新能源电力系统中储能技术的应用
刘家男 陈龙
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刘家男 陈龙,. 新能源电力系统中储能技术的应用[J]. 中国电力技术,20238. DOI:10.12721/ccn.2023.159714.
摘要: 电力系统的逐渐扩展与用户用电量的不断增加,使电力系统出现了许多问题。如用电负荷增加和调峰手段有限引起功率不平衡,给整个电力系统的稳定性带来严重的威胁,严重时会造成整个电力系统的瘫痪,从而造成大面积的停电。为了解决电力系统的平衡问题,相关文献也做了研究。
关键词: 储能技术;电力系统;应用方向;新能源
DOI:10.12721/ccn.2023.159714
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引言

近年来,受到能源问题和生态环境问题的双重影响,致使我国的社会经济可持续发展受到一定威胁。在此种背景下,亟须进行能源革命,即利用新能源代替不可再生能源投入社会生产实践,其在电力行业中的应用取得了卓越的成绩。新能源发电项目规模逐渐扩大,已经居于世界前列。其中,储能技术为新能源装机的关键技术,是提高系统运行稳定性和安全性的重要保障。与此同时,储能技术在其他行业中的应用也发挥了突出的优势,如在偏远地区油田开采作业中利用储能技术有效改善了偏远地区的电能供应问题,减少了大功率设备的使用对电网的冲击,避免了短期作业在设备现场铺设电网造成资源的浪费,为油田开采作业提供了有力的能源保障。同时,储能技术作为备用电源控制与管理的关键技术为诸多行业提供了应急电力保障。因此,下文主要针对新能源发电侧储能技术的应用展开研究,重点分析电化学储能技术的应用现状与应用路径,希望可以发挥其在新能源发电项目中的作用,助力新能源项目的快速落成。

1新能源电力系统储能发展现状

(1)不同应用场景下储能项目的配置时间存在明显区别。经过详细调研,可发现用户储能、电网储能、火电厂加装储能、新能源储能的时间并不相同。用户储能时间在5.3h左右,电网储能时间为2.3h,火电厂加装储能时间为0.6h,新能源储能时间则为1.6h。(2)不同区域的储能应用场景也存在较大区别。例如,西北、华北地区多为新能源储能;华东地区则包括用户储能、电网储能与新能源储能,各项储能的分布较为均衡;南方地区则以火电厂加装储能为主。(3)各个储能方式的运用情况存在差别。当前多数新能源储能的运行模式为一充一放形式。若将华东地区的储能总量比作100%,则用户储能、电网储能与火电厂加装储能的应用比例分别为28.3%、14.8%、15.3%,新能源储能的应用比例仅占6.1%。西北与华北地区受新能源开采影响,新能源储能的利用效率较高,极大增加新能源使用数量。(4)储能项目的商业模式与造价存在差异。通常来讲,储能项目造价在1500~3000元/kWh,受边界条件影响,不同地区的储能项目造价存在较大差别。通过分析各地区关于储能项目的商业模式可知,部分储能项目的盈利水平不高,降低了商业模式开发利用的合理性,给新能源储能技术的开发使用带来较大问题。当前较为流行的储能技术有电磁储能技术、化学储能技术与物理储能技术等,操作人员要将不同类型的储能技术运用到电力系统中,既可缩减电力系统的应用成本,又能增强该系统对新型能源的利用效果。

2新能源电力系统中储能技术的应用

2.1物理储能

物理储能方式中抽水储能应用十分广泛并且技术最为成熟,主要用于电力系统调相、调峰、调频、紧急事故备用和填谷等方面。抽水储能释放时间根据储能量不同而不同,储能时间短则几小时长则几天,抽水储能能量转化效率为70%~85%,虽然抽水储能能量转化效率较高,但是其建设周期较长,并且对地形有着严格的要求。压缩空气储能技术最早出现在1978年,但是该技术受到地质条件和地形条件的限制,并未得到大规模的推广和应用。飞轮储能技术主要通过电机驱动飞轮旋转将电能转化为机械能对电能进行存储,该技术具有维护量小、无污染和寿命长等特点,但是其能量密度较低,主要用于蓄电池电能补充等方面。

2.2抽水蓄能

抽水蓄能需借助山区高低地势不同的两座水库来完成,因水可以重复利用,节能效果更好。将水抽到高处水库储存也就是储能,需要用电时开闸下泄水流到低处的水库中,水在流动过程中驱动涡轮机和发电机工作,将动能转化为电能,同时再将抽回到高处水库,如此循环,完成抽水储能。在设计抽水蓄能电站和规划结构设备时,要与调查的用电量需求数据相匹配,从而保证电站工作制度和机组运行的可行性。在电站运行过程中,要时刻调查和监督水库容量、配电管道压力、储能释放时间、储能利用率等各项数据是否在要求范围内,使电站稳定、安全地运行,为社会提供可靠能源,实现节约优化用电,并为改善环境提供助力。

2.3风能电力系统

在风能电力系统储能期间,操作人员可将电磁储能技术应用于该储能过程中,这能够及时掌握风能电力资源的储存状态,有利于持续性控制该类储能信息。具体来看,风能电力系统在运用储能装置时,应重点关注电压的变化范围,适当规范运行的稳定程度,高效控制系统内部功率,加速无用功与有用功的有效融合。在实际运行期间,要合理设计系统调峰电能配置,优化区域电网的整体运行情况,提升当地电网整体使用效果。在配置电源期间,要利用对储能电源的持续性设计来优化与用户的互动频率,精准调节供电系统。

2.4电化学储能技术的应用

(1)锂离子电池。其应用优势主要表现如下:①超长的使用寿命。有长寿命之称的铅酸电池的使用寿命为300~500次,而磷酸铁锂电池的循环寿命高达2000次以上(标准充电使用)。同等质量的铅酸电池使用半年以后就会进入维护期,最长使用年限为1.5年,磷酸铁锂电池在同等使用条件下,最长使用年限达8年左右,是铅酸电池的4倍;②耐高温性能较强。其最大热峰值可达500℃;③安全系数较高。有效解决了钴酸锂电池和锰酸锂电池在碰撞情况下发生爆炸风险的问题,磷酸铁锂电池经过层层安全测试,在较为恶劣的运行环境下也不会发生爆炸,相对来说安全系数较高。同时,目前所开发的钛酸锂电池循环使用次数达到20000次左右,有效地解决了低温(-40℃)环境应用,放电倍率也能够达到5C,安全性能更加稳定。(2)铅酸电池。其应用优势主要表现为技术应用成本偏低,但由于其存在使用寿命层面的缺陷以及能量密度方面的缺陷,难以满足新能源发电侧储能项目的建设需求,并未得到大范围应用。(3)液流电池。其同样包含众多类型,主要有全钒氧化还原液流电池和锌-氧液流电池等,与其他类型的电化学储能电池相比,存在十分明显的安全使用优势,且寿命也较为持久,在用电峰期借助该种储能技术缓解供电压力具有积极作用。但由于其能力密度较低,且成本投入较高,也未能实现广泛应用。

2.5在电源调频和调压层面的应用

电化学储能技术在新能源发电侧中的应用功能以电能输出调节为主,无论在新能源发电过程中做有用功还是无用功,其根本目的都是电能输出功率进行有效调节,使其发电功率趋于稳定,对于提升发电质量具有积极作用。具体应用的过程中,如出现发电功率的波动,则系统会针对发电功率的波动表现进行分析,并做出对应的调节操作,当其发电功率低于发电质量要求时,则电化学储能技术做有用功,进行发电功率补偿使其满足发电质量要求。在风力、光伏发电中的应用作用表现为,可提升发电并网过程中暂态频率的响应水平,使发电系统具备电压调节功能和无功调节功能,保障网点的快速接入,达成无功功率补偿目标。

结语

综上所述,基于全球能源危机大环境下,大力发展电力系统储能技术对我国实现能源可持续发展起到关键作用。全球能源互联网具有智能化、前瞻性、复杂性、物联网、经济性等特征,有利于我国改善传统能源结构体系,开发利用大量可再生能源,为我国社会发展提供便利。所以,相关部门需要借助能源互联网系统,在技术和战略指导上取得突破,着力解决电能存储技术发展中的技术和战略问题,促进电能存储技术的健康发展。

参考文献

[1]张宝锋,童博,冯仰敏等.电化学储能在新能源发电侧的应用分析[J].热力发电,2020,49(8):6.

[2]李兴,李鑫,李洛.储能在新能源发电系统发电侧的应用[J].农村电气化,2019(12):2.