斷普及，全社會范圍內(nèi)對于節(jié)約能源、綠色出行的理念更加推崇。

4 結(jié)束語

總之，儲能技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，使得電池在儲存容量、能量密度、充放電速度和充放電安全性等方面不斷提升。這促進(jìn)了我國新能源系統(tǒng)的發(fā)展，提升了新能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時也為電網(wǎng)的安全可靠性控制提供了可能和運行靈活性。同時，儲能技術(shù)的發(fā)展推動了電動汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，在減少一次能源消耗、環(huán)境保護(hù)等方面起到了關(guān)鍵作用。儲能技術(shù)是我國電力行業(yè)發(fā)展的新方向，推動儲能技術(shù)的提升和發(fā)展也成為了一項重要課題。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：重慶兩江綜合能源服務(wù)有限公司）