论文部分内容阅读
【摘 要】储能技术是电力系统的新型技术，关系到国计民生。本文从储能技术的工作原理、作用意义和储能方式三个方面进行了详细阐述。
【关键词】储能技术;电网;工作原理
发电-输电-变电-配电-用电是一个完整的电力生产过程，且连续进行，在整个过程中要保证电网系统的平衡，实现供电的稳定性和可靠性。由于电力系统的用户端存在着用电时间不同、用电量大小的不同，因此也就形成了电网负荷的峰谷差，为了达到满足使用量同时又保证供电稳定性的目的，系统要留出足够大的备用容量，以满足最高峰的用电需求。但这样却造成了系统设备运行效率低的弊端，影响电网利用率。
电网储能技术的应用缓解了这一问题，可以对负载削峰填谷, 提高系统可靠性和稳定性,减少系统备用需求及停电损失。电网储能技术是在传统的电网系中加入一个能量存储的环节，使原来“刚性”的系统转变成“柔性”，电网运行的安全性、可靠性、经济性、灵活性也得到大幅度的提高。因此，储能技术在电力技术中有“第六因素”的美誉。储能技术发展潜力巨大。
1、储能系统技术原理与作用
1.1 技术原理
电网中的储能系统由储能装置和电网接入系统（PCS）两大部分组成。储能装置主要由储能元件构成，可以进行能量的储存、释放和功率转换。电网接入系统主要由电力电子器件构成，主要作用是：充放电控制、交直流变换、功率调节和控制、运行参数检测和监控、安全防护。储能系统的容量范围比较宽，从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨度大，从毫秒级到小时级；应用范围广，贯穿整个发电、输电、配电、用电系统。
1.2 储能技术在智能电网中的作用
1）当前化石能源匮乏，已经成为制约社会经济发展的顽疾，加之现今社会的环境污染问题日益严重，各个国家都在寻求新的能源来应对当前的局面。风能和太阳能具有来源丰富和没有污染的特点，受到越来越多的关注。但在其使用中受气候条件影响很大，存在在间歇性、不稳定性和不可控性等缺陷，不能大规模开发和投入使用。储能技术的发展可以在很大程度上改变这一弊端，实现大规模可再生能源的接入。
2）传统的大电网供电方式存在着项目投资大、能耗高、供电安全性低和控制灵活性差的弊端，已经不能满足日益发展的供电质量和安全性的要求。在这种背景下，大电网与分布式发电相结合的供电方式应运而生，兼得两种方式的优点，不仅提高了电网安全性，而且节省投资、降低能耗。基于电网稳定性和经济性考虑, 分布式发电系统要存储一定数量的电能, 用以应付突发事件。所以，储能技术的应用和发展，促进了分布式发电系统的建设，形成分布式电源的接入，变革传统电网升级方式，灵活配置能源供应，提高现有输配网络利用率，延缓输配电设备投资，从而优化了整个供电网络。
3）储能系统可以进行夜间储电，日间放电，对于电网企业和终端的用电用户来讲，可以从峰谷电价差中优化资源配置,将获得大量经济效益。此外，在电网发生故障和检修的情况下,用户可以通过储能系统保证正常的供电，用户用电的安全可靠性大大提高,大幅减少停电次数(时间)和停电损失。
4）储能技术可以实现功率的平滑输出，降低功率波动越限概率以及爬率，增强电网系统的调频能力；提供快速的有功支撑，实现电压控制，保证供电可靠性，削峰填谷；借助大容量储能系统解决峰值负荷需求，满足特殊负荷的供电需求，提升了需求侧的供电服务。
2、储能方式分类
目前，储能技术主要有机械储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、超级电容器等)、电磁储能(如超导电磁储能等)、相变储能（如冰蓄冷等）。下表是各种储能方式的适用情况。
2.1 抽水储能。抽水储能技术是指，在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放的能源储存方式。
抽水储能水电站的建设容量要根据电网的供电要求和地理条件综合确定，其中最关键的技术环节是如何保证水势能与电能之间的快速灵活的转换，同时保证能量之间的转换效率，不造成能量的浪费。抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天不等，综合效率在70%到85%之间，主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。
2.2 飞轮储能。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化为机械能存储起来,在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能系统主要包括三部分：转子系统、支撑转子的轴承系统和转换能量与功率的电动/发电机系统。
2.3 蓄电池储能。在化学储能技术中蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术。在众多的蓄电池中，铅酸电池具有制造成本低，储存容量大和使用安全可靠的优点，得到的了大范围的应用，是最实用的储能系统。但铅是重金属，在使用中会产生环境污染，虽然当前应用范围较广，可与社会的环保理念相悖，随着蓄电池技术的不断发展，铅酸电池的使用将会逐渐减少。
2.4 超级电容器储能。超级电容器采用电化学双电层理论原理，是介于普通电池和二次电池之间的新型储能装置。超级电容器的储能原理与蓄电池不同，在充放电过程中其能量容量的变化有自身的特点。超级电容器受充放电电流，温度，充放电循环次数等因素影响，其中充放电流是最主要的影响因素。超级电容器的电介质，在使用中耐高压能力较弱，因此会出现漏电的情况，能量储存时间受到极大限制，甚至在某些情况下会产生击穿现象，导致系统失效，所以电介质的耐压能力还有待提高。
2.5 超导电磁储能。超导储能装置是利用超导线圈将电能直接以电磁能得形式储存起来，在需要时再将电池输出给负载的储能装置。超导储能装置的能量装换是从电磁能向电能转化，因此功率的输送也就不需要能源形式的转换。由于省去了能量的转换过程，超导储能响应速度快，转换效率高，电网的调频容易控制，可以充分保障供电的质量。超导储能技术制造超导体的费用昂贵，维持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观，目前还处于研发阶段，只在小范围内进行试运行。
储能技术是具有重要经济和社会价值的现代化电力系统新技术，因此要大力推进基础材料和基础设施的研究，积极进行技术创新，实现电网整体技术的提升和社会环保工作的发展。
参考文献
[1] 张文亮、丘明、来小康,储能技术在电力系统中的应用[J]，电 网 技 术，2008,04,(07).
[2] 张宇、俞国勤、施明融、杨林青、何维国、卫 春，电力储能技术应用前景分析[J]，华东电力，2008,04,(04).
【关键词】储能技术;电网;工作原理
发电-输电-变电-配电-用电是一个完整的电力生产过程，且连续进行，在整个过程中要保证电网系统的平衡，实现供电的稳定性和可靠性。由于电力系统的用户端存在着用电时间不同、用电量大小的不同，因此也就形成了电网负荷的峰谷差，为了达到满足使用量同时又保证供电稳定性的目的，系统要留出足够大的备用容量，以满足最高峰的用电需求。但这样却造成了系统设备运行效率低的弊端，影响电网利用率。
电网储能技术的应用缓解了这一问题，可以对负载削峰填谷, 提高系统可靠性和稳定性,减少系统备用需求及停电损失。电网储能技术是在传统的电网系中加入一个能量存储的环节，使原来“刚性”的系统转变成“柔性”，电网运行的安全性、可靠性、经济性、灵活性也得到大幅度的提高。因此，储能技术在电力技术中有“第六因素”的美誉。储能技术发展潜力巨大。
1、储能系统技术原理与作用
1.1 技术原理
电网中的储能系统由储能装置和电网接入系统（PCS）两大部分组成。储能装置主要由储能元件构成，可以进行能量的储存、释放和功率转换。电网接入系统主要由电力电子器件构成，主要作用是：充放电控制、交直流变换、功率调节和控制、运行参数检测和监控、安全防护。储能系统的容量范围比较宽，从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨度大，从毫秒级到小时级；应用范围广，贯穿整个发电、输电、配电、用电系统。
1.2 储能技术在智能电网中的作用
1）当前化石能源匮乏，已经成为制约社会经济发展的顽疾，加之现今社会的环境污染问题日益严重，各个国家都在寻求新的能源来应对当前的局面。风能和太阳能具有来源丰富和没有污染的特点，受到越来越多的关注。但在其使用中受气候条件影响很大，存在在间歇性、不稳定性和不可控性等缺陷，不能大规模开发和投入使用。储能技术的发展可以在很大程度上改变这一弊端，实现大规模可再生能源的接入。
2）传统的大电网供电方式存在着项目投资大、能耗高、供电安全性低和控制灵活性差的弊端，已经不能满足日益发展的供电质量和安全性的要求。在这种背景下，大电网与分布式发电相结合的供电方式应运而生，兼得两种方式的优点，不仅提高了电网安全性，而且节省投资、降低能耗。基于电网稳定性和经济性考虑, 分布式发电系统要存储一定数量的电能, 用以应付突发事件。所以，储能技术的应用和发展，促进了分布式发电系统的建设，形成分布式电源的接入，变革传统电网升级方式，灵活配置能源供应，提高现有输配网络利用率，延缓输配电设备投资，从而优化了整个供电网络。
3）储能系统可以进行夜间储电，日间放电，对于电网企业和终端的用电用户来讲，可以从峰谷电价差中优化资源配置,将获得大量经济效益。此外，在电网发生故障和检修的情况下,用户可以通过储能系统保证正常的供电，用户用电的安全可靠性大大提高,大幅减少停电次数(时间)和停电损失。
4）储能技术可以实现功率的平滑输出，降低功率波动越限概率以及爬率，增强电网系统的调频能力；提供快速的有功支撑，实现电压控制，保证供电可靠性，削峰填谷；借助大容量储能系统解决峰值负荷需求，满足特殊负荷的供电需求，提升了需求侧的供电服务。
2、储能方式分类
目前，储能技术主要有机械储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、超级电容器等)、电磁储能(如超导电磁储能等)、相变储能（如冰蓄冷等）。下表是各种储能方式的适用情况。
2.1 抽水储能。抽水储能技术是指，在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放的能源储存方式。
抽水储能水电站的建设容量要根据电网的供电要求和地理条件综合确定，其中最关键的技术环节是如何保证水势能与电能之间的快速灵活的转换，同时保证能量之间的转换效率，不造成能量的浪费。抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天不等，综合效率在70%到85%之间，主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。
2.2 飞轮储能。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化为机械能存储起来,在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能系统主要包括三部分：转子系统、支撑转子的轴承系统和转换能量与功率的电动/发电机系统。
2.3 蓄电池储能。在化学储能技术中蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术。在众多的蓄电池中，铅酸电池具有制造成本低，储存容量大和使用安全可靠的优点，得到的了大范围的应用，是最实用的储能系统。但铅是重金属，在使用中会产生环境污染，虽然当前应用范围较广，可与社会的环保理念相悖，随着蓄电池技术的不断发展，铅酸电池的使用将会逐渐减少。
2.4 超级电容器储能。超级电容器采用电化学双电层理论原理，是介于普通电池和二次电池之间的新型储能装置。超级电容器的储能原理与蓄电池不同，在充放电过程中其能量容量的变化有自身的特点。超级电容器受充放电电流，温度，充放电循环次数等因素影响，其中充放电流是最主要的影响因素。超级电容器的电介质，在使用中耐高压能力较弱，因此会出现漏电的情况，能量储存时间受到极大限制，甚至在某些情况下会产生击穿现象，导致系统失效，所以电介质的耐压能力还有待提高。
2.5 超导电磁储能。超导储能装置是利用超导线圈将电能直接以电磁能得形式储存起来，在需要时再将电池输出给负载的储能装置。超导储能装置的能量装换是从电磁能向电能转化，因此功率的输送也就不需要能源形式的转换。由于省去了能量的转换过程，超导储能响应速度快，转换效率高，电网的调频容易控制，可以充分保障供电的质量。超导储能技术制造超导体的费用昂贵，维持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观，目前还处于研发阶段，只在小范围内进行试运行。
储能技术是具有重要经济和社会价值的现代化电力系统新技术，因此要大力推进基础材料和基础设施的研究，积极进行技术创新，实现电网整体技术的提升和社会环保工作的发展。
参考文献
[1] 张文亮、丘明、来小康,储能技术在电力系统中的应用[J]，电 网 技 术，2008,04,(07).
[2] 张宇、俞国勤、施明融、杨林青、何维国、卫 春，电力储能技术应用前景分析[J]，华东电力，2008,04,(04).