王鵬鑫
【摘 ?要】儲能雖然在我國起步較晚,但隨著我國新電改方案的實施,清潔能源發(fā)電、智能微電網、電動汽車等行業(yè)的發(fā)展將不斷提速,儲能技術的應用將形成新的發(fā)展趨勢。在發(fā)電、輸電、配電以及用電等各個環(huán)節(jié),儲能技術將得到廣泛的應用。
【關鍵詞】新能源;電力系統(tǒng);儲能技術;分析與研究
1導言
當前的新能源電力系統(tǒng)的儲能技術包括物理儲能技術、化學儲能技術、電磁儲能技術與相變儲能技術四大類型,每一種類型又分成多種具體的技術應用方法。新能源電力系統(tǒng)對于儲能技術的應用,不僅需要其具有較高的能源轉化效率與較大的儲能容量,還需要由較快的響應效果。結合上述對各種儲能技術性能的探討,可以將多種儲能技術相互配置,通過彼此協(xié)調來發(fā)揮更大的儲能效果。
2儲能技術的分類概述
電能可轉化為化學能、機械能、電池能等形式達到儲存的目的。按不同的轉化方式進行分類,可分為電化學儲能、機械儲能、相變儲能以及電池儲能。而機械儲能主要包括了壓縮空氣儲能、抽水儲能以及飛輪儲能等;電化學儲能主要包括了鋰離子儲能、鉛酸儲能、鈉硫儲能、鎳鎘儲能以及液流儲能等;相變儲能主要是指儲熱的物質發(fā)生了相變進而放出或吸收天熱能量,在夏季可以蓄熱,冬季可以蓄冷,主要應用于冷空調系統(tǒng)、建筑節(jié)能以及熱電相變蓄熱裝置等;電池儲能主要包括了超級電容儲能、超導儲能以及高能密度電容儲能等儲能形式。
3新能源電力系統(tǒng)中儲能技術具有的作用
(1)新能源電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性可通過采用具有動態(tài)調節(jié)能力和快速響應的儲能技術來進行提高。對于電力系統(tǒng)的無功和有功功率的需求,儲能技術能有效地進行滿足,從而對電力系統(tǒng)的瞬時功率進行改善,提高瞬時功率的平衡水平,進而使得電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性得以增強。(2)在新能源電力系統(tǒng)中應用具有快速響應能力的儲能技術,再進行科學合理的配置,將多余的能量吸收,能有效的對風電機組進行保護,是風電機組的低電壓整體穿越能力得以增強。(3)新能源電力系統(tǒng)中應用儲能技術可以很大程度的提高新能源電力系統(tǒng)的經濟性。在新能源電力系統(tǒng)中采用大容量的壓縮空氣以及抽水儲能等儲能技術,在時間軸上將風電平移,對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化,提高電力系統(tǒng)的經濟性,擴大電力企業(yè)的經濟效益。
4儲能技術在新能源電力系統(tǒng)中應用面臨的問題
由于新能源具有隨機性和波動性的特點,在電力系統(tǒng)中應用時,容易對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性造成影響。比如一些薄弱電網的地區(qū),新能源具有的這些特點將會對電力系統(tǒng)的頻率和電壓穩(wěn)定性產生極大的影響。另外,新能源電力系統(tǒng)中的某些電子器件會出現(xiàn)諧波等問題,使得系統(tǒng)的電能質量被降低。由此可知,新能源中的太陽能和風能在電力系統(tǒng)領域的應用中,新能源具有的不確定性是未來需要克服的難題。因此,相關工作人員和研究機構必須加強儲能技術開發(fā)利用的力度,優(yōu)化儲能的轉換功能,對電源的出力特征進行改善,從而提高電能質量,達到有效的運用新能源的目的。
5新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術
5.1物理儲能技術
物理儲能是常見的新能源電力儲能的方式之一,具體包括三種技術:抽水儲能技術、壓縮空氣儲能技術與飛輪儲能技術。其中,抽水儲能技術是利用低谷電價來實現(xiàn)電力能源的存儲,是當前技術應用最為成熟的大規(guī)模儲能方法,具有運行成本低、水資源消耗大、儲能消耗功率高等特點。這種技術的應用需要在河流的上下游各配建一個水庫,波谷負荷時的蓄能技術,會使電動機處于工作狀態(tài),將下游水庫中的水泵出,到上游水庫中進行保存;在波峰負荷時的儲能技術,會使發(fā)電機處于工作狀態(tài),利用上游水庫中的水力進行發(fā)電。這種儲能技術的應用,能夠實現(xiàn) 70% 左右的能量轉換。而壓縮空氣儲能技術,也能夠實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)用電的能量儲存,在電力網絡負荷波谷時,用電力能源來壓縮空氣,并將空氣通過高壓密封的方式,儲存在廢舊礦洞、儲氣罐、廢棄油井或儲氣井當中,在電力網絡負荷的高峰時期,釋放經過高壓壓縮的空氣,來轉動汽輪機進行發(fā)電,具有相應速度快、使用效率高等特點,能夠實現(xiàn) 75% 左右的能量轉換,是一種發(fā)展空間較大的儲能技術。
5.2化學儲能技術
化學儲能通常是利用電池來儲存能源,是以電池正極與負極之間的氧化還原反應實現(xiàn)充電與放電,利用電力能與化學能之間的相互轉換進行儲能,是應用最為廣泛、發(fā)展最為成熟的新能源電力儲能技術。由于電池儲能技術的發(fā)展較為成熟,因而電池的種類也十分繁多,包括鋰電池、鉛酸電池、金屬空氣電池等?;瘜W儲能技術相較于其他形式的儲能技術,在能源轉化、電能容量、技術應用成本等多方面,都具有較大的優(yōu)勢。其中,鋰電池是當前應用性能較佳的電池,能量轉換效率較高,約達 85%,能量密度也比較大。另外,金屬空氣電池是一種綠色電能儲能技術,是將氧氣作為正極,將活潑金屬如鋁等,作為負極,氫氧化鉀、氫氧化鈉或氯化鈉等作為電解液,使氧氣向化學反應界面進行擴散,與活潑金屬發(fā)生反應而產生電力能源,具有成本低、低碳環(huán)保、可回收等優(yōu)勢,同時可以快速完成充電過程,但還沒有實現(xiàn)產業(yè)化與規(guī)?;l(fā)展。
5.3電磁儲能技術
電磁儲能是一種實現(xiàn)電磁能與電能相互轉化的儲能技術,包括超導磁儲能與超級電容器儲能兩種技術應用方式。其中,超導磁儲能技術是將超導材料制成線圈,由電力網絡經過變流器進行供電并提供工作磁場,能量轉換效率較高,約達 90% 左右。超導儲能技術具有高轉換效率、快速響應及環(huán)保等特點,在超導狀態(tài)小,線圈的電阻可以忽略不計,對于能量的損耗極小,可以進行長期供能。但提供時,超導體線圈,需要在超低溫液體中保存,就需要投入大量的成本,且技術應用較為復雜。超導儲能技術的應用,可以通過新能源電力系統(tǒng)合理控制電壓與頻率等,確保電力供應的穩(wěn)定性。另外,這種技術的應用可以實時交換大容量電力能源,并且補償其功率,在瞬態(tài)的情況下提高電能質量,在暫態(tài)的情況下提高電能穩(wěn)定性。
5.4相變儲能技術
相變儲能技術是通過相變材料進行吸熱與放熱實現(xiàn)能量存放的技術,具有較高的能量密度,同時其相變儲能的裝置設計簡單,能夠進行靈活調整,便于使用與管理,包括電儲熱技術、熔融鹽儲熱技術與冰蓄冷技術三種。其中,電儲熱技術是利用水與金屬的儲熱性能實現(xiàn)技術應用的,水的熱能存儲技術,是將水作為介質存儲熱能,便于運維管理,成本投入較少;金屬的熱能存儲技術,是將金屬作為介質存儲熱能,利用金屬的固體與液體之間的物態(tài)變化來進行熱能的存放,具有高溫度、高導熱性等優(yōu)勢。
6結語
新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展,是人類不斷探索新能源與可再生能源應用的產物,也必將在電力供應系統(tǒng)中占據(jù)越來越重要的地位,但現(xiàn)階段,新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展與應用還不夠成熟,還存在電力供應不穩(wěn)定、不連續(xù)等問題,限制了新能源電力系統(tǒng)的進一步應用,因而需要電力儲能技術,減少新能源電力系統(tǒng)不穩(wěn)定、不連續(xù)所帶來的弊端,提高新能源電力的應用范圍與應用效果。
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(作者單位:國電電力內蒙古新能源開發(fā)有限公司)