储能技术新能源电力系统中的应用和发展趋势

引言全球范围内的煤炭石油等不可再生能源总有一天会枯竭，而人类的发展却不能因为不可再生能源的枯竭而停止，开发和普及环节可再生能源具有重要的现实意义，可以避免出现能源危机[1]。像水电、风电、太阳能等新能源主要由自然生产，由于这类能源主要是来自自然环境，往往受到间歇性事件的影响，影响发电的稳定性。将储能技术引入电力系统，可以逐步消除峰谷，畅通电源，降低发电运输所需要的成本，提高可再生资源的利用率，增强电网的稳定性，平衡消除谷峰波动。一、储能技术（一）储能技术的定义储能技术主要指的就是电能的存储，它既可以作为应急能源，也可在电网峰值低的时候将电能储存起来，在电网峰值高的时候输出能源，平衡峰谷，降低电网出现波动的频率[2]。能源存在多种形式，包括化学反应，辐射，势能，热能，重力势能，电力和动力。储能技术是将难以存蓄的能源转化为更加方便的形式的能源储存起来。目前，大量能源储存主要是抽水或常规发电大坝。抽水大坝的主要优点是储能容量大，但也存在不足之处：它不能提供长期的能源储存，而且需要大量的人力物力[3]。一些技术可以提供短期的短期能源储存，而其他技术则可以持续更长的时间。（二）储能技术类型特点这里根据使用能量形式的差别，在这里把储能技术的大致划分为以下几种类型：1.基本燃烧能的储存，如天然气、石油等。2.二次燃烧能的储存，如氢气、天然气等。3.电能的储存和后续消耗能的储存，如相变储存等。这里主要分析和讨论电能储存技术。根据能量的形式，电储能可分为物理储能和化学储能，其中物理储能又可分为机械储能和电磁储能。（1）物理储能。把电能以物理方式存储，在用电高峰时，将能量释放出来。这种方法环保无污染，利用天然资源即可实现储能。（2）压缩空气储能。洞穴、水库等地；处在用电高峰时，再把空气加热升温膨胀通入燃气轮机，带动发电机发电。这种压缩空气储能技术的特点是节省燃料，成本低，容量大，对场地要求较高。压缩空气储能技术一般用在削峰填谷与调频调相。（3）抽水储能。抽水储能在这种模式下，河流的两头修建水坝，负荷低谷与丰水季节时，储存设备当成电动机使用，使下游水库中的水运往上游水库中存储起来；在用电高峰与枯水季节时，储能设备可作为发电机使用，此时上游水库中的水便可以用来发电[4]。抽水储能的特点是运行灵活，成本较低，储存能量巨大，受水文和地质的约束较大，地理位置要求较高。可用于填谷削峰，电网调频调相，和当做备用电源。（4）飞轮储能。这种储能技术方法是将电能长期储存在当飞轮储能负荷处于低点时，电动机驱动飞轮高速运行，将电能转化为机械能。在用电高峰时，飞轮驱动发电机将机械能转换成电能输送到电网。飞轮储能的特点是寿命长，安全性能好，但能量密度低，成本较高。飞轮储能方式多用在电能峰谷调节，电能平衡调节等。（5）化学储能。化学储能具体说来利用相互反应，多种方式转化直流电能和化学喜欢聊天实现储能。电池之一积极能量转换的主要纽带，代代相传，数量减少丰富，但却催化反应和内部成分不同，但电池的核心核心结构是相类似的，包括负极、负极、电解质和隔膜。化学储能是我国电网建设的一个新兴领域，在电网建设中占有重要地位。化学储能可根据需要灵活配置，不分区域，具有电池成本、电池寿命短的缺点。基于价格和材料稀缺等因素可以用铁和锰来代替目前锂电子电池中的钴和镍[5]。此外除了可以减少成本外还可以消除金属匮乏导致的垄断，和生产供应链没有保障的问题。大容量储能的发展有两种技术路线：一是与大容量相关的电池，以锂离子电池技术为主；二是专门开发的大容量电池。目前国内主要采用这两种方案，其中以钠基电池技术最成熟。锂离子电池由于能量密度高，循环寿命长，已成为未来动力电池的重要发展方向之一。目前世界上已经出现了一批大型电池工厂。硫化钠电池和液体流动电池是世界上最主要的技术。如果电池组中的一个电池组损坏，则可以认为电池组的电池寿命已经超过，必须进行修理和更换。虽然锂离子电池在电动汽车市场上被普遍看好，但在大容量储能市场的示范应用仍有待验证。钠硫电池、液流电池在我国正处于示范应用阶段.因此，大容量储能技术产业化还需要加快，集成成组技术还需要进一步发展，成本还需要进一步降低，一些关键部件还需要尽快国产化[6]。此外，还应关注钠离子电池、锌氯液流电流等新型储能电池的发展。下面写了常见的一些工作方式和关键的应用案例。①铅蓄电池；又叫二次电池。容量大，成本低，同样能量密度低，充电速度较慢，重金属污染严重。铅蓄电池储能可以用于电力系统调峰，也可以应用在电动汽车里面。②钠硫电池；钠硫电池的开发与应用已成为目前电化学领域内的一个热点。钠硫电池作为一种特殊的特殊化学电源，具有能量密度高、寿命长、充放电效率高等特点，可用于削峰填谷，以及大容量储能电站中等。③液流电池；液流电池又被称氧化还原液流电池，电解液由离子交换膜分离，形成正负极和负极。电解液是液流电池的基本结构单元，其作用是为电池供给电能。电池的正极和负极均匀流动的电流可以传递到电解液。液流电池容量高，寿命长，安全性能好，但体积相对较大，多被用作大容量存储。④锂离子电池；锂离子电池是以固体电解质为正极板，以二氧化锰为负极的化学总电源，它是多种途径电解质（锂离子电池）将锂离子传替到负极（碳素材料）上来实现其功能的。在充电过程中，锂亚原子失去电子信息，形成充放电过程，然后与外部电子结合，还原为锂原子。当他放电时候，他的反应历程和他充电的时候正好相反。锂离子电池能量密度高，转化效率高，但是成本高。目前，锂离子电池储能容量较小，它可以应用于数码产品中，也可以进入新能源汽车，电车等领域。（6）电磁储能；电磁储能技术在国外发展迅速，在国内电力系统中的应用也越来越广泛。这种储能技术容量高，效率高，无污染，通常用于改善电能质量，维护电力系统的稳定性。（三）各储能技术比较各类储能技术的应用场合和特点详见图1-1。图1-1各种储能技术的特点和应用场合二、新能源电力系统中储能技术的应用（一）光伏并网中储能技术的应用在光伏并网系统中，储能技术可以有效避免运行峰值相差过大无法平衡的问题。在实际应用中，需要将功率强度高的超级电容器磷酸铁锂电池与控制结构和控制方式相结合，以达到最大的效果。仿真结果表明，超级电容电池能够保持系统的稳定性[7]。（二）风电储能技术的应用在风电系统中，储能技术的合理应用对新能源电力系统的稳定运行起着至关重要的发挥，储能储能技术的应用过程也可满足有功标称功率和无功功率的真实需求，因而实现系统的再优化，保证线路的稳定基础运行。例如，利用超导储能市场解决风电系统电压稳定性问题的原因，可以处理系统中的风力预期变化以及网络线路的短路，仿真研究结论，超导清洁能源技术运行后，网络不通仍会稳定，风运动电荷稳定，风电场输出稳定[8]。该技术主要部分用于并网风力发电操作系统，方式建立系统SMES各种模型和计算最优投资意见反馈矩阵模式，就可大大缩短输出直流电压的稳定性。例如，风电系统的频率稳定性问题也如果从而储能技术来解决，两类集中在平滑风能电力网络充放电的输出功率，仿真结果表明飞轮储能系统在这一领域的应用模式能够起到重要的作用。风能分布式光伏出把力缺乏可靠性和安全性是影响新能源电站全力支持系统长期稳定性的主要由于，储能技术的应用具有平滑装机规模出力输出频率高的实用功能，以提高风电场分布的可调度性[9]。三、储能技术的发展前景随着经济新能源动力（风能、太阳能、燃料电池等）的随着经济普及和电网调峰、提高电网产品可靠性、改善电能质量的提高的迫切需要，电力储能系统的意义越来越高增加，电力储能技术的应用未来的发展前景至极广阔，采用大型储能装置设计就能减少和延缓输配电电力配网的投资领域，提高综合利用率和可靠性，降低煤炭损耗较大，减少供电线损。一是储能装置的容量规模，二是储能装置的充放电控制策略，三是储能系统的投资成本和运行维护卫者，最终是电力系统所产生的经济的效益[10]。电力储能系统实现规模效应，将通过以下几个地方产生经济的效益：1.切实有效提高当前配电设备利用度，转变电力建设增长方式。储能系统作为一种新兴的能量管理系统，能够在一定程度上提高发电和输电配电环节的设备利用率[11]。储能储能系统运行成本低，维护也相对简单，通过储能系统的投入可以大大降低电厂和电网的运行和维护成本，电厂和电网的运行和维护成本相当复杂。2.储能系统在不同的工作状态，不同的环境条件下，其运行成本和经济效益也各有差异。储能装置精进调整处理间隔，有效降低成本。3.降低断电损失。分散储能的布置在电力系统出现故障时，可以将电网的有功功率，无功功率和负荷功率进行合理调整，使电网运行更加稳定，可以使达到减少电网故障原因带来的损失的目的。 在分布式储能储能系统接入电网出现故障发生或检修时，所有用户并且能多种方式电力储能系统提供可以增加供电的可靠性，停电使用次数和电力系统国产化损失大大降低了经济收益和社会效益[12]。届时，峰谷电价将逐步提高，对电能质量的需求将增加，对电力储能系统被压抑的电网需求将得到快速有力的释放。在新型电力系统中，电网的消费用户也将成为是电力的制造，提供者，市场参与者政策设计上要给用户充足的使用空间，通信机站无处不在，逐渐被通信技术的发展在持续不断升级改造，其会比较成熟的能源储备物资，哪怕存量盘活还是规模增长，都可当然新型能量存储重要一环组成，共享发电塔已成为电力电信新兴行业相互融合发展地可提供了可鉴之资，新能源汽车前景可期，未来传统汽车必将被新能源电车取代，我国汽车保有量超两亿辆。大体量年销量超两千万辆的巨大规模体量来说，新能源电车作为储能硬件设施具有稳步发展空间。可再生能源发电、电动汽车的快速发展，为储能产业带来新的发展契机。储能作为一种先进的绿色能源，其研究开发已成为世界各国竞相关注的热点。我国要实现经济增长方式转变，就必须大力推进节能减排工作，大力发展清洁低碳经济。发展高效、可靠的新型储能装置、配套设备和关键材料，特别是在大容量储能技术和动力电池产业化方面，降低成本[13]。四、总结语及展望对于平衡新能源核心技术的突破，储能的技术的重要性是无可置疑，国家有关部委，国家能源局等部门，2017年所印发的《关于促进储能技术的形成产业进一步发展的指导发表意见》明确梯次利用是智能电力输送，不可再生高占比能源控制系统，能源提供高质量发展起来，对于实现创新实现碳达峰碳中和具有重要意义[14]。不仅如此新型能量存储存在管理职能交叉的供应能力中。引水蓄能绝大部分都能相等视之，而核能发电在调峰等方面也具有强替性，泵水蓄能在经历长时间很长沉寂后，在电价机制向好的刺激下，终于进入崭新的发展第一阶段，常规对水电新能源的调节技术能力，虽已有水光的成功范例，但但已得到应有的必须重视和最大程度认知，火力发电目前体量巨大且仍处于增量发展第二阶段，其灵活性改造扩展空间依然可观可，代工运营重要能力等技术层面成熟，经济适用性，安全可靠性，作为优先安排开发利用的拥有资源，避免进退失据，不但以及技术攻关需要更多发力，加速提升新型大规模储能设备技术的成熟度。对于新型储能我国政策安排的核心观点最重要的是价格比较系统形成制度，多种手段合理回报吸引投资主体选择进入，而且防止一哄而上，《储能意见稿》对已健全新型储能价格监督机制作出初步建立休息安排，但集中是工作方面的综合考虑具体工作机制还必须一方面研究探索确定，抽水动能考虑到电价机制不完善，运行制度不清晰，发展反应速度曾有过一段时间的低迷，2021年4月中国国家发改委发布《关于加大抽完善抽水蓄能出售价格形成两个机制的征询》，显然成为不温不火的抽水聚集能量注入活力翻身仗，大唐集团十四五拟其他投资超一千多亿元新增项目开两千万千瓦以上抽水蓄能电站，也印证了这一判断作为开路先锋的抽水能量源，也可以说为新型储能市场提供了多方面的借鉴经验[15]。新型技术储能不绝不是独立地存在，而是新型电力系统的重要结构支撑，涉及到电源，电网用户等不同不同主体，也涉及到了不同层次不同区域的双方关系，存在千丝万缕的复杂相互之间的关系能够发挥当地政府或行业协会的各密切协同各方职责，共同担当推进近期规划，同建设，同投产，避免90年代以来来每当会出现了电力通信网脱钩的关键性问题。目前中国，电力机顶层设计依然在探索时间阶段，无论是技术上还是政策上都还需要更进一步的改进。综上所述，储能技术势必能成为在未来改变能源结构方面、生产力和消费方式的配套技术环节的设计。可再生新兴能源在发电过程中不随机获取扰动和间歇性问题也将得到不完美实际问题。储能在电力系统中的场景应用，多方面还能最大限度地提高传统电网的运行高效率和利用率，二是既能更轻松地解决电网设施当中此类机械故障，最有效地提高电能质量可，实现高效率，直流系统稳定安全问题运行，满足社会满足，在发展新型智能微电网支持提供供应推进能力及其技术的适合性，经济适配性，安全可靠性，作为优先性开发利用的开发资源，避免捉襟见肘除此以外技术层面攻关我们都需要发力，加速大幅度新型储能的成熟度，为其将来发展奠定基础。

参考文献[1]李彦荣,王康民.新能源电力系统中的储能技术探究[J].应用能源技术,2022(05):54-56.[2]何归弟,王强.新能源电力系统中的储能技术分析[J].科学咨询(科技·管理),2022(03):35-37.[3]孙翠清.储能技术在新能源电力系统的应用研究[J].电子世界,2022(01):27-28.[4]叶秋红,武万才,徐志婧,屈颖.储能技术在