1 引言：
随着社会经济的高速发展，传统能源的存量日益减少，作为代替传统能源的新能源发电技术已成为新社会发展的重要组成部分。伴随而来的就是社会对新能源发电技术的重视以及国家政策的大力扶持，传统配电网中出现大量分布式电源接入点。因为太阳能、风能等可再生能源发电功率不稳定，发电时间不确定等特点，分布式电源给传统配电网的运行带来的新的冲击。因此近年来具有提高新能源发电利用率及提高电网稳定性的储能技术在电力系统中应用不断拓宽，国家也出台了一系列鼓励储能技术应用的措施，规定了储能建设的补贴标准、考核标准等。
储能不仅可以解决新能源并网给电网带来的冲击，还可以帮助电网调节昼夜峰谷差，调整负荷曲线，提高电力设备利用率，提高系统运行稳定性、调整频率，减缓输配电设备的更新换代，节约投资。储能技术已经成为电力行业发展中的重要一环。下文将介绍储能技术的不同分类及其在电网中的具体应用。
2 储能分类
储能技术按电能的储存形式可以分为4类，分别为机械储能技术、化学储能技术、电气储能技术及热储能技术。
2.1 机械储能技术
常有的机械储能技术有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能3种。
抽水蓄能是利用电力负荷低谷时的电能将水抽至地势高处，将电能转换为重力势能，在电力负荷高峰期再将高处的水释放，利用其重力势能发电，缓解电网压力。抽水蓄能技术安全性高，功率可达100~2000MW，储存时间长，优点是功率、容量大，建设成本低，持续发电时间长，缺点是场地要求特殊。主要用于电力系统调峰、调频及长时间用做备用电源，还可以配合火电站、核电站运行，提高其运行效率。
压缩空气储能是在电网处于负荷低谷时，利用电能压缩空气，将电能转换为气压势能。压缩空气储存在高压密封设施内，在电网处于负荷高峰时，释放出来驱动燃气轮机发电。压缩空气储能是一种安全性高的储能技术，功率范围为10~300MW，持续放电时间可达数小时，优势是功率大、容量大，响应速度快，随用随启，劣势是效率低、场地要求特殊。主要用于电网调峰填谷，调节负荷，频率调制，作为发电系统备用，是一种重要的分布式储能技术。
飞轮储能是利用电网负荷低谷时剩余电力，带动飞轮旋转，将电能储存为动能。在用电高峰时，切换机械结构，利用飞轮高速旋转的动能带动发电机发电，缓解电网压力。飞轮储能功率范围为5kW~5MW，持续放电时间仅有数分钟，但其寿命长，可达20年，且效率高达90%以上。除此之外，飞轮储能还具有维护简便，无污染、噪声，可连续工作等优点。其缺点是能量密度低、自放电率高、成本高，主要作为应急电源在电网中使用。
2.2 化学储能技术
化学储能技术主要是利用电池进行储能，电池的正负极可以进行氧化还原反应，从而实现充、放电功能。铅酸电池、钠硫电池、液流电池、铅炭电池、磷酸铁锂电池及钛酸锂电池都是常用的蓄电池。由于蓄电池具有响应速度快的特点，能够快速地对电网的故障进行控制，调整电压，缩短故障时间。
铅酸电池曾因为其成本低、功率范围大等的优点被大量应用，但由于其会造成环境污染的原因，已逐渐被其他电池取代。钠硫电池具有能量密度高、系统效率高等的优点，但成本高、寿命有限、安全隐患大，一般用于变电站和特殊负荷。液流电池的优势是容量大、寿命长、功率与容量可独立设计、能实现100%深度放电，劣势是效率低、能量密度低，一般配合新能源发电应用。铅炭电池的优点是安全性高，循环寿命长于普通铅酸电池，缺点是寿命有限。锂离子电池作为近年来应用最多的电池，能量密度范围为70~200Wh/kg、功率密度高达1000W/kg，具有技术经济性好、无污染、自放电少等优点，但目前锂电池大容量集成技术仍是困扰各国技术人员的难题。
2.3 电气储能技术
电气储能技术是指利用电网负荷低谷时的剩余电能转换为磁场能量等电气类能量，在峰荷时再把能量释放出来转换为电能，从而实现调峰填谷、减轻用电压力的功能。电气储能主要有超导储能及超级电容储能两种。
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超导储能系统由超导体制成的线圈构成，并利用其来存储磁场能量。超导储能技术利用电场与磁场的相互作用，在功率的传输过程中省略了能源类型的转换，因此其具有响应速度可达毫秒级，高转换效率以及大容量配置等显著优势。但超导储能也有能量密度低、成本昂贵等明显的缺点。应用超导储能技术可以实现电网的实时大容量能量交换及功率补偿，同时还具有调节频率、提高系统稳定性及功率输送能力等的作用。
超级电容的物理结构类似为两块多孔电极板悬浮于电解质中，两块极板间不会发生任何反应。充电时，施加电压于极板上，从而实现正极板吸附电解质中的负离子，负极吸附正离子，即电解液进行了电化学极化，但又不发生电化学反应，从来实现充电和放电。超级电容的功率密度高、寿命长、效率高，但能量密度低、单体电压低、放电时间仅可以持续数秒，一般应用于如大功率直流电机启动、动态电压恢复器等需要短时间内调整的大功率负载。
2.4 热储能技术
热储能技术根据热能储存方式不同，可分为显热储热技术、潜热储热技术、储冷技术、化学储热技术等。原理上是通过将电网处于负荷低谷时的电能储存为热能，在电力系统处于用电高峰时将储存的能量释放，减少电网压力。其中目前应用最广泛的热储能技术为熔融盐蓄热，利用硝酸钠等原料作为导热介质，将热能储存起来，其功率等级为50~280MW，持续放电时间可达数小时。能量密度高、寿命长等都是熔融盐蓄热的显著优势，温度高、效率低、响应速度慢则是此项技术的缺点。根据熔融盐储能技术的技术特点，在电网实际应用中，一般配合太阳能发电系统应用，形成发电储能一体化系统，实现全天不间断供电，保障用户的用电需求。
3 储能功能分析及其实际应用
储能技术的应用可以缓解电源与负荷之间日益加剧的矛盾，对于电力系统的建设有着显著的帮助。下文将从储能技术在电力系统各环节功能及实际应用两方面对储能技术的作用进行分析。
3.1 储能各环节功能
按电能产生到使用的过程，传统的电力系统结构为“发-输-配-用”，可细分为发电、分布式新能源并网、输电、配电、供电/零售、用户、辅助服务等几个方面。储能在各环节的应用功能如下所示：
1发电：提高经济性、削峰填谷、节能减排、辅助电网故障恢复
2分布式新能源并网：平滑功率波动、增强可再生电源可调度性、提高电能质量
3输电：电网投资管理、输电阻塞管理、延缓输电网络扩容、电能质量调节、提高电力系统的安全性、加快故障后供电恢复
4配电：削峰填谷与电网投资管理、减少电网损耗、提高供电质量、辅助配电网故障后恢复供电
5供电/零售：减少购电成本、降低运营风险
6用户：减少用电费用、提高电能质量、提高供电可靠性
7辅助服务：调整电网频率，电压支撑、提供备用容量
3.2 储能实际应用
国内的储能项目有福州海峡奥体中心首届全国青年运动会保供电项目、福建湄洲岛电池储能电站、上海电力学院微网项目、法库卧牛石风电场。其中福州海峡奥体中心首届全国青年运动会保供电项目是利用飞轮储能实现0.4kV重要用户的保供电，在该应用中，在失去市电后，飞轮储能系统快速响应，为85kW负荷提供应急供电，待柴油发电机介入后，飞轮储能系统退出，改由柴发供电。福建湄洲岛电池储能电站则是将湄洲岛跨海电缆的供电能力提高至“2-1”，当其中1回电缆发生故障时，全岛负荷可由另外1回电缆供电，再通过储能电站应急补偿，提高了湄洲岛电网的供电可靠性。
国外的储能项目有美国的分布式电源集成测试项目、国家可再生能源实验室微网项目，德国的住宅微电网项目，日本的爱知分布式能源项目等。其中美国的分布式电源集成测试项目，新建液流电池储能1MW，研究了分布式电源渗透率对配网的影响及储能系统对调压调频及提高电能质量的作用。德国的住宅微电网项目则配置了光伏35kW，热电联产28kW，铅酸电池50kw，项目表明加入了储能技术后，系统可以孤岛运行，满足长时间的电力需求。
论文作者:陈嘉亮
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
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