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浅谈电力系统储能技术


浅谈电力系统储能技术
在专业基础课的学习中,就认识到电力系统的运行有一个显著的特点:电能的生产和使 用同时完成,即在任一时刻,系统的发电量都只能取决于同一时刻用户的用电量。 所以, 对于 整个系统来说,必须保持电能的生产、输送和使用处于一种动态的平衡状态,如果在电力系 统运行中发生了供电和用电的不平衡,系统运行的稳定性就会遭到破坏,甚至发生事故,给 电力系统及国民经济造

成严重的损失。 而能量储存技术可以提供一种简单的解决电能供需不 平衡的办法,下面我就结合自己知识以及课程所学内容阐述一下对储能技术的见解。 据资料显示,储能技术在早期电力系统中已经有所运用。早在 l9 世纪后期纽约市的直 流供电系统中,为了在夜间将发电机停下来,采用了铅酸蓄电池为路灯提供照明用电。随着 电力技术的发展, 抽水储能电站被用来进行电网的调峰。 抽水蓄能电站在夜晚或者周末等电 网负荷较小的时间段,将下游水库的水抽到上游水库,在电网负荷峰值时段,利用上游水库 中的水发电,补充峰荷的需求。在美国,抽水蓄能机组容量约占总装机容量的 3% ,而在 日本则超过了 10%。 而目前,储能技术在电力系统中的运用主要有以下几个方面:首先,它可以调节电力生 产中的峰谷差;其次,储能技术提高电力系统供电的可靠性,在系统因故障停电时,储能设 备可以起暂时供电的作用,避免突然停电带来的麻烦和损失;再次,储能装置可以提高系统 的稳定性,在电力系统受到大的扰动时,例如短路等事故时,储能装置可以在瞬时吸收或释 放能量,使系统中的调节装置有时间进行调整,避免系统失稳;最后,它是风力发电、太阳 能光伏发电或热发电等可再生能源发电设备中必不可少的装备, 有了储能装置的配合, 这些 不稳定的发电设备才有可能向用户稳定地供电。 电力系统的储能装置除了抽水储能电站和小规模的电池储能外, 还有许多基于其他原理 的储能装置正在研究,下面就对我所了解的各种储能方式进行概括的介绍: 一、抽水储能电站 抽水储能电站是当前唯一能大规模解决电力系统峰谷困难的一种途径。 它需要高低两个 水库, 并安装能双向运转的电动水泵机组即水轮发电机组。 当电力系统处于谷值负荷时让电 动机带动水泵把低水库的水通过管道到高水库以消耗一部分电能。 当峰值负荷来临时, 高水 库的水通过管道使水泵和电动机逆向运转而变成水轮机和发电机发出电能供给用户, 由此起 到削峰填谷的作用。这种方案的优点是:技术上成熟可靠,其容量可以做得很大,仅受到水 库库容的限制。缺点首先是建造受到地理条件的限制,必须有合适的高低两个水库。另外,

在抽水和发电两个过程中都有相当数量的能量是损失掉的。 还有一个缺点是这种抽水储能电 站受地理条件限制,一般都远离负荷中心,不但有输电损耗,而且当系统出现重大事故而不 能工作时,它也将失去作用。 二、飞轮储能 它的具体设想是:在谷值负荷时,将多余电力输入电机,使其驱动飞轮加速,这大概需 要几个小时,例如从午夜到清晨,然后飞轮保持在高速下转动,到出现峰值负荷时,让飞轮 驱动电机作为发电机运行,使飞轮的动能变成电能供给电网。在这一过程中飞轮转速下降, 直到它的最高转速的一半左右。 由于采用变速恒频的电力电子技术, 输出电能的频率可保持 不变。 目前, 大多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承组成的 支撑机构组成。采用磁悬浮轴承的目的是消除摩擦损耗,提高系统的寿命。为了保证足够高 的储能效率,飞轮系统应该运行于真空度较高的环境中,以减少风阻损耗。飞轮与电动机或 者发电机相连,通过某种形式的电力电子装置,可进行飞轮转速的调节,实现储能装置与电 网之间的功率交换。 飞轮储能的一个突出优点就是几乎不需要运行维护、 设备寿命长且对环 境没有不良的影响。 飞轮具有优秀的循环使用以及负荷跟踪性能, 它可以用于那些在时间和 容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的应用场合。 三、可充电电池储能 电池有多种类型: 铅酸电池是人们最熟悉的一种可充电电池。 现在密封型免维护的铅酸 电池已成为这类电池的主流。 碱性电池中的镉镍电池现在已被镍氢电池逐步取代。 碱性电源 比起铅酸电池有容量大,结构坚固,充放循环次数多等优点,但其价格也贵得多。这就限制 了在能源领域中的应用。 另一类性能优异的电池是锂离子二次电池。 它彻底解决了充放电的 记忆效应,大大方便了使用,在制造过程中基本上避免了对环境的污染,有绿色电池之称。 主要缺点是价格太贵,目前它主要用于通信和信息设备中,但由于它的高储能密度,很有可 能用在电动汽车等交通工具中。 如果能进一步提高储能密度并降低成本, 那么它将很有希望 用于供电设备的储能中。 四、超导储能 磁场储能就是在电感线圈中充入电流而储存电能。磁场储能中又以超导线圈储能最优。 由于超导线圈在运行时没有电阻, 因此它的储能效率很高。 同时它的电流密度远高于常规线 圈,可以做到很高的储能密度。另外它可以用极快的速度存入和放出电能,适合于在瞬变状 态下,例如电力系统的暂态过程下使用。它的缺点一是需要深冷设备,即使是高温超导线圈

也要在液氮温度下运行。另外它与传统的储能设备相比,能量密度还是太小。在大电流运行 下它的电磁力对线圈本身所受应力也是一个问题。 因此目前它的主要用途还在于改善电力系 统的动态稳定性,以充分发挥它的快速响应的优点。 五、超级电容器储能 所谓超级电容器就是有超大电容量的电容器, 它的电介质具有极高的介电常数, 因此可 以在较小体积小制成以法拉为单位的电容器, 比一般电容量大了几个数量级。 电容器储能同 样具有快速充放电能的优点,甚至比超导线圈更快。它不需要复杂的深冷设备.这些都是它 的优点。但超级电容器的电介质耐压很低,制成的电容器一般仅有几伏耐压。由于它的工作 电压低,所以在实际使用中必须将多个电容器串联使用。这就要求增加充放电的控制回路, 使每个电容器能工作在最佳条件下。 无论是以上的哪种储能技术都在电力系统领域中有着广泛的运用, 采用这些技术可以更 好的实现电力系统能量管理,尤其是在可再生能源和分布式发电领域,这种作用尤为明显。 正是如此,我们更应该积极开展着一领域的研究,为电力系统的安全、经济、可靠运行提供 新的技术支持。


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