（国网江苏省电力公司盐城供电公司 224001）
摘要：随着现代电网技术的发展，储能技术逐渐被引入到电力系统中，各种电能储存技术的原理、特点和使用条件不尽相同，急需对电能储存技术的分类、原理，特别是各储能技术的特点进行分析，并对应用现状进行调研，分析目前世界范围各电能储存技术的现状及存在问题，对于电能储存技术未来发展趋势的研究具有重要意义。本文分析总结了当前世界电能储存技术的应用现状、指出了电能储存技术的发展方向。
关键词：储能技术；应用现状；发展方向
0 引言
随着现代电网技术的发展，储能技术逐渐被引入到电力系统中，储能可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，提高电力设备利用率，降低供电成本，还可以促进可再生能源的利用。同时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。储能技术成为智能电网发展中的重要一环。
同时，随着社会经济的发展、能源日益的紧张，新能源开发成为未来能源战略的重要方向，但新能源并网会给电网带来巨大的冲击。同时电网负荷峰谷差日益增大，严重影响了电力系统的经济性。而这些问题的解决都有赖于储能技术的应用。所以，对目前主要储能技术进行概括和总结是非常有必要的研究工作。
1 储能技术的分类
1.1 按照储能的能量类型分类
根据能量类型的不同，储能技术基本可分为四大类别，包括基础燃料的存储（如煤、石油、天然气等）、中级燃料的存储（如氢气、煤气、太阳能燃料等）、电能的存储和后消费能量的存储(相变储能等)。本文重点分析电能存储技术，按照所存储能量的形式，可大致分为物理储能和化学储能，物理储能又可以分为机械储能和电磁场储能，如图1所示。
图1 储能按照能量类型分类
1.2 按照储能安装位置分类
在电力系统中，储能安装的位置主要分为3类，（1）电源侧，平滑短时出力波动，跟踪调度计划出力，实现套利运行，提高可再生能源发电的确定性、可预测性和经济性；（2）系统侧，实现削峰填谷、负荷跟踪、调频调压、热备用、电能质量治理等功能，提高系统自身的调节能力；（3）负荷侧，主要是利用电动汽车的储能形成虚拟电厂参与可再生能源发电调控等，如图2所示。
飞轮储能的关键部件包括高速、高储能密度飞轮，高可靠性、长寿命、低损耗轴承，高速电机及其控制系统等，其基本原理是把电能转换成旋转体(飞轮)的动能进行存储。当发电大于负荷所需时，通过电动机拖动飞轮，使飞轮本体加速到一定的转速，将电能转化为动能，此时电机工作在电动机状态；在发电小于负荷所需时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将动能转化为电能，此时电机工作在电动机状态。
飞轮储能具有功率密度很高、能量转换效率高、使用寿命长、对环境友好等优点，缺点主要是储能能量密度低、自放电率较高。
目前，中小容量的飞轮储能系统己实现商品化，常用在相对小型的风电场、光伏电站、或者微电网内。大容量的飞轮储能系统也己进入工业试运行阶段。
2.2 抽水蓄能储能
图4 抽水蓄能电站的工作原理图
抽水蓄能电站通常由上水库、下水库和输水及发电系统组成，上下水库之间存在一定的落差。在电力负荷低谷时段把下水库的水抽到上水库内，以水力势能的形式蓄能；在负荷高峰时段，再从上水库放水至下水库进行发电，将水力势能转换为电能。
抽水蓄能在电力系统中可以起到调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和为系统提供备用容量等多重作用。
抽水蓄能的优点是技术相对成熟，设备寿命可达30~40年，功率和储能容量规模可以非常大，仅受水库库容的限制，通常在100~2000MW之间；缺点是，抽水蓄能受地理条件的限制较大，必须具有合适建造上下水库的地理条件。抽水蓄能电站的关键技术主要包括抽水蓄能电站主要参数的选择、工程地质技术问题以及抽水蓄能机组技术等。
2.3 压缩空气储能
压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系统，其工作原理是:当电力系统的用电处于低谷时，利用富余电量驱动空气压缩机，把能量以高压空气的形式存储起来；当用电负荷处于高峰时，将储气空间内的高压空气释放出来，驱动发电机发电。
图5 压缩空气储能系统工作原理图
图5所示的是一个大型的压缩空气储能系统，图中所示的储气系统位于地下，通常是废弃的矿洞，通过一定的改造和加固工程，可以满足地下储气系统的要求。这种传统的，使用天然气和利用地下洞穴的储气系统属于大型压缩空气储能电站，单台机组规模通常在100MW级及以上。
近年来，关于压缩空气储能系统的研究和开发一直非常活跃，以为中国为例的部分国家开发了小型压缩空气储能电站，其示意图如图6所示。小型压缩空气储能系统与大型压缩空气储能系统的主要区别在于储气子系统是一个人造的高压储气系统，通常容量较小，单台机组规模通常在10MW级及以下。
图6 小型压缩空气储能电站示意图
压缩空气储能的优点是技术较为成熟，其效率可以达到70%左右，其缺点是依赖特殊地理条件和化石燃料，储能效率低，能量密度低。
3 电能储存的应用现状
3.1 飞轮储能的应用现状
（1）飞轮储能应用于电动汽车
图7 飞轮储能应用于电动汽车原理图
美国成功将一辆克莱斯勒轿车改装成纯电动汽车，该车由20节质量为13.64kg的飞轮电池驱动。改装后的电动汽车性能良好，仅需 6.5 s就可以从零加速到 96 km/h，充电一次可行驶里程为 600 km。
（2）飞轮储能应用于风力发电
美国的建设 20 MW 飞轮储能项目，该项目既可以为电网进行频率调节，又能将地区风力发电的过剩电能进行缓存，并在用电高峰期将电力注入电网。
（3）飞轮储能应用于UPS
加拿大矿物与能源研究中心开发的用于不间断电源的飞轮电池，其功率为1.5kW，质量65kg，转速15000～45000 r/min，可存储1.1kWh的能量。
3.2 抽水蓄能的应用现状
图8 中国抽水蓄能电站分布图
近年来，我国投建了大量抽水蓄能电站，截至2013年底，我国目前已经建成抽水蓄能电站21座，总装机容量为2151万千瓦，约占全国电力总装机的1.7%。抽水蓄能在电力系统中发挥调频、调相、备用、黑启动等功能。
4 电能储存的发展方向
（1）、电能储存技术是未来能源结构的转变和电力生产消费方式变革的战略性支撑技术，也可以解决可再生能源发电的间歇性和随机波动性问题，缓解高峰负荷供电的需求，提高现有电网设备的利用率和电网运行效率；还可以用来应对电网的突发性故障，提高电能质量，满足经济社会发展对优质、安全、可靠供电的要求。
（2）、目前，大容量储能技术除抽水蓄能技术相对成熟外，其他储能方式大多处于实验示范阶段甚至起步研究阶段，尚有诸多关键技术问题函待突破。
（3）、综合考虑各种因素，电池储能和新型压缩空气储能是具有广泛应用前景和值得重点关注的储能技术类型。其中，锂离子电池、全钒液流电池和其他新型电池是应该重点攻关的大容量储能技术类型。
参考文献：
[1]国家电网公司“电网新技术前景研究”项目咨询组. 大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 电力系统自动化，2013（37）：3-8.
[2]丁明，陈忠，苏建徽等. 可再生能源发电中的电池储能系统综述系统综述[J]. 电力系统自动化，2013（37）：19-24.
[3]彭思敏. 电池储能系统及其在风—储孤网中的运行与控制[D]. 上海交通大学，2013,5.
论文作者:1袁德刚,2唐华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/16
标签：储能论文; 电能论文; 飞轮论文; 技术论文; 压缩空气论文; 系统论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第21期论文;