储能技术在新能源电力系统中的应用分析

储能技术在新能源电力系统中的应用分析

安磊 赵学如 刘拴林

华润电力投资有限公司北方分公司  内蒙古呼和浩特市  010000

摘要：随着国家“双碳”计划的稳步推进，新能源发电量占比不断增加。风/光发电等清洁能源发电技术日益受到重视，并大量应用于电能的实际生产中。然而，风、光等发电技术具有在物理分布上随机性、不确定性，以及大规模并入电力系统具有不稳定性等天然特点。储能技术作为解决该问题的有效手段之一，在工程实际中的重要性就日益显著。

关键词：储能技术；新能源；电力系统

1储能技术分析

1.1物理储能

物理储能主要的储能方式是存储机械能，主要包括存储重力势能的抽水蓄能、存储动能的飞轮储能和存储弹性势能的压缩空气储能。其中，抽水蓄能技术成熟且已得到大规模应用，近年来针对如何提高新能源消纳水平问题，已在超高水头抽水蓄能、变速抽水蓄能、废弃矿井抽水蓄能、海水抽水蓄能等进行了相关技术发展和稳定性研究。另外，抽水蓄能与其他可再生能源系统联动的相关技术理论也得到了广泛探讨。压缩空气储能系统储能时利用用电低谷时产生的电能将空气压缩并储存于储气装置中，待用电高峰需要电能时从储气室中释放出高压空气驱动涡轮机带动发电机发电。压缩空气储能可以利用盐穴、矿洞、废弃油气井等地下空间，含水层压缩空气储能的选址研究也使得其可应用范围更加广阔。除此之外，压缩空气储能参与综合能源系统、与其他可再生能源系统组合等相关技术的研究也愈发得到重视。飞轮储能储存电能的方式是通过飞轮电机实现旋转动能和电能之间高效率的双向转化。充电时，转子加速，电能转动能储存；放电时，转子降速，动能转电能供给负荷，可以短时高效为用户提供优质电能。飞轮储能的材料选择、转子损耗、装置性能、调节与控制等方面的理论研究均取得一定的进展。飞轮轴承可以分为机械支撑、电磁悬浮、永磁悬浮和超导磁悬浮四种，可单独或多种轴承混合使用，其中超导磁悬浮轴承的飞轮转子摩擦系数极低，转速高，是未来发展的趋势，但其技术还有待突破。

1.2电化学储能。

电化学储能是目前应用最灵活广泛且具有前景的储能形式之一，常见的电化学储能装置包括各类电化学电池、超级电容器。电化学电池的研究前景广阔，在近年来发现的新材料支撑下，技术有了进一步的发展。如剑麻纤维和ｇ－Ｃ３Ｎ４／Ｐｂ复合材料在铅炭电池中的应用，锌铁液流电池、水系有机活性材料液流电池的发展应用，锂硫电池、锂空电池等也均在研究中。除此之外，一些材料较成熟的电化学储能装置在其性能、安全性、回收方式等方面也有所进展。如锂离子电池的碱性体系选择性回收和离子液体及低共熔溶剂绿色回收等技术在回收方面的应用，快充技术得到发展，电解液除酸水添加剂等相关领域也得到了探索，全钒液流电池的流道选择、性能优化等领域有所发展。超级电容器则是一种不同于蓄电池的新型电化学储能技术，有多种外观形式，具有存储量大、充放电速度快、寿命长、稳定性高等优点，且温度适应性较好。但超级电容器通过表面反应机制储能，存在着所有电化学储能器件中最严重的自放电问题。目前，超级电容器的电极选择、性能、应用等方面的研究均有一定的进展。

1.3多能转换的储能

多能转换储能通常是在电力富余、消纳能力有限的情况下将电力以制热、制冷、制氢等手段进行转换，在负荷高峰期时再转换为电能使用。目前，储冷、储热相关材料在制备和性能优化等方面不断得到研究突破，而储氢技术的研究则在材料、安全性等方面有所进展。

2储能技术在新能源电力系统中的实践运用

2.1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。为实现上述目标，可将超导磁储能方式运用于风能电力系统中，对风能进行有效储存，这要求操作人员需明确该储能方式的内部构成。超导磁储能主要包含永磁电机、飞轮、高温超导磁类悬浮轴承、真空罩、转子与电动机等装置。操作人员将风能投放到电动机内，借助转子、真空罩与悬浮轴承的合理运用，对风能进行针对性处理，再通过飞轮、永磁电机与电动机转化为电能，并存储在对应的装置内，增强风能电力系统的应用效果。进行风能电力系统的内部能量转化期间，要科学规范应用电磁储能技术，找出更多影响储能效果的要素，使该项操作变得更具科学性。

2.2光伏电力系统

与风能电力系统相比，光伏发电系统在实际运用时要合理利用太阳能电池原理，将太阳能进行适当转化，并将电能转变成直流电形式，当光伏发电系统内的电池输出功率产生波动时，可立即运行储能系统，为当前的光伏发电系统提供瞬时功率，使该系统的运行变得更为平稳。安装光伏发电系统中的储能装置时，操作人员可适当采用化学储能技术，将铅酸电池或锂电池储能方式应用到该项储能工作中，提升该储能装置运用的规范性。其中，采用铅酸电池储能时，要及时明确该电池的正负极构成，负极为酸性蓄电池，正极为二氧化铅蓄电池，操作人员可利用电子流的运行路径，将阴离子与阳离子分别放入负极、正极中，即负极对应阳极、正极对应阴极，阴离子、阳离子经过长时间负载后，精准展现出对应的电荷流动方向，增强铅酸储能方式的放电效果。

2.3机械发电系统

在机械发电系统中，要合理转化机械能与电能，具体而言，将机械能转化成动能，再由动能转化成电能，在此过程中，要想提高能量循环质量，提升电能转化效率，可在机械发电系统中科学运用物理储能技术中的压缩空气储能方式，该方式能够实现储能的有效转化，提升能量储存的科学性。而要想合理运用压缩空气储能，需要熟练掌握相关设备器械的用途，如电动机、压缩机、涡轮机与发电机等[5]。压缩空气储能的操作步骤主要包括储存与释放，首先，操作人员要利用电动机将电能中的空气进行压缩，并借助压缩机将该空气存储到相关装置内。其次，在将压缩后的空气转化成电能时，要科学利用涡轮机将压缩机中的空气进行旋转，适当释放出一定量的废气，将价值含量更高的气体转化成电能，转换器械为发电机，这一装置的应用能够有效增强压缩空气储能的运用效果，提高气体利用效率。需要注意的是，控制机械发电系统的运行状态时，要精准检查发电系统内部的电能转化形式，将空气与电能的转变过程进行科学结合，加强该发电系统内部储能装置的使用效果。在应用机械发电系统时，要仔细观察发电系统内部的具体应用环境，及时对周围各项环境要素进行科学控制，精准确认压缩空气储能的使用条件，并在该储能方式的影响下，高效增强机械发电系统的应用效果。

3结语

随着我国大力发展风电、光伏等清洁能源技术，稳步推进“碳达峰”“碳中和”的节点目标，着力于构建以清洁能源为主导的新型电力系统，储能技术作为新能源发电并网的关键技术，一定将迎来广阔的应用场景。

参考文献：

[1]林天斌,赵景飞.新能源电力系统中的储能技术探讨[J].科技风,2020(26):139-140.

[2]赵尧.浅析新能源电力系统中的储能技术[J].电子世界,2020(17):134-135.

[3]裴哲义,范高锋,秦晓辉.我国电力系统对大规模储能的需求分析[J].储能科学与技术,2020,9(05):1562-1565.

[4]孙鹏.新能源储能关键技术的研究[D].扬州大学,2016.