（广东电网江门供电局 529000）
摘要：储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。本文介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、锂离子电池储能、液流电池储能、超导磁储能、超级电容器储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态,并比较了各种储能技术的优缺点。
关键词： 电能存储；机械储能；电化学储能；电磁场储能
1．引言
近年来,随着环境问题的日益突出和能源供应的日趋紧张,可再生能源越来越被人们所重视。以传统化石能源为基础的火电等常规能源通常按照用电需求进行发电、输电、配电、用电的调度；而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。储能技术的应用可在很大程度上解决新能源发电的随机性和波动性问题，使间歇性的、低密度的可再生清洁能源得以广泛、有效地利用，并且逐步成为经济上有竞争力的能源。
2．问题的提出
现代电力系统的发展方向是智能电网，电力系统的基本要求是安全、优质和经济。随着电力需求的增长和智能电网的发展，一些新的矛盾日益突出，主要问题有: ①系统装机容量难以达到峰值负荷需求。②电网的输电能力难以满足用户需求。③电网受到扰动后的安全稳定问题。④伴随智能电网发展的新能源和可再生能源大规模并网、输送、配送以及运行、消纳的问题。⑤管理电网高峰需求的高额成本以及用于电网基础设施建设以提高电网可靠性和智能化水平的大型投资费用。为了解决上述一系列问题，提高现代电力系统的运行能力和供电质量，保证基于分布式发电的智能电网的进一步发展，开发使发电与用电相对独立的储能技术极为重要。
3．解决问题的方法
3.1 储能技术的分类
电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照存储具体方式可分为机械、电化学、电磁、和热力储能四大类型。其中机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能包括铅酸、锂离子、钠硫和液流等电池储能；电磁储能包括超导、超级电容储能；热力储能包括熔盐蓄热储能
3.2机械储能
3.2.1抽水蓄能
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。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。抽水蓄能的最大局限性是受地理条件的限制，必须具有合适建造上下水库的地理条件。
3.2.2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。
3.2.3飞轮储能
飞轮储能的基本原理是把电能转换成旋转体（飞轮）的动能进行存储。在储能阶段，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；在能量释放阶段，飞轮减速，电动机作发电机运行，将动能转化为电能。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。
3.3电化学储能
电化学储能是通过化学反应将化学能和电能进行相互转换以存储能量的技术。电池是能量转换的主要载体。在充电过程中，电池正极上的活性材料发生氧化反应，失去电子。同时，阳离子通过电解质在电场的作用下向负极移动。失去的电子沿着外电路流向负极，并在负极上与负极活性材料结合，发生还原反应,电池的放电过程与充电过程正好相反。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.3.1铅酸蓄电池
铅酸蓄电池已有150 多年历史，是最早规模化使用的二次电池，现已经成为交通运输、通信、电力、国防、航海及航空等各个经济领域不可或缺的成熟产品。但是，充电速度慢、能量密度低、循环寿命短、过充电容易析出气体及硫酸溢出会污染环境等问题使铅酸蓄电池并不适宜应用在电动汽车、新能源发电等领域。
3.3.2锂电池
锂离子电池由于兼具高比能量和高比功率的显著优势，被认为是最具发展潜力的动力电池体系。目前制约大容量锂离子动力电池应用的最主要障碍是电池的安全性，即电池在过充、短路、冲压、穿刺、振动、高温热冲击等滥用条件下，极易发生爆炸或燃烧等不安全行为。
在各种锂离子电池中，钴酸锂电池产业化最成熟、产品的能量密度最高，已广泛地应用在手机、笔记本电脑等小型移动设备上。锰酸锂电池有低成本、高性能的优势，产品安全性较钴酸锂电池高，是热门的电动汽车电池备选技术，在全球的动力电池领域占有重要地位。磷酸铁锂电池具有长寿命、低成本以及高安全性等优势，是目前最热门的电动汽车电池技术之一，也是电力储能系统的热门候选技术之一。
3.3.3钠硫电池
钠硫电池在300 ℃的高温环境下工作，其正极活性物质是液态硫（S）；负极活性物质是液态金属钠（Na），中间是多孔性陶瓷隔板。钠硫电池具有许多特色之处：一是比能量高，其理论比能量为760 Wh/kg，实际已大于100 Wh/kg；二是可大电流、高功率放电；三是充放电效率高，充放电电流效率几乎100％。钠硫电池作为一种储能电池,它的“蓄洪”性能非常优异，它可以承受超过额定功率5-10倍的电流，在用电高峰时，可以将储存的电能以稳定的功率释放到电网中。然而钠硫电池在工作过程中需要保持高温，有一定安全隐患。
3.3.4液流电池
液流电池的正负极活性物质主要存在于电解液中，分别装在两个储液罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室( 正极侧与负极侧) ，电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。液流电池系统作为高效的储能装置可适用于很多领域，可应用于可再生能源( 如太阳能、风能等) 发电，电力系统“削峰添谷”，重要机关和部门的备用电站、不间断电源等。
3.4电磁场储能
3.4.1超导磁储能
超导磁储能系统是利用超导线圈通过变流器将电网能量以电磁能的形式存储起来，需要时再通过变流器将存储的能量转换并馈送给电网或其他电力装置的储能系统。超导磁储能系统主要组成单元包括超导储能磁体、低温系统、电力电子变流系统和监控保护系统。超导磁储能目前存在的主要问题如下：一是目前超导材料成本仍然很高；二是用于产生超导态低温条件的冷却装置等关键设备还没有完全实现国产化；三是还存在超导磁体的失超保护等关键技术问题，尚需深入研究和解决。
3.4.2超级电容储能
超级电容器是近年来受到国内外研究人员广泛关注的一种新型储能元件。按照储能原理可以分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类，其中，后者目前通常被称作电化学电容器。超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环使用寿命长、环境友好、工作温度范围宽等优点。这种电池目前的主要问题是能量密度低、成本高。关键技术主要包括电极材料及电解质溶液关键材料技术、电压均衡技术等。
4．总结与体会
本文主要介绍了时下运用于电力系统中的诸多储能技术，分别介绍各种储能技术的原理、特点及其在电力系统中的应用前景分析。
参考文献
[1]何小平,王海涛.储能技术在电力系统中的应用[J].科技创新与应用,2012,28:13.
[2]国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组,王松岑,来小康,程时杰.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,2013,01:3-8+30.
[3]马冬娜,张海棠.储能技术在现代电力系统各种状态下的应用[J].科技资讯,2011,34:113+115.
[4]骆妮,李建林.储能技术在电力系统中的研究进展[J].电网与清洁能源,2012,02:71-79.
[5]张雪莉,刘其辉,李建宁,李赢.储能技术的发展及其在电力系统中的应用[J].电气应用,2012,12:50-57.
作者简介：
李波（1978-），男，硕士，工程师，从事电网运行管理工作。
论文作者:李波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：储能论文; 电网论文; 超导论文; 电池论文; 技术论文; 能量论文; 电能论文; 《电力设备》2016年第22期论文;