储能技术的分析及以后的发展走向

　　【摘要】储能技术已被视为电网运行过程中中的重要组成部分。系统中引入储能环节后可以有效地利用电力设备，降低供电成本，提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动。储能技术的应用将在电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。

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　　【关键词】储能技术；现状；前景；应用

　　1储能技术在电力系统中的应用

　　储能技术已被视为电网运行过程中“采――发――输――配――用――储”六大环节中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。

　　2储能技术原理及特点

　　储能系统一般由两大部分组成：由储能元件（部件）组成的储能装置；由电力电子器件组成的电网接入系统。主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。

　　储能系统的容量范围宽，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，贯穿发输变配用电系统。

　　储能系统的主要作用如下：（1）用于电力调峰，解决用电矛盾；（2）用于用户侧，提高供电可靠性；（3）用于可再生能源优化，推动可再生能源开发应用；（4）用于电力系统稳定控制，提高电网安全性。

　　大规模储能技术是对传统“即发即用”的电力模式的革命性突破，它可以减少用于发电设备的投资，提高电力设备的利用率，安装在用电设备附近可以降低线损，安装在大城市附近可以提高供电可靠性。

　　3储能技术研究现状

　　电能储存的形式可分为四类：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、镍镉电池、超级电容器等）、电磁储能（如超导电磁储能等）和相变储能（如冰蓄冷等）。

　　长久以来，电力系统中储能技术的研究集中于大规模储能技术以解决系统调峰问题。近来，储能电池、超级电容器、超导电磁储能和高效率飞轮等中小规模储能技术取得长足的进步，有力拓展了储能技术的应用范围。凭借这些不同规模的储能技术，其应用可贯穿电力系统发输变配用电各个环节，以全面提升电力系统的运行效率、可靠性、电能质量和资产价值。

　　4电力储能方式和发展现状

　　4.1压缩空气储能电站

　　压缩空气储能电站（compressedairenergystorage，CAES）是一种调峰用燃气轮机发电厂，主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并将其储藏在典型压力7.5MPa的高压密封设施内，在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。CAES储气库漏气开裂可能性极小，安全系数高，寿命长，可以冷启动、黑启动，响应速度快，主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。

　　4.2超导磁储能系统

　　超导磁储能系统（superconductingmagneticenergystorage，SMES）利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快，转换效率高、比容量/比功率大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求。

　　4.3飞轮储能

　　飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。谷值负荷时，飞轮储能系统由工频电网提供电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量；出现峰值负荷时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，经功率变换器输出电流和电压。飞轮储能功率密度大，效率高，循环使用寿命长，无污染，维护简单，可连续工作，主要用于不间断电源/应急电源、电网调峰和频率控制。

　　4.4电池储能系统

　　电池储能系统主要是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电。

　　铅酸电池在高温下寿命缩短，比能量和比功率较低，但价格便宜，构造成本低，可靠性好，技术成熟，已广泛应用于电力系统。然而，其循环寿命较短，且在制造过程中存在一定的环境污染。

　　钠硫和液流电池被视为新兴的、高效的且具广阔发展前景的大容量电力储能电池。钠硫电池储能密度高，体积小，系统效率高，单体寿命长，可根据用途和建设规模分期安装，很适用于城市变电站和特殊负荷。液流电池电化学极化小，能够100%深度放电，储存寿命长，额定功率和容量相互独立，并可根据设置场所的情况自由设计储藏形式及随意选择形状。

　　4.5抽水蓄能电站

　　抽水储能电站投入运行时必须配备上、下游两个水库，负荷低谷时段抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机的状态，利用储存在上游水库中的水发电。抽水储能主要应用于调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，还可以提高系统中火电站和特种的运行效率。

　　4.6超级电容器储能

　　超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距非常小，加之采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。

　　5储能技术发展前景

　　随着新能源（风能、太阳能、燃料电池等）的日益普及，，以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求，电力储能系统的重要性日益凸显。因此，电力储能技术的应用前景非常广阔。采用大规模储能装置，可以减少和延缓用于发、输、变、配电设备的投资，提高现有电力设备的利用率和供电可靠性，降低发电煤耗、供电线损。

　　储能系统一旦形成规模效应，将从以下几个方面产生经济效益：

　　5.1有效提高现有发输配用电设备的利用率，改变电力建设的增长模式

　　以上海为例，目前上海的发电系统和输配电系统均按照每年的最高用电负荷对发电容量和输配电容量进行规划和建设。同时，上海的负荷特性呈现明显的大都市特性，昼夜峰谷差日益扩大，目前日负荷率约50%～60%。储能系统一旦形成规模效应，可以通过储能系统提高发电和输配电环节的设备利用率，减少相应的电源和电网建设费用。这将彻底改变现有电力系统的建设模式，促进其从外延扩张型向内涵增效型转变。

　　5.2降低发电企业和电网企业的运行成本，减少用户的用电费用

　　储能系统的运行维护相对简单，投入后可大量节约电厂和电网的运行维护费用，无论是电厂还是电网，运行维护都相对（下转第186页）（上接第153页）复杂，而储能系统可大量节省运行维护的费用。为保证低谷负荷时候的电力平衡，大型火电机组大多要减至最低出力，小型机组更是需要日开夜停，“两班制”运行。储能系统大规模应用后，低谷负荷情况下，可以启动储能装置进行储能，机组可以运行在比较经济的出力区间，从而获得较高的经济效益。

　　5.3减少停电损失

　　实现分布式储能后，电网发生故障和检修的部分情况下，用户可以通过储能系统保证供电，用户用电的安全可靠性大大提高，停电次数（时间）和停电损失大幅减少，经济效应和社会效应明显。

　　目前，电力储能系统推广应用的最大障碍在于国外少数企业的技术垄断，由此造成其价格高企。要推动电力储能系统在电网中的规模化应用：一靠，掌握自主知识产权，使其价格大幅下降；二靠，政府的政策鼓励和资金推动。如果能实现电力储能系统国产化，使其成本达到或接近应用水平，那么随着峰谷电价差的逐步加大和对电能质量要求的日益提高，被压抑的电网对电力储能系统的需求将迅速得到强劲释放。

　　[责任编辑：刘展]