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淺談儲能技術在電力系統中的應用

點擊次數：665更新時間：2024-12-10

安科瑞劉秋霞

摘要：電力是現代社會*重要的能源之一，電力系統的安全、穩定和可靠運行對于保障*家經濟發展和人民生活至關重要。儲能技術在電力系統中的應用是當前電力行業中的熱門話題。隨著全球能源需求的增長和可再生能源的快速發展，儲能技術成為解決電力供需平衡、提高電力系統調度能力與供電可靠性的重要手段。本文主要研究儲能技術在電力系統中的應用。

關鍵詞：儲能技術；電力系統；應用

0引言

傳統電力系統的主要特點是供需平衡，即電力的供應和需求達到平衡，以確保系統的穩定運行。然而，新能源技術的快速發展，特別是風能、光能等非穩定性能源的大規模接入，使得電力系統的供需平衡變得越來越困難。此外，電力系統的負荷也呈現出不斷增長的趨勢，為了滿足負荷需求，電力系統需要不斷擴容升級，但高成本和對環境的影響成為了制約因素。儲能技術的出現為電力系統的發展帶來了新的希望。儲能技術可以將電能儲存起來，用于平衡電力系統的供需矛盾、應對負荷峰值和電網故障等問題，提高電力系統的可靠性和經濟性，降低系統的供電成本和排放。隨著儲能技術的不斷發展，電力系統的負荷可以更加精細地調度和管理，電網規模可以更加靈活地擴大或縮小，電網的穩定性和可靠性可以得到有效保障。

1儲能技術的主要類型

1.1機械儲能技術

機械儲能技術是將能量轉化為機械形式并儲存起來的技術。常見的機械儲能技術有：抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。

1.1.1抽水儲能

抽水蓄能是一種常見的機械儲能技術，它可以將能量以勢能的形式儲存起來，當需要利用能源時，勢能被轉換成電能。抽水蓄能技術主要通過在低水位蓄水池和高水位蓄水池之間建造水泵和水輪機來實現。在低電負荷時，水泵將水從低水位蓄水池抽升到高水位蓄水池，儲存能量；在高電負荷時，水輪機將高水位蓄水池的水放下來，通過水輪機發電機將勢能轉化為電能。抽水蓄能技術具有儲能容量大、能量轉換效率高、運行周期長等優點，可以平衡電力系統的供需，調整電力系統負荷。

1.1.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能技術是將能量轉化為壓縮空氣并進行儲存的技術。該技術主要通過將空氣壓縮至高壓儲存，然后在需要時釋放壓縮空氣，使其推動渦輪機或發電機，實現能量的轉化。壓縮空氣儲能技術具有儲能規模靈活、運行周期長、*污染等優點。然而，該技術的儲能效率較低，主要是由于壓縮空氣會產生熱量，導致儲能損失。目前，壓縮空氣儲能技術仍在不斷發展和改進，以提高其儲能效率和經濟性。

1.1.3飛輪儲能

飛輪儲能是通過將能量轉化為旋轉動能，將能量存儲在高速旋轉的輪子中。飛輪儲能技術具有功率強、響應快、能量轉換效率高等優點。在儲能過程中，電能通過電動機將輪子加速旋轉，儲存能量；在能量需求增加時，電動機反轉，將旋轉動能轉化為電能。飛輪儲能技術在電力系統穩定調節、瞬態功率平衡等方面具有潛力，尤其適用于高速、瞬間儲能的場景。然而，飛輪儲能技術的輪子需要在高速旋轉中保持平衡和穩定，對材料和工藝要求較高。

1.2電磁場儲能技術

電磁場儲能技術是將能量存儲在電磁場中，通過電流和磁場的相互作用來儲存和釋放能量的技術。主要的電磁場儲能技術包括超導磁體儲能系統和*級電容儲能系統。

1.2.1超導磁體儲能

超導磁體儲能系統是利用超導體線圈將能量以磁場的形式儲存起來。超導磁體線圈由超導材料制成，在超低溫環境下能夠產生強大的磁場。超導磁體儲能系統具有響應速度快、儲存密度高的特點。超導磁體儲能器件的優點是具有很高的能量密度，可以快速釋放儲存的能量，有效地控制電網的電壓波動，進一步保證電力系統的穩定。然而，由于超導材料和制冷系統的成本較高，超導磁體儲能系統的應用受到限制。

1.2.2*級電容儲能

*級電容儲能系統主要利用電解質進行充放電來實現能量的儲存。*級電容器具有使用壽命長、響應速度快等特點。在*級電容儲能系統中，能量主要通過電解質儲存，電解液通常由特殊材料制成。*級電容器在實際應用中的能量密度較低，且電容器的電壓水平不太高，因此其應用受到一定的限制。但是對于需要短時間內釋放大功率的場景，*級電容器具有很強的優勢。此外，*級電容器還具有很長的使用壽命和良好的環境適應性。

1.3電化學儲能技術

電化學儲能技術是將能量通過化學反應轉化為電能，并在電化學設備中進行儲存。常見的電化學儲能技術有：鋰離子電池、鉛酸電池和燃料電池等。

1.3.1鋰離子電池

鋰離子電池是目前*常見的電化學儲能技術之一。鋰離子電池利用鋰離子在正負*間的遷移來進行充放電反應，將化學能轉化為電能。鋰離子電池具有高能量密度、長壽命和低自放電率等優點，被廣泛應用于電動汽車、移動設備等領域。然而，鋰離子電池的成本較高，而且在大容量應用時，其安全性和穩定性仍然是一個挑戰。

1.3.2鉛酸電池

鉛酸電池是一種成熟的電化學儲能技術。鉛酸電池通過鉛酸溶液中的化學反應來儲存和釋放能量。鉛酸電池具有成本較低、可循環使用的優點，廣泛應用于汽車起動、UPS電源等領域[1]。然而，鉛酸電池的能量密度較低，體積大，對環境有一定的污染，并且在長期循環使用中會有蓄電能力衰減的問題。

1.3.3燃料電池

燃料電池是一種通過化學反應將燃料和氧氣直接轉化為電能的裝置。燃料電池具有*效能量轉換和*排放的特點。根據不同的燃料類型，燃料電池可以分為氫燃料電池、甲醇燃料電池等。燃料電池適用于移動設備、電力系統備用電源等領域，但目前仍面臨成本高、儲氫和燃料供應等問題。

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圖1儲能技術類型

2儲能技術在電力系統中的應用

2.1儲能技術在發電系統中的應用

2.1.1調峰能力提升

發電系統的負荷往往存在波動，尤其是在高峰時段負荷增加明顯，這時候往往需要額外的發電機組投入運行，以滿足電力需求。而儲能系統可以在高峰時段釋放電能，為電力系統提供削峰填谷支持。通過儲能系統的靈活調度，可以減少發電機組的啟停次數，提高發電系統的效率和可靠性，平衡供需差異，提升發電系統的調峰能力。

2.1.2瞬時功率平衡

發電系統中存在瞬時功率波動的情況，儲能技術可以通過快速釋放儲存的電能來平衡瞬時功率差異。比如飛輪儲能技術，具有響應速度快的特點，能夠在毫秒級別內完成能量轉換和輸出，以適應瞬時功率波動的需求。當系統需要額外的電力支持時，飛輪可以在瞬間釋放旋轉動能，提供高功率的支持，平衡電力系統的瞬時功率波動。

2.1.3備用電源

儲能技術可以作為備用電源，提供電力系統的緊急備用能源。在發生突發事件、故障或停電時，儲能技術可以迅速釋放儲存的電能，提供持續的電力供應[2]。例如電化學儲能技術如鋰離子電池和燃料電池可以作為備用電源，為發電系統提供穩定的備用電力。

2.2儲能技術在電能運輸中的應用

2.2.1提高輸電能力

傳統的電能輸送主要依靠輸電線路和變電站進行，儲能技術可以通過儲存電能，在需要時提供額外的電力支持，提高輸電系統的輸電能力。比如壓縮空氣儲能技術可以在輸電線路末端設置壓縮空氣儲能裝置，通過釋放壓縮空氣驅動發電機，為輸電系統提供額外的電力。

2.2.2跨區域電能傳輸

跨區域的電能傳輸通常面臨著輸電線路容量受限的問題，而儲能技術可以在一段時間內儲存大量的電能，當跨區域的供需差異發生時，通過釋放儲存的電能來平衡電力系統的功率。當某個地區的負荷增加，而輸電線路容量不足時，儲能系統可以釋放電能以補充該地區的電力需求，減輕線路的負荷壓力。在跨區域電能傳輸過程中，由于供需不平衡或線路容量限制，可能會導致電力系統的頻率和電壓波動。儲能系統就可以快速響應，通過釋放儲存的電能提供額外的功率支持，調節電力系統的頻率和電壓，從而保持電力系統的穩定運行。

2.2.3高速充放電設備

傳統的慢速充電方式需要較長的時間才能為電動汽車等設備充滿電，這在實際使用中可能不夠便捷。快速充電技術可以大幅縮短充電時間，使用戶能夠更方便地使用電能運輸設備。儲能技術可以提供高速充電設備，通過快速釋放儲存的電能，為電動汽車等設備提供快速充電支持。同時，儲能技術可以提供高容量的儲存設備，如鋰離子電池，可以儲存大量的電能，并通過適當的管理和控制策略，實現長時間的驅動。

2.3儲能技術在變電站系統中的應用

2.3.1平滑電能波動

儲能技術可以平滑電能的波動，減少電力系統的峰谷差異。比如在電力系統的配電環節中，電化學儲能系統可以根據系統的負荷需求和輸電線路的容量等因素，調整儲存和釋放電能的策略，平衡電力系統的供需差異，減少電能的波動，提高電力設備的運行穩定性。

2.3.2能源管理擴展

儲能技術的應用可以將能源管理范圍擴展到較長的時間段，如6小時以下[3]。通過電化學儲能系統的充放電控制和能量管理策略，可以實現電力系統的負荷平衡和功率調節，確保電力設備的穩定運行，減少實際的電力維護時間。

3儲能技術在電力系統中的作用與優勢

3.1使電力得以儲存

儲能技術可以將電力轉換成其他形式，以便在需要時供應給電力系統和終端用戶。電池能夠將電能轉化為化學能并進行儲存，*級電容器能夠將電能存儲在電場中，并在需要時釋放這些電荷，從而將電能轉換為其他形式，比如機械能。儲能技術提供了一種可靠的儲備能源，以便在需要時快速、可靠地提供電能。在高峰期和緊急情況下，儲能技術可以提供迅速響應，并確保電力系統的穩定，還可以*大限度地利用可再生能源，減少對傳統能源的依賴。

3.2使能源便于調控

儲能技術使能源調節變得更加容易。通過將電能存儲在儲能器中，可以在需要時快速調節能源的供應量。儲能技術可以在日間低谷期間儲存電力，在高峰期間釋放電力，從而平衡電力系統的負載。它還可以將清潔能源的產生與電力需求之間的差距進行調節[4]。當風力發電機、太陽能電池板等清潔能源產生過剩電量時，儲能技術可以將剩余電量存儲到電池或*級電容器中，以便在需要時供應給電力系統和終端用戶。

3.3提高電能質量和輸電能力

儲能技術可以提高電能質量并增加輸電能力。由于儲能技術可以快速響應電網中的電壓和頻率變化，因此可以提高電能質量。例如，在低電壓和頻率下，儲能技術可以快速響應來提高電壓和頻率，從而保持電力系統的穩定性。此外，儲能技術還可以通過儲存和釋放電力來增加輸電能力，從而緩解電力系統的瓶頸問題，減少電網運營的負擔。

3.4調節發電系統功率

儲能技術可以用于調節發電系統的功率，并向電力系統提供有序的電力輸出。通過使用儲能技術，可以將發電系統的功率調整為電力網的需求。這可以減少電力系統的浪費，提高電力的效能。儲能技術還可以處理電力系統中的電力與電量不匹配的情況，從而確保電力系統的穩定性。

3.5滿足多樣化電能需求

儲能技術可以滿足多樣化的電能需求。由于不同的電力用戶有不同的需求，因此需要能夠滿足這些不同需求的電力解決方案。通過使用儲能技術，可以為不同的電力用戶提供不同的電力解決方案，以滿足其不同的需求。例如，在獨立的電網或微網中，儲能技術可以提供備用電源，以便在需要時提供電力。在電力車輛中，儲能技術可以提供動力源，以便驅動電力車輛。

4儲能技術在電力系統中的未來發展方向

4.1智慧儲能技術

智慧儲能技術主要是指通過智能化控制、優化和管理儲能系統，提高儲能系統的效率和性能。在電力系統中，智慧儲能技術主要的應用包括：實時調度、電網頻率調節、防止電壓失調、電能質量改善等。未來，隨著智能化和大數據技術的發展，智慧儲能技術將進一步提高電力系統的安全性、經濟性和環保性。

4.2系統集成儲能技術

系統集成儲能技術是指將多種儲能技術進行整合，形成多儲能技術互補、協同作用的系統。系統集成儲能技術可以充分發揮各種儲能技術的長處，從而提高儲能系統的整體性能。未來，系統集成儲能技術將成為儲能技術的主流發展方向。隨著儲能技術的不斷發展，系統集成儲能技術的應用領域也將不斷拓展，包括電力系統應急備用、可再生能源儲能等。

5.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統概述

5.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

5.2系統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：5.3接入設備