浅谈电力储能技术及其在现代电力系统中的应用分析

浅谈电力储能技术及其在现代电力系统中的应用分析

刘毅

广东电网公司阳江供电局供电服务中心 广东省阳江市 529500

摘要：储能技术在电力系统的应用就是把电力储存起来调配和使用。储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段”、储能对配网负荷中心的削峰填谷具有重要的意义和作用。我国的发电总装机容量已经跃居世界第二位，但发电厂大都建在西部，东部地区经济发展比较快，电能消耗多，西电东送是我国的一个现状，储能技术可以在这种现状下发挥巨大的作用。

关键词：储能技术；电力系统；应用

1储能技术的研究现状

在电能供应方面，储能技术的运用可以解决供需不平衡问题。根据所转化的能源类型不同，电能存储形式可分为机械储能（如抽水储能、飞轮储能和压缩空气储能）、电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）、电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池和镍镉电池等）和相变储能等4类。当前学术界对储能技术及储能技术在电力系统的应用领域的研究主要有两个方面：（1）提升效率，降低成本。在储能技术应用领域，成本过高问题在一定程度限制了该技术的推广，提升能量转换效率，降低储能成本的研究已成为为必然性发展方向；此外，在电力系统稳定性提升方面，储能技术的运用对于控制性能的影响主要取决于电能存储与释放速度。（2）在输配电系统应用中，储能技术主要以储能电源的合理规划、与现有电网的柔性连接、控制调节的改进以及与再生能源的结合为研究方向。由于不同储能技术的性能及其优缺点表现不同，因此在实际应用中必须以实际需求为依据，建立多元复合储能系统，使各技术在充分发挥自身优势的同时彼此间形成有效互补。

2电力系统中几种常用的储能技术

2.1 电池储能技术

电池储能技术在现代电力系统中的发电环节和配电环节都有着广泛的应用，是一种比较成熟的储能技术。 储能技术具有以下几种功能：一是保证电力系统的相对稳定，二是供电功能和促进再生能源的利用。 电池储能技术在电力分配中的作用主要是：削峰填谷、备用电源。发电环节应用电池储能技术可大大提高电网输电的效率。 在发电厂装备相应容量的电池储能系统，可以将发电厂产生的电能实时的存储起来， 然后在需要调配的时候接入电网进行使用。 这种电力存储的方式不仅可以将多余的电能存储备用，还可以降低输电系统的配电压力，当然， 智能电网体系中应用储能技术可以更好的实现电力存储和调配，缓解电网系统的输配电压力。 输电环节使用电池储能技术可以提高输电线路的安全性和稳定性。当输电线系统的输电任务变重时， 电池储能系统可以将一部分电能先存储起来， 然后等到输电高峰过去后再将这部分电能输送出去， 这样对于输电系统的设备也是一种间接保护。

2.2 混合储能系统

混合储能系统主要由两部分组成：一是蓄电池，二是超级电容量储能系统。 混合储能系统之所以有良好的存储能力， 是因为它综合了蓄电池和超级电容储能系统的优点，这两种储能方式各有优缺点，但是，将二者合理的结合在一起不仅可以优势互补，还可以发挥巨大的储能功效，这也是混合储能系统在电力系统中得到广泛应用的原因。

2.3 飞轮储能技术的应用

近几年，我国风力发电迅速发展，已经为我国输送了大量的清洁电力能源。 在风力发电中使用的储能技术主要是飞轮储能技术，由于单个风机的电能产出量很小并且具有间歇性，因此，风力发电后产生的电能不能立刻输送到电网中，需要在风机系统中安装飞轮储能系统对电能进行存储， 当存储的电能达到一定量时再将其输送到电网中。 飞轮储能技术的应用不仅可以提高电网系统对再生清洁电能的接纳能力， 还可以保证电网系统的运行稳定。 在风力发电过程中应用飞轮储能技术大大较降低了风力输电系统的故障率，保障了风力发电系统的正常运行。

3储能技术在现代电力系统中的应用

3.1利用储能技术进行电网调峰

将储能站放在输配电网，通过储能监控系统来指挥储能站出力，从而起到削峰填谷、系统调频、系统调压和孤岛运行等作用。随着空调负荷的快速增加，在一些大城市，负荷峰谷差越来越大，这也使得电力系统难以应付。而在这种情况下，储能就显得尤为重要，通过储能站的这种"削峰填谷"功能对尖峰负荷进行调节。例如深圳宝清储能站在这方面通过了实践的检验，圆满完成当年深圳大运会的保供电任务即是典型的例子。

削峰填谷只是储能站四大作用之一，而相比之下，“孤岛运行”这一作用更具特色，未来储能站将会在类似大面积停电的事件中发挥作用。除此以外，储能站可以在几十毫秒间调节变电站供电区域的频率和电压，这是电力系统迄今为止最快速、灵活的调节手段。与抽水蓄能这种物美价廉的储能方式相比，大容量电池储能具有不受地理建设条件限制，对生态环境影响较小，功率可双向流动，反应时间快，运行维护费用低，建设周期短等优点。

3.2 利用储能技术解决新能源上网难题

全球能源紧缺，新兴能源产业的发展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定，致使传统电网无法承载，大量风能发电被浪费。造成这一问题的主要原因是：储能技术落后，现有储能电站无法实现功率补偿，无法满足功率平滑的需求。储能技术已成为新能源开发的核心之一，随着我国储能技术的不断发展，目前新能源发电上网难题正在逐步得到缓解：国家风光储输示范工程在河北省张北县正式建成投产就是一个很好的例子。这是我国首个也是目前世界上规模最大的，集风力发电、太阳能光伏发电、储能和智能输电“四位一体”的新能源综合利用工程。

3.3 利用储能技术提高安全稳定性

储能技术可以与电力电子交流技术相结合，实现高效的有功功率调节和无功控制，快速平衡系统中由于各种原因产生的不平衡功率，减小扰动对电网的冲击，提高电网安全稳定性。各种储能技术中，超级电容器储能在提高电网稳定性方面较为突出，但存在单体储能容量较小、造价较高的问题。由于具有储能单元，在配电系统发生供电电压中断时，可以向负荷短时供电。这样既可有效抑制负荷扰动造成的电压波动，又可以提高系统的供电能力和供电可靠性。在电力系统中多应用于高压变电站及开关站的电容储能式硅整流分合闸装置、大功率直流电机的启动支撑和动态电压恢复等超短放电时间、瞬时大功率的场合。

4储能技术经济性分析

4.1储能技术的经济性分析

储能系统在低电价时储能，在高电价时放电，赚取电价差。以电池储能为例，假设安装储能容量为1MWh，价格为2元/Wh,故1MWh时总投资为200万元。考虑冲放电折旧及输出效率，电池循环使用按充放电4500次计算，总吞吐电量为1MWh*4500=4500MWh。总收入=总吞吐电量*峰谷电价差=4500000kWh*0.6元/kWh=270万元

净收益=总收入-成本=270-200=70万元。

年净收益率=收益/成本/10年=70/200/10=3.5%

由此可以看出，目前储电池价格高，收益率差，单纯建设专门的储能站经济评估部可行。储能技术目前在电网中的应用主要是调节负荷和提高供电的可靠性和稳定性。

4.2提高储能电池经济性的技术措施

储能需要和光伏、风电等清洁能源组成微电网，并接入智能配电网之中才能发挥最大的经济效益。如下图：

（储能电池接入微电网的运行结构图）

储能电池的运行经济性主要取决于微电网的运行方式，通过对通过风机和光伏的发电模块进行有效的优化，调节该模块的负荷工作情况来提高微电网的运行经济性。

结束语

电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展，人们对电的需求越来越高，现代电力系统日益复杂、庞大，凸显出一些新的矛盾：系统装机容量难以满足峰值负荷的需求；复杂大电网在受扰动情况下稳定性与安全性表现较差；电能质量与供电可靠性难以满足用户需求；常规能源日益贫乏导致电力紧缺，可再生能源发电需解决并网冲击问题。储能技术的发展可以有效解决这些问题。

参考文献

[1] 孙薇．市场条件下抽水蓄能电站效益综合评价及运营模式研究[D].华北电力大学,2007．

[2] 邓雪原.惠州抽水蓄能电站在广东电力系统中的效益[J].水利规划与设计,2004(4):31-40.

[3] 陈建斌,胡玉峰,吴小辰.储能技术在南方电网的应用前景分析[J].低碳电力,2010(6):32-36.