新型储能技术及其在配电网中的应用研究

新型储能技术及其在配电网中的应用研究

陈盼

国网上海市电力公司奉贤供电公司 上海 201499

摘要：自电网诞生以来，电能的大规模储存技术一直是电网发展的一个重大制约因数，随着新能源发电大规模接入电网，以及智能电网的快速建设与发展，对电能储存技术提出了更高要求。本文首先简要讨论近年来新型储能技术的发展情况，展示在这一领域的重大发展。然后重点讨论不同储能技术在分布式电源接入电网，提高电网电能质量等不同领域的应用，从而说明新型储能技术的重大作用。

一、引言

电力生产过程是连续进行的，发电和负荷及损耗之间需要时时刻刻保持着基本的平衡，而电系统中的用户对电力的需求随时间及外界因素的变化而不断变化，传统电力系统可通过对可控发电机进行出力调节来维持发电和负荷的平衡，而分布式电源对外界气候天气因素比较敏感，新能源发电的出力又难于控制。如果系统不能保证发电和负荷之间平衡的话，轻则电能质量恶化，造成电压和频率偏差，重则引发停电事故，甚至会诱发电力系统的崩溃，这就需要电力系统保留一定的裕量，但降低了系统的运行效率。要从根本上解决这一问题，可以从电源侧入手，系统中安装一些大容量的储能元件，系统电力充沛时储存能源，电力紧缺时释放电力，解决供需矛盾。

二、新型储能技术简介

近几十年来，储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。储能技术是指电能通过某种装置转化成其他形式的能量并且高效存储起来，需要时所存储的能量可以方便地转化成需要的能量形式。包括以下两方面的内容，一是高效大容量存储能量，二是快速高效的能量转化技术。

根据所转化的能源类型不同，目前主要的电能存储形式可分为机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能）、电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池和镍镉电池等）、电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）和相变储能等四类。其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能等。各储能技术的特点及应用如表1所示^【1】。

表1储能技术分类表

三、新型储能技术在智能配电网中的应用

随着智能电网的发展，越来越多的分布式电源接入电网中，分布式电源直接接入配电网后，会引入各种扰动，从而引起系统电压和频率的偏差、电压波动和闪变等电能质量问题。分布式电源发电量的高度不确定性使得分布式电源的直接并网会增大负荷预测和调度运行管理的难度，降低电力系统运行的可靠性，如果仅将分布式电源作为备用电源，则将会造成资源浪费，影响电网运行的经济效益。因此，需要系统有一定的备用容量，但大量的备用容量却又降低了系统的运行效率和经济效益。

储能电站是实现智能电网能量双向互动的中枢和纽带，智能配网中分布式电源接入带来的这些问题通过合理的装设储能电站能够得到很好的解决^【2】。储能电站的引入可以对电力系统运行起稳定的作用，储能电站可以在分布式电源不能正常运行的情况下起过渡作用和缓解作用，而且储能电站使得不可调度的分布式电源能够作为可调度机组单元运行，实现与电网的并网运行，提供调峰、紧急功率支持等服务^【3】。

四、储能技术应用现状

1. 抽水蓄能水电站

日、美、西欧等国家和地区在20世纪60～70年代进入抽水蓄能电站建设的高峰期，到目前为止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量55%以上，其中：美国约占3%，日本则超过了10%，中国、韩国和泰国3 个国家在建抽水蓄能电站17.530 GW，加上日本后达到24.650 GW。

抽水蓄能在传统电网中扮演着重要的角色。在风电、核电等清洁能源高速发展的同时，也对我国电网的系统安全、稳定运行提出了更高要求。目前，我国核电一般为带基荷运行，不参与调峰运行，而风电也具有随机性、间歇性和反调峰性等特点。在核电和风电等清洁能源大规模建设的同时，必须配套建设一定比例的调峰电源已成为行业共识。而抽水蓄能电站所具备的特性就成为了解决上述问题的有效手段之一。

2. 钠硫电池

钠硫电池是一种以金属钠作为负极，硫作为正极，陶瓷管作为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作温度下，钠离子透过电解质隔膜与正极硫之间发生的可逆反应，形成了能量的释放和储存。钠硫储能电池因其容量大，体积小，能量储存和转换效率高，寿命长，不受地域限制等优点，非常适合电力储能使用，是目前最经济实用的储能方法之一。

钠硫电池具有许多特色之处：一个是比能量（即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量）高。其理论比能量为760 Wh/kg，实际>100 Wh/kg，是铅酸电池的3～4倍，另一个特点是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200～300 mA/cm2，并瞬时放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反

应，充放电电流效率几乎100%。

钠硫电池已经成功用于削峰填谷、应急电源和风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。目前在国外已经有上百座钠硫电池储能电站在运行，是各种先进电池中最为成熟和最具潜力的，尤其在日本已经成功商业运行。

3. 超导电力技术

超导电力技术至少在以下几个方面凸显出越来越巨大的作用，提高电力系统暂态稳定性，提高电力系统小干扰稳定性，提升电网的抗打击能力，对可再生能源的包容性，提升电网的电能质量有一定的作用^【4】。

作为对大电网暂态稳定的控制手段，大型超导储能装置作为一个独立、反应快速、可独立输出有功及无功的电源，加入到电力系统中，可以提高系统的有功备用率，提高了系统在故障情况下的应急能力。

超导电力技术是2l世纪具有经济战略意义的高新技术。超导技术在智能电网的有效应用，可大幅度提高系统抗打击能力，提高系统稳定性，改善电能质量，建立集约型系统，为未来智能电网的发展提供一种全新的思路。

五、结语

传统电网主要由发电、输电、配电和用电四个基本环节构成，而储能环节是智能电网构建及实现不可或缺的关键环节，随着智能电网建设的推进，储能技术也会的以最快的速度发展，电力储能技术也正朝着转换高效化、能量高密度化和应用低成本化方向发展，通过试验示范和实际运行日趋成熟，在智能电网中发挥出调峰、电压补偿、频率调节和电能质量管理等重要作用，确保了智能电网安全、稳定和可靠的运行。

参考文献

【1】程时杰,文劲宇,孙海顺.储能技术及其在现代电力系统中的应用[J],电气应用,2005.

【2】孙海顺.储能技术在电气工程领域中的应用展望[J],电网与清洁能源,2012.

【3】王姝.储能技术应用于电力系统时的协调控制研究[D],武汉:华中科技大学,2015.

【4】胡灿.超导储能技术在电力系统中的应用应用与展望[J],四川电力技术,2012.