储能技术在坚强智能电网中的作用

刘恒杰，姜秀振，唐 杰，刘 超，张发才

（国网莱芜供电公司，山东 济南 271100）

电力系统运行过程中需要保证安全稳定性，这样才可以高质高效地进行电力传输，并且发电、输电、变电以及配电都要确保平衡。坚强智能电网作为电力行业的主要发展目标，有利于提高我国供电水平，改善配电、输电过程中存在的问题，并且在建设过程中应用了储能技术，以此来加强电力负荷的削峰填谷，避免电力系统故障引发的大规模停电。现阶段储能技术已经逐渐成为坚强智能电网建设中不可或缺的部分，想要创新传统电网生产形式，必须扩大储能容量，提高电网运行灵活性，由此可见储能技术在坚强智能电网中的应用潜力巨大。

1.1 储能技术原理

近些年我国对电力系统安全、效率以及其他运行条件的要求越来越高，因此我国电网发展逐渐迈入全新阶段，储能技术作为构建坚强智能电网的核心技术，有利于稳定电力系统运行、保障电力能源质量，确保发电与用电负荷之间得到有效缓冲。从技术层面来看储能技术实现了和大规模电网的有效融合，确保电力系统运行稳定，减少发电、运输电过程中产生的问题，满足用户高质量电力需求。储能技术大多由核心装置与电子器件构成，通过合理运用即可对电力能源进行存储释放，与电网系统形成良好的双向转换，随着储能技术的愈发成熟，电网运行效率也在不断提升。目前来看大规模储能技术成为发展趋势，应具备从kW～MW的存储能力，并且支持大跨度的放电时间。虽然我国储能技术研究仍在发展阶段，但已经覆盖到发电、输电、配电等领域中，对坚强智能电网建设有着积极影响。

1.2 常见储能方式

1.2.1 物理储能

现阶段储能技术的类型主要分析电磁储能、物理储能以及化学储能三种，由于物理储能技术研发较早，因此应用较为成熟、普遍。当前物理储能技术包含抽水储能、飞轮储能以及压缩空气储能技术，抽水储能技术大多被应用在填谷、调频中，该技术的优势大多体现在释放时间上，总体能量转换率可以达到75%～85%，但受到建设困难、投资高等因素影响，无法得到全面推广应用，并且电站与用电单位距离过远的条件下会造成输电损耗。相比之下压缩空气储能技术的限制因素同样较多，如地形、地质条件等，所以未能得到大范围普及。飞轮储能技术通过电动机带动飞轮高速旋转实现电能转化，将电力能源转变为机械能后储存，尽管只能作为蓄电池系统的补充应用，但污染小、使用寿命长。

1.2.2 化学储能

目前化学储能技术的种类相对较多，主要包括蓄电池储能、液流储能、超级电容器等技术。在应用实践中蓄电池储能技术最为安全可靠，其中涉及到不同的化学物质，并且会根据化学物质对该技术进行归类，当前应用较多的为锂子电池、铅酸电池以及镍氢电池，铅酸电池主要用于大容量储存单元，具有非常好的安全性与再利用性，比如小型风力发电、中小型分布式发电系统等。锂离子、镍氢电池在成本上较高，同时性能未能满足需求，尤其是经济性差很难实现商业化运营目标。液流储能技术的优势为转换效率高，后续的运行维护费用较低，可以作为应用到大规模电网系统中，也是大规模发电储能与调节的首先技术。超级电容器作为现代新型储能器件在储量上优势显著，相比普通电容器增加20～1000倍的储量，同时释放速度没有受到负面影响，主要应用在偏远地区的供电场所，如边防哨所、高山气象站等。

1.2.3 电磁储能

在电磁储能技术中，超导电磁储能技术的应用居多，该技术通过超导体制作成线圈实现能源的储存，在功率输送过程中不需要进行能源转换操作，运行时响应速度快、转换速度快，加上比容量、比功率大等优点，切实满足了坚强智能电网系统的建设需求，促使输电电压趋于稳定，能够起到调节频率等作用。但超导电磁储能技术成本略高，这也是该技术的主要应用限制。其次运行过程中系统低温导致的维修频率、费用同样较高，因此很多国家仍在继续研发超导电子储能技术，通过优化改进增强该技术的经济性、实用性。

在坚强智能电网的建设下，储能技术得到全面应用，包括分布式发电、电动汽车以及新能源发电等领域，不过储能技术仍然面对着严峻的发展挑战。在技术层面大部分储能技术的研发不够成熟，尤其是核心技术研发、应用时间短，无法满足电力系统的安全可靠性要求，很多技术还需要较长时间进行验证分析、优化改进。其次储能技术虽然可以发挥出重要作用，但不同的储能技术在成本上有所差异，包括前期投资与后续的维护成本，这也是储能技术发展实践的重点难题。最后如何给予储能技术研发政策支持非常关键，先根据电力行业发展与储能技术战略，将各项政策、规范细化，从而发挥出储能技术作用与价值。

3.1 储能技术在电力系统稳定中的作用

为社会提供安全、清洁以及优质的电力能源，是我国建设坚强智能电网的主要目标，而储能技术凭借自身优势，有利于坚强智能电网发电、输电、配电以及用电，因此储能技术是坚强智能电网中不可或缺的环节。从实践应用不难看出，储能技术切实改善了传统电网稳定控制的思维方式，从全新的角度入手，增强电力系统的安全稳定性，有效解决了供电安全问题。以往电力系统运行过程中，若出现较小的扰动便会产生动态不平衡功率现象，对机组造成振荡影响，不过在应用储能技术后凭借容量较大的储能装置，加上较快的响应速度即可实现电力系统功率的完全平衡，从而达到稳定电力系统的目标。另外储能技术会直接对振荡源头展开控制，针对不平衡功率现象展开精准化补偿，并且无需考虑系统的运行变化状态。

3.2 储能技术在新能源发电中的作用

近些年化石能源匮乏已经成为全球性问题，很多国家都在面临化石能源供应不足的发展瓶颈，另外化石能源应用过程中会对环境造成污染，因此开发新能源成为国际共识，储能技术对新能源发电有着积极的影响，同时大幅度降低了各行业、领域对于化石能源的需求，推动我国电力行业稳定发展。新能源作为可再生能源，主要通过太阳能、风能转化形成，由于资源较为丰富，切实改变了传统电力行业格局，最重要的是新能源对环境的污染较小，所以也被称之为清洁性能源。不过新能源发电容易受到各类因素影响，导致发电过程中存在不确定性、不稳定性因素，为了确保新能源开发能够连续进行，合理运用储能技术是关键，通过储能装置等配套部件，即可增强光伏、风力发电效率。在我国出台再生能源法等政策后，风力发电与光伏发电两大产业迅速发展，虽然规模不断扩大但面临着技术瓶颈，其中就包括光伏、风力发电并网技术，当下可以通过增加新能源装机容量、拓展储能容量进行改善，解决以往输电质量不足的问题，促进我国新能源发电技术的发展。

3.3 储能技术在分布式发电中的作用

对于电力系统来说安全与质量必须放在首位，这也是社会对电力供应的基本要求，近些年随着社会用电量需求不断增加，对电力系统运行的安全可靠性要求越来越高，而传统大电网供电形式存在一定缺陷逐渐面临淘汰。现阶段分布式发电成为最具经济效益的供电模式，并且融合了传统大电网，两者相结合降低了电力能耗，有利于节省更多投资，同时增强了电力系统运行的安全稳定性，因此分布式发电将成为整个行业的发展趋势。大多数情况下分布式发电技术会将装置设计在配电网或负荷附近区域，利用体积较小的发电机组满足用户需求。现阶段分布式发电分为多种不同类型，包括微星燃气轮机发电机、新能源发电等，考虑到电力系统的安全稳定性与经济性两方面，分布式发电系统运行过程中，需要存储一定数量的电力能源，以便应对停电等突发事件造成的影响，通过运用现代储能技术，分布式发电系统的电能质量、稳定性得到提升，可以在分布式电源无法发电的条件下，为社会中的各类用户提供电力能源使用。

3.4 储能技术在电动汽车中的作用

近些年电力能源为主的汽车与智能电网充分融合，实现了运行过程中零排放、低噪音等目标，有利于解决传统能源匮乏、生态环境污染问题。目前来看坚强智能电网建设促进了我国电动汽车行业发展，进一步完善了全国各地的电动汽车配套设施，打造有利于电动汽车行业发展的布局，同时满足消费者的各类需求，由此可见电动汽车与坚强智能电网的融合发展势在必行。相比传统的燃油型汽车，电动汽车仍然存在部分问题有待解决，包括驾驶里程短、充电时间较长等，而储能技术便是突破电动汽车行业发展瓶颈的重要手段，有效降低充电时间、增加驾驶里程，减少电动汽车的使用成本，因此储能技术将会促进电动汽车行业发展，通过蓄电池或超级电容器的使用，作为储能单元实现大规模调峰、调频，保障电动汽车的安全稳定运行。

3.5 储能技术在微电网系统中的作用

微电网系统的核心大多体现在独立运转，并且随着建设愈发贴近电力消费终端，更为高效地为用户提供电能，包括容量较小的kW到几十MW的级别。根据微电网系统的特点来看，储能技术是不可或缺的环节，主要起到抑制电力系统安全稳定性、保障电压频率稳定、提供高质量电力能源的效果，同时有利于提高电力系统并网运行的灵活性。现阶段我国开展了较多的储能示范工程，有效应用于微电网系统中，例如我国西藏日喀则地区的拉孜风光互补离网工程项目、陕西世园会都是较为典型的应用案例。站在储能技术的角度来看应加大短时供电、备用电源的研究，有利于实现大容量、大规模、大功率发展，保证了储能技术的基本性能。对当前常用的储能技术进行分析，抽水储能技术更为安全稳定，不过需要优化改进投资成本高的弊端。另外想要有效抑制系统的扰动，为用户提供高质量电能，储能装置应具备快速响应、功率输出补偿能力，而飞轮储能技术的能量密度相对较大，响应速度快，相比抽水储能技术拥有更好的前景。其次蓄电池与超级电容技术也都具备一定科学性，不过要根据自身特性进行优化完善，打破技术中原有的局限性，例如我国微电网系统铅酸电池充电时间与功率上存在限制，造成自身容量、功率小，因此需要根据实际情况优化调整，发挥出储能技术的最大化价值。

4.1 储能技术在坚强智能电网中的发展前景

近些年我国电力行业始终朝着大电网、大电机以及集中输配电模式发展，加上电力分布跨度较大，导致电力行业发展频频受阻。不过在储能技术支持下切实满足了社会对电力能源的应用需求，因此我国电力企业也在积极投资储能技术的研发，目前来看储能技术的应用范围较广，包括光伏与风力发电、配电领域、电车汽车充放电领域等，并且还在处于进步发展阶段，因此储能技术的应用前景良好，有利于维护我国电网系统安全，以此来创造更多经济效益和社会效益。例如现代光伏发电、风力发电中，储能技术有效优化了并网电能质量，并且在大规模的电网系统中起到负荷调峰、电力储备等重要作用，同时应用在电动汽车或其他大型设备中作为备用电源，由此可见储能技术带动了电力行业与相关产业链发展，其在坚强智能电网中的应用前景广阔，应进一步加强研发和推广，发挥出储能技术的最大价值。

4.2 储能技术在坚强智能电网中的发展建议

为了推动我国电力行业可持续发展，应加大储能技术在坚强智能电网中的应用，同时从多个方面入手对储能技术进行优化完善。第一，对储能技术与新能源开发进行同步规划，通过上述分析可以明确储能技术与新能源发电之间的关系，应合理规划新能源输电线路。第二，根据新能源发电技术要求，出台储能技术标准，改善以往新能源发电质量差、间歇性大的问题。第三，吸引更多投资主体参与储能技术研发，通过获取更多投资加大技术与装置的建设，通过利用投资回报机制，鼓励广大电力企业、独立储能企业协调配合，提高资金与技术上的投入。第四，增加储能示范工程项目，将储能技术应用在更多电力项目中，通过示范工程为后续大规模应用奠定良好基础，获取更多的数据信息与运行经验，同时对储能技术展改优化改进。第五，提高大容量储能技术研发投入，在电力系统朝着大规模、大电网方向发展的前提下，大容量储能技术的应用将会发挥出重要作用，所以应超前于电力行业发展需求，避免电力行业陷入瓶颈后再考虑加大投入。在研发过程中鼓励创新，切实掌握自主知识产权，同时将大规模储能技术列入国家科技核心项目，通过重点政策、资金扶持，推动大规模储能技术发展，更好地服务于我国电力行业。