新能源电力系统中的储能技术探讨
杨海泉
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杨海泉,. 新能源电力系统中的储能技术探讨[J]. 能源学报,20253. DOI:10.12721/ccn.2025.157023.
摘要: 伴随着我国社会经济的迅速发展,社会生产及人们的日常生活中的化石能源消耗日益增加,导致大量不可再生资源的迅速消耗,同时还对自然环境产生一定的污染。近年来,新能源技术得到了越来越多的关注和重视,其中以风能、太阳能、地热等清洁可再生资源为主体的清洁能源已成为主流。虽然这类可再生能源能够有效地应用于电力系统发电,并在发电工业中所占比例不断增加,但由于其随机、间歇等特点,这类可再生能源在实际应用中会受到一些限制和约束。采用蓄能技术,能有效地保障间歇性、波动性可再生清洁资源的可控性和可调性,有效地保障了新能源发电产业快速、稳定地发展。
关键词: 新能源;电力系统;储能技术;分析
DOI:10.12721/ccn.2025.157023
基金资助:

引言:当今我国社会高度重视可持续发展战略部署。环境与能源发展问题已成为社会关注的焦点。许多行业受到环保、节能等工业领域的影响,加大清洁能源、新能源的研究,并将其应用于环保、节能等工业领域,近年来,中国的环境问题不断出现。人类对环境的破坏和资源的浪费引起了社会的高度关注。能源危机是人类生存和发展的必然结果,也是人类生存和发展的必然结果。近年来,我国能源部门为改善这种状况,加大了内部技术的研发投入,并在各行业逐步推广应用。而在新能源开发过程中,电力企业研发了大量的创新技术,这是保障电力系统正常运行和持续发展的关键。但有些可再生新能源在其应用过程中还存在着一些问题,需要引起企业的高度重视,加强研究,以避免间歇性、随机性等现象的发生,进而对电力资源造成影响。

1 新能源及储能概述

1.1储能概述

电能可以转化为化学能、机械能、电磁能等多种形式,以达到存储目的。根据各种转换方法进行分类,可以分为括机械储能、电化学储能、电磁储能以及相变储能等。蓄水储能、压缩空气储能以及飞轮储能属于机械储能;铅酸电池、钠硫电池、液流电池、锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池以及其它二次电池储能属于电化学储能;超级电容、超导储能等属于电磁储能;蓄冰属于相变储能。目前只有抽水蓄能技术相对成熟,应用最广,锂离子储能也得到一定范围推广应用,其它储能方式还处于示范阶段甚至初期研究阶段。

大规模储能技术包括大规模储能装置技术和储能应用技术两个层面。目前,储能装置技术水平与巨大需求之间存在较大差距,其技术发展趋势是大容量、高效率、长寿命、低成本、高可靠以及智能化。其中,电化学储能装置水平进步较快,而电池储能也具备上述储能发展趋势的所有潜质,具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景,得到了各国重点支持。时至今日,在电化学储能中,又以锂离子电池、钠硫电池(钠盐电池)、液流电池等三大电池表现突出,成为储能技术最具关注的热点。而储能应用技术的发展与储能装置的进步及应用需求的迫切性相关,目前除蓄水储能外,其它储能装置在短期内无法满足诸如大规模调峰填谷、电网安全能量储备等应用需求,因此,大规模储能应用重点主要针对接纳集中式及分散式可再生电源、提高用户侧互动能力、个性化需求以及供电可靠性和电能质量等方面着手,以提高电网的兼容性和互动性。

1.2新能源发电状况

与其他新兴产业一样,基于现代我国社会的发展,我国的新能源发电产业与世界上一些先进国家之间也存在很大差距。由于新能源技术的局限性,初期的投资阶段也带来了社会效应,回报率很低,我国的新能源产业在这种氛围下正在缓慢发展,因为新能源产业的发展步伐相对较慢。近年来,随着低碳经济的提倡和各国的扶持政策相继出台,我国的新能源相关产业得到了快速稳定的发展。截止2020年底,全国风电总装机容量2.81亿千瓦,光伏总装机容量2.53亿千瓦。新能源装机量十年时间内完成了从起步到世界第一的过程。

2.储能技术在新能源电力系统开发中的重要性

2020年9月22日,中国宣布力争于2030年前实现碳峰值,努力争取2060年前实现碳中和;12月12日,国家主席习近平宣布,到2030年风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议指出,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。因此,新能源的发展迎来了倍增时代。

当前,新能源的发展与应用,集中于风力、太阳能向电力的转换。相对于矿物燃料发电,风能和太阳能的使用在很大程度上受自然环境的影响,存在着间隙和波动的问题,如果将其大规模运用到电网中,对电网的稳定性和安全性等问题都是一个挑战。据专家分析,如果风能占该地区系统总容量中不到10%的比例,依靠传统技术的调节基本上能够确保电网的稳定与安全。但如果风力发电或光伏装机率超过20%,则很难运用现有技术实现完全控制,必须增加储能调节装置技术以稳定电网安全运行。因此,蓄能技术在新能源电力系统中开发得越好,就可以顺利地推进能源转型发展,稳定电力系统,减少人们对大自然的破坏。

3.新能源电力系统蓄能技术

3.1物理存储技术

能量物理存储是新能源储能常用的一种方式,具体包括三种技术:抽水蓄能技术、压缩空气储能技术和飞轮储能技术。在这些技术中,抽水蓄能技术是目前技术最成熟的一种大规模蓄能技术,具有运行费用低、耗水量大、耗能功率高等优点。这项技术的应用需要在河流的上游和下游修建水库。波谷负荷蓄能技术允许发动机工作,并将水从下游水库泵送至上游水库;在峰值负荷时,储能技术可使发电机运行,并利用上游水库的水力发电,通过该技术,可实现约70%的能量转换。压气蓄能技术,利用电能压缩空气,空气以高压密封的方式储存在废矿、储气库、废油井和储气库中。在电力网络负荷的高峰期间,释放高压压缩空气,带动汽轮机发电,反应速度快,效率高,可实现80%左右的能量(含冷热)转换。

3.2化学储存技术

当前化学存储技术主要是以电池作为储存能量。在这一特定的充放电工艺中,主要利用电池的正负极反力,在电能与化学能之间不间断地进行转换,以便进行储能,这是一种应用最为广泛的成熟技术,已被运用到整个新能源系统中,并将之运用到整个新能源系统。由于电池组的种类很多,因此在应用特定的能量存储技术的过程中,可以全面掌握整个应用成本,而且会显示很多优势。其中,锂电池是目前使用最为广泛的一种,它可以显示极高的能量转换效率,并且可以应用较大的密度范围。全钒液流储能电池是当前已有大型示范项目,具备产业化规模发展条件,它具备更安全、长寿命、容量衰减可补偿等优点,非常适合大规模应用场景。

3.3相变蓄能技术

相变蓄能是指相变材料吸收或释放出热量,以达到蓄能效果,不仅具有很高的能量密度,而且所用设备也较为简单,使用时十分方便。包括电储存、熔盐储存和冰蓄冷技术。电贮热法可分为水法与金属法。水热式储热法以水为介质存储热量,具有维修方便、投资少等优点。冷金属贮热法是一种以金属为贮热介质,通过金属的固液变换来存储和释放热能的一种方法,它具有储热温度高、导热性能好的特点。以固体无机盐为热源,以热循环为主要手段,实现了以固体无机盐为主要储热方式。熔盐具有腐蚀性小、工作温度范围宽、换热性好、价格便宜等优点,但是热导率低是造成储热利用率低的直接原因。

4、储能技术在新能源电力系统中的实际应用

储能技术在新能源电力系统中主要应用于电源侧、电网侧和用户侧。由于新能源的大力发展,风力、光伏发电装机量快速攀升,但由于风光发电因气候环境的不确定性也带来了电网波动问题。目前,全国大部分地区为稳定电网结构,已要求新能源装机需按一定比例配套储能装置。储能装置在新能源电力系统中能够发挥调频、调峰、移峰补缺、功率补偿、平抑波动、减少弃电等作用,为新能源电力系统的正常运转提供充分保障。

5储能技术未来的发展趋势

5.1多元性与复合性趋势

当前时期,为了加强储能技术的发展,相关单位及人员首先需要对新能源电力系统中参数变动及系统干扰引起的自适应控制问题进行充分了解,并对储能模糊逻辑控制等方面进行深入研究,并制定相应的控制管理对策,加强多元复合储能系统的协调控制,为储能技术及新能源电力系统的健康发展奠定坚实基础。

5.2提高能量转换效率

通常情况下,在新能源电力系统运转过程中,能量转换工作发挥着关键性的作用,影响着系统自身的正常运转;因此,电力单位及人员需要对储能技术进行深入的研发创新,并将其应用于电力系统中,提高系统容量,减少能量转换的成本,同时对能量转换的效率与质量进行保障,以此来促进现代新能源电力系统整体正常稳定的运转与发展下去。

5.3提高新能源并网质量

除了以上内容之外,为了加强现代储能技术的发展,电力系统并网工作发挥着关键性的作用;在过去,由于工作理念与技术方面的限制,当新能源电力系统并网是极易出现不良问题,对系统自身造成极大影响;为了改变这一现状,相关单位需要加强新能源并网的深入研究,提高并网效率与质量,对系统配置进行优化,为电力行业整体的正常运转提供保障[4]

结束语

通过对一系列相关储能技术的分析和研究,可以在实际运行过程中充分了解我国电力系统的状况。新能源的使用可以科学有效地解决大规模能源短缺的问题,通过增强系统本身的稳定性,可以保证系统的通用性,在波动过程中可以进一步提高供电质量,可以科学地处理遇到的问题。通过结合以上对各种储能技术性能的讨论,可以对各种储能技术进行配置和协调,以达到更大的储能效果。

参考文献

[1]邵勇.新能源发电技术在电力系统中的应用效果浅谈[J].城市建设理论研究(电子版),2018(07):4.
[2]宋丽,陈永明.现代电力系统中储能技术的应用作用分析[J].电子元器件与信息技术,2019,3(12):94-95.