储能技术及其可再生能源发电储能中的应用

储能技术及其可再生能源发电储能中的应用

作者：卢正达 聂建波

来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第41期

【摘;;要】基于我国社会经济的飞速发展，人们对于生活质量的要求越来越高，电力行业在面临巨大机遇的同时，也有了更高层次的挑战。为了能够解决目前我国电能紧缺的情况，各企业纷纷开始重视起可再生能源在电力系统中的作用，同时分析了储能技术电网运行中优势。本文主要从目前我国发电储能的技术现状作为切入点，分析储能技术及其可再生能源发电储能中的应用[1]。

【关键词】储能;可再生能源;发电 引言

随着人们对能源需求量的逐渐增加，利用可再生资源发展能源产业已经成为了社会发展的必然趋势。但是由于分布式能源自身的特性，如果将其直接与电力系统进行关联，将会对系统的安全运行造成影响，无法达到应有的效用。因此电力企业需要采取其他手段来应对市场的发展动向。能源最为人们生活的重要组成部分，起到了不可或缺的作用，为了能够满足人们你对于能源的需求，我国目前将更多的精力投入到能源的开发利用上，怎样提升能源的利用率已经成为了去全球能源行业面临的难题。可再生能源发电技术是目前最具发展前景的一项技术，但是在实际应用过程中，由于各方面因素的限制，导致可再生能源发电储能过程中，经常会出现电压浮动较大、供电不稳定的情况，因此，为了能够应对此种情况，需要将储能技术应用到可再生能源的发电储能中去，有效的解决其在运行过程中需要的难题[2]。 1.储能技术及其可再生能源在发电储能中的重要性

储能技术能够有效的解决可再生能源在使用过程中的不稳定性，使得分布式电源对电力系统的影响降到最低。首先，储能设备能够有效的调整分布式电源的作用力大小，能够使得其对供电质量的影响力降低。其次是在风能、光伏电源出力预测环节综合考虑储能装置的作用，将有效提预测精度。最后，由于储能设备作为分布式电源的组成部分，因此能够有效提升其灵活性，在一定层面上使得可再生能源作用力与变电设施间的兼容率，提升电力系统的运行效率[3]。

2.储能方式的简要概述

目前我国电力行业应用的储能方式有很多种，但是究其根源主要分为三个类型。 2.1机械储能

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机械储能也可以细分为几个类型，其一是抽水储能，抽水蓄能站目前已经得到了廣泛普及，这一储能方式的优点在于能够使发电与储能的兼容性得到提高。所以能够在电力系统中占据一席之地。虽然抽水储能具有较大优势，但是其对设备的安装地点要求较高，非常容易受到外界环境的影响，顾名思义，抽水储能需要水资源较为丰富的地区才能够使用，并且地势较为平缓，不能有山丘沟壑。通过对风力发电、光伏发电与作为调节电源的抽水蓄能电站之间的容量配比问题进行了研究，从多能互补开发的角度克服高成本、高运行维护需求等单系统运行的缺点。

其二是压缩空气储能，这一储能方式的优点在于时间长、容量大。在电力系统运行疲劳时，能够将其中多余的能源变为压缩空气的内能，然后进行储存。在用电高峰时期，能够将这一部分储存的能量通过加热设备进行转化，将其变为电能用以应对用电高峰。目前这一技术在我国仍旧处于发展中阶段，科研人员在这方面的发展空间仍旧很大。

其三是飞轮储能，这一储能方式是以动能形式将电能储存起来，通过飞轮旋转产生的动能储存电能，当电力系统在运行过程中需要这部分能量时，飞轮可以带动发电机进行发电，其优点在于占地面积小、使用时间长，但是容量不高，飞轮储能能够实现电能输入、存储、输出的全过程，现今已经得到了广泛普及。与化学储能不同的是，机械储能不会出现过度充放电的情况，能够有效的检测放电的程度，目前我国已经有多家企业使用飞轮储能设备。 2.2电化学储能

全球电化学储能主要包括锂电池、铅炭电池、钠硫电池以及液流电池。随着各国支持政策持续出台及制造工艺不断完善，近年来储能电池技术发展迅猛，电池安全性、循环寿命和能量密度等关键技术指标均得到了大幅提升，应用成本快速下降。其中锂电池能量密度5年来提高了1倍、循环寿命提高了2～3倍、应用成本下降了60%;铅炭电池循环寿命较传统铅酸电池提升了3～4倍，再生利用率达97%，综合度电成本约0.6元/千瓦时·次，均接近盈亏平衡拐点，大规模商业化应用初现端倪。以锂电池为代表的动力电池已广泛应用于电动汽车领域，铅炭电池则广泛应用于电力系统用户侧储能系统。

目前，我国锂电池与铅炭电池储能的电池本体、能量管理、变流器和系统集成等核心技术已达国际先进水平。随着政策红利继续释放及基础科学持续进步，可以预见未来储能电池技术成熟度将不断提高，应用成本也将进一步降低。以锂电池（磷酸铁锂）和铅炭电池为例，预计到2020年，磷酸铁锂电池循环次数将达1万次、铅炭电池5000次，循环寿命较当前平均提升1.7倍;磷酸铁锂电池能量成本降至1000元/千瓦时，铅炭电池800元/千瓦时，综合度电成本降至0.26-0.3元/千瓦时·次，成本较当前平均下降60%，达到常规火电0.3-0.4元/千瓦时的运行成本水平。另外，钠硫电池目前由于辅助系统设计复杂，安全防护要求高，系统造价昂贵等原因，目前全球技术成熟度参差不齐（仅日本NGK公司可量产），但其在原材料成本、能量密度等方面具有优势，适合于变电站等固定的工业场所应用，目前西方国家电网级电池储能系统

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中钠硫电池所占比例最高，随着真空绝热保温技术的突破，未来或成为继锂电池及铅炭电池之后的又一大储能电池技术应用热点。 2.3电磁储能

电磁储能主要包括超导电磁储能、超级电容器储能等几种形式。超导电磁储能主要是通过超导线圈及整流、逆变装置，将电能以电磁能形式储存，或者是将能量转化成电能以后输送给电力系统。这种储能形式的转换速度较快，同时不会出现过多的能量损耗，并且绿色环保，因为被大众所认可。超级电容器储能有叫做电化学电容器，这是一种相较于传统电容器更为精密的储能设备，集合了化学点出与电容器二者的的优势，容量相对于其他储能形式来讲比较大。与此同时，这一技术能够在短时间内提供大量电能，因此可以用作电力系统电压突然跌落等情况下，用于短时间内稳定供电系统。 3.储能技术性质分析

由于我国现今经济发展速度较快，居民对于生活水平的要求也越来越高，日常消耗的能源也随之不断啧增加，为了能够进一步的满足社会发展需求，开发可再生能源是成为了一种有效的方式，为了能够保障居民稳定、安全用电，研发新技术迫在眉睫。

在储能技术重点研发计划中，着力加强对先进储能技术研发任务的部署，集中攻克制约储能技术应用与发展的规模、效率、成本、寿命、安全性等方面的瓶颈技术问题，使我国储能技术在未来;5-10;年甚至更长时期内处于国际领先水平，形成系统、完整的技术布局，在重要的战略必争技术领域占据优势，并形成新的具有核心竞争力的产业链。

通过对上文各项储能技术进行分析可以了解到，在某些场地较大、容量较高的地方，可以采用抽水储能，这一储能方式能够应对大容量的储能工作。而飞轮储能能够在电力系统低频振荡中发挥有效作用。 4.结语

通过分析上文几种储能方式可以了解到，随着全球能源经济的发展，现今的储能方式不在是一昧的追求技术，而是需要将低碳环保放到首位，可再生资源发电作为目前我国电力行业所提倡的新型技术，虽然在使用过程中存在电压浮动的问题，但是储能技能能够有效的解决这一矛盾，从而使得二者能够相辅相成、共同发展。储能技术在可再生能源发电储能过程中发挥着极其重要的作用，本文简要概述了几种储能方式，并且分析其适用范围，以发挥其最大效用，从而推动我国可再生能源发电储能技术的进一步发展。 参考文献：

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[1]郭文勇，蔡富裕，赵闯，张京业，滕玉平，肖立业.超导储能技术在可再生能源中的应用与展望[J].电力系统自动化，2019，43（08）：2-19.

[2]查尔斯·韦斯特.储能技术能否加速中国可再生能源发展？[J].变频器世界，2017（03）：34-35.

[3]储能技术融合分布式可再生能源的现状及发展趋势[C]..中小型风能设备与应用（2016年第3期;总第23期）.：中国农业机械工业协会风力机械分会，2016：21-29.

（作者单位：1.国网北京市电力公司物资分公司;2.国网浙江综合能源服务有限公司）