新能源电力系统中的储能技术研究

中电大丰风力发电有限公司 朱瑜

1 引言

新能源电力系统具有一定的复杂性，其中储能技术又扮演着重要的角色，为确保新能源发电能够取得实效性成果，技术人员对新能源电力系统的储能技术进行了深度研究，最终确实取得了比较可观的研究成果。为进一步优化我国新能源电力系统储能效果，相关工作人员必须对新能源电力系统中的储能技术进行更多了解，并确定不同储能技术的优势缺点等，以便更好地进行应用。

2 储能技术对于新能源电力系统发展的重要性

第一，为新能源发电大规模使用创造条件。新能源发电技术具有清洁无污染的优势，一经出现就得到了众多认可与关注，其中风能、太阳能都是比较具有代表性的清洁能源，也是目前新能源发电技术的主要研究方向，其普遍具有化石能源不具备的环保价值和再生条件，但同时也具有间歇性、不连贯的问题，很难像化石能源一样持续不断地发电。如要大规模推广新能源发电技术，就必须克服这些问题，才能保证电网稳定运行[1]。而储能技术的出现，则能够让上述问题迎刃而解，能够避免新能源发电技术的波动性和间歇性所带来的一系列负面影响，让电网稳定运行、使人民群众生产生活有序进行。储能技术是新能源发电技术并网并推广的必要手段。

第二，能够改变能源供应结构。新能源具有清洁无污染的特征，与可持续发展的战略目标完全相符，这使越来越多的技术人员开始投身此类能源的应用研究。如果一味地使用化石能源进行供能，其所造成的环境问题将带来巨大的负面影响，其本身的储量也确实无法满足继续长期大规模使用的需求，因此通过优化储能技术改变能源供应结构是未来发展的不二之选。换而言之，可以推出储能技术将新能源发电形成的电能储存起来，使新能源发电系统得以独立运行或者并网运行，在对新能源发电系统进行合理设计的情况下，其完全能够满足特定用户的用电需求，储能技术在这个过程中发挥的作用可想而知。

第三，能够调峰和平稳输出。目前我国的新能源开发仍处在探索阶段，风能、太阳能等新能源的间歇性、波动性问题仍然没有得到妥善解决，这使得新能源发电系统始终无法真正实现并网运行或大规模推广，而储能技术的出现则解决了这一问题。合理应用储能技术，能够实现电站调峰、保证电能稳定供应，对提升新能源发电系统应用效果有不可忽视的重要作用。

储能技术在新能源电力系统发展过程中将发挥重要作用，对该项技术的研究也从未停止。有关部门应当高度重视，对该类技术的应用情况进行深入分析以及研究，同时提出合理的改进措施，让该项技术能够拥有更大的应用空间，为我国新能源电力系统适应新世纪发展需求提供有力支持。

3 新能源电力系统中的储能技术

3.1 物理储能技术

物理储能技术是最具代表性的储能技术之一，主要可以分成以下几种。

一是压缩空气储能技术。压缩空气储能技术的原理在于，储能过程中风电机组会输出较大功率，除了供应电网之外，多余的电能可通过压缩空气储能电站进行保存，在压缩机的作用下对空气进行压缩降温，而后将这部分空气储存到特定的储气室中，即可达到储能的目标。在需要使用电能的时候，风电机组的实时输出功率可能无法满足用电要求，此时可将提前储备的高压低温空气升温、使之成为助燃条件，进而驱动燃气轮机和发电设备等，完成整个能源转换过程，这一储能技术的能源转化率比较高，可以达到75%以上，在其他先进技术的支持下，转化率还能进一步提升。从使用情况来看，压缩空气储能技术具有一定的优势，例如其储能成本比较低、安全性比较突出、系统稳定性比较可观等。当然其也具有一定的不足之处，例如压缩空气储能系统的储能密度较低，对地形岩层等条件有一定的要求，很难在所有地区大规模推广。

二是飞轮储能技术[2]。飞轮储能系统的储能效率比较高，在实际运行中，其储能效率最高可达80%左右。在进行储能时，飞轮储能系统中的电能会驱动电动机设备运行，将电能通过旋转体动能的形式储存，在需要释放能量的过程中，飞轮旋转带动发电机发电，即可将储存的机械能转化为电能。从研究结果来看，飞轮储能技术具有储能密度较大、充放电次数不限制等优势，整体储能效率比较高，因此得到了越来越多的认可和关注。

三是抽水储能技术。抽水储能技术具有使用成本低的特点，但是水资源本身会随着时间推移而不断蒸发，这使得抽水储能技术的能量转换效率只能维持在70%左右。目前常见的抽水储能技术，可以通过海水、地下水及江河大坝等介质而发挥作用，随着技术的不断发展，抽水储能技术的储能容量将会进一步提升，系统的应用成本也会逐渐下降，其未来的发展前景十分广阔。

各类型物理储能技术都有其应用范围。在应用过程中，工作人员应当高度重视，要结合现场具体情况，选择合适的技术类型，同时也要不断提升自身的实际水平，加强对于相关专业知识的了解，让物理储能技术为新能源电力系统的可持续运行提供有力支持。

3.2 化学储能技术

化学储能技术是比较常见的储能技术，可以理解为借助化学电池进行储能的技术，在化学电池正负极反应的作用下进行充放电，进而实现化学能和电能的转化储存。新能源电力系统中的化学储能电池主要包括以下几种。

一是钠硫储能电池。这种化学电池具有十分可观的能量密度，和普通的铅酸电池比较起来，其储能密度可高达铅酸电池的3 倍以上，同时其还具有运行空间需求小、充放电效率高等特征，建成后一般不需要反复多次进行维护，应用效果比较可观。

二是锂电池。锂电池是一种十分常见的化学电池，其具有储能效率高、能量密度大的特征，在长期使用中仍然能保持稳定性和安全性，在有必要的情况下，可以借助串并联的方式提升锂电池的储能容量等，保证了锂电池的使用适应性。当然也必须看到，锂电池串并联扩容的方式需要耗费大量资金，因此一般只在应急供电的情况下进行使用。

三是液流储能电池，某型号液流储能电池如图1所示。液流储能电池具有一定的先进性，输出功率比较大，电池组实际面积越大、输出功率越高，通过提升电解液浓度和容积等手段可以有效增加液流储能电池储能容量。在实际应用中，液流储能电池具有安全性、稳定性突出的特点，不需要进行复杂的安全保护即可安全使用，在新能源电力系统中扮演了不可忽视的重要角色。这种储能电池还具有能量转化率高的优势，能够在一定程度上将新能源电力系统产生的电能保存下来以备后续使用，目前已经在许多地区的电力系统中发挥作用。这种化学电池也确实有一定的不足之处，例如其建造和使用成本比较高，很难大规模推广使用。

图1 某型号液流储能电池

四是金属空气储能电池。金属空气储能电池是比较新型的化学储能电池之一，利用氧气作为电池正极、镁铝锌铁等化学性质相对活泼的金属元素作为电池负极，在金属元素发生化学反应的过程中，可产生一定的电能。在实际使用中，金属空气储能电池的实用价值比较可观，具有无污染、高效率的特征，电池原材料经过处理也可以反复利用，这在一定程度上保障了金属空气储能电池的应用价值。特别需要提到的是，这种储能电池只需要几分钟即可更换金属燃料，整体运行效率非常高，在新能源电力系统中占据重要地位[3]。

五是铅酸储能电池。铅酸储能电池指的是以稀硫酸溶液作为电解液、以绒状铅及二氧化铅和蓄电池等作为正负极的储能电池，其具有使用方法成熟、使用成本比较低的优势。与此同时，铅酸储能电池也具有储能效率低、电池使用寿命比较短的问题，稍有不慎还可能导致严重的重金属污染问题，因此逐渐被其他先进的储能电池所取代。

在化学储能技术应用过程中，涉及多种化学反应，也会使用到多种化学原料。因此，提升该类技术应用过程中的安全性至关重要，相关人员应当对于各类化学制造技术进行深入分析以及研究，避免该类技术在应用过程中出现安全问题。对于一些重要的化学原料，应当采取有效的保管措施。

3.3 相变储能技术

相变储能技术是除了化学储能技术和物理储能技术之外，比较具有代表性的储能技术之一，具有系统构成简单、应用灵活性突出的特点，整体运行稳定性比较可观，工作人员不需要花费大量时间进行系统管理，目前常见的相变储能技术主要包括冰蓄冷储能技术等。其中，冰蓄冷储能技术最具有代表性，主要是通过储存和释放冷量完成储能任务，能够有效提升制冷机组设备的运行效率。另外，电储热技术也比较成熟，主要通过金属材料和水完成储能，具有使用成本比较低、使用稳定性突出的特征，在新能源电力系统中发挥了重要作用。

由于相变储能技术是一种新型的技术，在应用过程中会存在相应问题。专业技术人员应当从多角度考虑，对相变储能技术的原理进行深入研究，在条件允许的情况下，还应当对该类技术进行不断升级，以达到不断提升应用效果的目的。

3.4 电磁储能技术

电磁储能技术是新能源电力系统中比较常见的储能技术之一，可以分为超导磁储能技术和超级电容器储能技术两种。一是超导磁储能技术。这种储能技术主要是依托超导线圈中的直流电磁场进行储能，储能效率非常高，最高可达到90%以上。在实际应用中，其还具有响应速度快、不造成环境污染等优势，特别需要提到的是，超导线圈的电阻值几乎为零，因此利用这种储能技术进行储能，不会造成严重的能量消耗，这有助于更好地储存电能并根据用电峰值进行释放[4]。特别需要提到的是，超导线圈需要低温保存，因此其使用成本相对来说比较高。二是超级电容器储能技术。超级电容储能技术也是比较先进的技术之一，同时兼具电容器和储能电池的特点，充放电过程可以根据需求进行逆转，储能效率非常高且运行安全稳定，对优化新能源电力系统运行情况有一定的积极作用。

4 结语

新能源电力系统是清洁能源产业的重要组成部分，能够借助太阳能、风能等新型清洁能源实现发电供电，推动新能源电力系统发展进步，是保证我国经济社会可持续发展的必要手段，也是建设环境友好型社会的重要举措。但是，新能源电力系统存在供能不稳定的问题，只有借助储能技术对其产生的电力能源进行储存和释放，才能更好地解决这一问题。除了文中提到的物理储能技术、化学储能技术、相变储能技术、电磁储能技术之外，技术人员还需要结合新能源发展情况，对储能技术进行进一步研究。