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摘要：本文就电力系统中应用储能技术的现状进行了深入探讨，并对其前景进行了展望。
关键词：电力系统；储能技术；现状
在电力系统中，储能应用于“发输配供用”的各个环节；在新能源接入智能电网中，储能发挥重要作用，可以充分接纳新能源，提高供电可靠性，保证电网的安全稳定运行以及提高电网灵活交互能力。
1电力储能现状
1.1压缩空气蓄能电站
采用燃气轮机发电厂进行调峰，将剩余电力压缩空气储存在7.5MPA的典型高压的密封环境下，利用高峰时释放的压缩空气驱动发电，这就是压缩空气蓄能电站。燃气轮机消耗2/3燃料，节省1/3的燃料。CAES储气库的安全系数很高、反应速度快，可用于调节峰谷电能、调频率、发电系统备用以及分布式储能等。现在以水封恒压储气站最为稳定。100MW级的燃气轮机在采用渠式超能热管技术时，可达到90%的系统换能效率。
1.2飞轮蓄能系统
轴承支撑系统、发电机、高速飞轮和真空泵等设备构成飞轮蓄能系统。当负荷是谷值时，工频电网将提供电能驱动飞轮高速飞转，并将这动能产生的能量储存下来，实现电能和机械能进行转换。飞轮的储能功率密度一般在5kW/kg以上，20Wh/kg以上的能量密度，并且使用寿命长，一般在－40℃～50℃环境下工作。储能飞轮在近年发展进步较大，主要体现在超导磁悬浮轴承、高强度碳素纤维和大功率电力电子变流技术。同时机械式飞轮系统也有很大发展，已形成系列产品。
1.3抽水储能电站
抽水蓄能电站要有上、下游两个水库进行配合才能运转，让抽水储能设备在低谷时段保持在电动机状态，并将下游的水抽到上游的水库，同时使得抽水储能设备在高峰时可以利用上游的水进行发电。抽水储能电站有混合抽水、纯抽水和调水式抽水三种类型。这些抽水蓄能电站的特点是发电的库容大、很少渗漏、建站地点的水头高以及输水管道较短等。电力系统经常运用到抽水储能这项技术，主要是用于调频、调峰填谷、紧急事故备用和提供备用容量，并且可以使核电站和火电站的运行效率提高。
1.4电池储能系统
通过电池的正负极氧化还原来充放电就是电池储能系统的主要工作。虽然铅酸电池在高温下使用期限比较短，其与镍镉类电池很相似，比功率和比能量都较低，但是以其低廉的价格、较可靠和成熟的技术得以在电力系统中广泛应用。镍镉类电池的储电能力不高，并且会带来重金属污染已被限用。
1.5超导磁储能系统
超导磁储能系统采用超导体线圈进行储存磁场能量，不需要进行能源的转换，速度快，在实时大容量交换方面有优势，并且可以补偿电力系统运转消耗的功率。超导磁储能系统在很大程度上可以支撑输配电网电压、补偿功率、调节频率以及提高系统的稳定性。这种系统适用于在液氮温区使用的ＭＪ系统，可以很好地解决关于高场磁体绕组力学的支撑问题。
2储能在国内外电力系统中的应用与前景分析
2.1储能技术在电力系统中的应用现状
据VLPGO对一些国家电力系统的统计，相关电力系统中储能装机容量最大的仍然是抽水蓄能。美国电力科学研究院（EPRI）报告指出，到2010年抽水蓄能总装机容量达127000MW，超过总储能容量的99%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的是日本，到2010年已经达25GW；其后依次是美国、意大利、德国、法国、西班牙等，日本和美国抽水蓄能电站装机容量均超过200GW。我国抽水蓄能规划从2010年的16GW增加到2015年的30GW，发展趋势迅猛。抽水蓄能在电力系统中主要发挥电网调峰、调相调频、事故备用、黑启动、削峰填谷的作用。由于各国的电力市场及结构模式不同，抽水蓄能电站的电价机制和运营管理各有不同。如日本采用租赁制和内部核算制来制定电价；英国则专门制订了抽水蓄能机组的竞价模式和电价机制，明确抽水蓄能电站收入包括年度交易的固定收入和竞价交易的电量销售收入，即固定部分和变动部分；美国各州电力体制不同，抽水蓄能电站在各州的运营存在差异，电价机制主要包括：电网统一经营、参与电力市场竞争和租赁制3种。我国基本形成了抽水蓄能开发建设和管理的政策体系，主要由电网经营企业建设和管理，其建设成本由电网企业消化50%，发电企业和用户各承担25%。到目前，压缩空气储能电站在德国和美国已经成功商业化运行，其装机容量分别为290MW和110MW，主要在调节尖峰负荷和替代高成本电厂中应用。其他国家尚未有大型压缩空气储能电站的建设和运行。电池储能技术在国内外均处于快速发展阶段，尤其是MW级钠硫电池和锂离子电池储能示范系统不断建设并投入运行，主要在新能源、调频等应用领域中发挥作用。从国内外储能在电力系统中应用现状可以看出，抽水蓄能仍然是目前应用最普遍的储能技术，电池储能是发展最迅速的储能技术。短期内，抽水蓄能仍然以成本低、技术成熟、较完善的运行管理机制等优势占据大容量储能系统的市场，而电池储能系统将在不断建设的示范项目中获得验证，为在新能源和智能电网中的合理应用奠定好技术基础。
2.2储能产业的市场前景预测
VLPGO的调研表明，美、日、西班牙、中国等多个国家均要求将风能、太阳等非化石燃料作为长期规划的能源，并结合各国的电力系统特点、政策和目标进行实施。在电网快速发展和新能源大规模开发的趋势下，各国已经开展未来10~20年含储能的电网规划研究，并对各类储能技术进行深入评估和示范验证，大力推动储能技术在智能电网中的应用和发展，很多国家将储能部署为提供快速响应的辅助服务市场产品，且大部分电网公司乐意购买由储能系统提供的辅助服务。EPRI详细划分并阐述了储能技术在电力行业中的14类作用，在大规模可再生能源接入、削峰填谷、延缓电网建设投资和保证电力系统安全性等方面具有重要意义，同时给储能市场创造了非常大的发展机遇。学者推测，未来全球储能市场的价值将以26%的复合年均增长率上升，到2020年市场价值将达160亿美元。尽管储能产业的市场前景十分广阔，但成本高、补贴政策力度不够、电价机制和商业模式不明确仍然是亟需解决的难题。
结束语
储能技术在能量变换环节及分布式发电中都具有重要作用，一方面可以稳定系统，具有安全防护的作用，另一方面可以起过渡作用。所以，储能技术的发展对可再生能源利用和智能电网发展具有重要的现实意义。
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论文作者:杜俊泉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
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