关于储能技术发展的探讨

关于储能技术发展的探讨

刘铨

(南京师范大学210000)

摘要：储能技术在电力系统中至关重要。本文概括了储能技术的特点和发展现状。重点介绍了抽水储能、压缩空气储能、超导磁储能以及电池储能，讨论储能技术所面临的问题和未来发展趋势。

关键词：抽水储能；压缩空气储能；超导磁储能；电池储能：研究应用现状

0引言

储能技术是指在能量富余时，利用特殊的技术与装置将能量储存起来，并结合相应需要将存储的能量以特定形式释放出来，从而调节能量供求在强度和时间上的不平衡问题，并将储能技术应用到电力系统中“采-发-输-配-用-储”各个环节[1]。电力系统中引入储能技术后，可以有效地提高电能质量、供电稳定性和需求侧管理水平，不仅可以更有效地利用电力设备、降低供电成本，还能促进可再生能源的使用，也可作为消除昼夜间峰谷差、平滑负荷、调整频率和补偿负荷波动的一种手段[2]。随着我国大区域互联电网的形成，以及可再生能源发电比例的快速增长，大规模储能系统对确保大电网安全性和可靠性、加强区域电网峰谷负荷调节能力、提高输变电能力、改善电能质量等方面有着重要的作用。

1电力储能方式和发展现状

电力储能方式种类较多，抽水储能、压缩空气储能、超导磁储能和电池储能是目前最常用的储能方式，故从原理、技术的优缺点和国内外最新发展状况对四种方式的储能作简单介绍。

1.1抽水储能

抽水储能(PumpedHydroelectricStorage,PHS)是电力系统中唯一大规模采用的电力储能形式，需配备上、下游两个水库，并安装能双向运转的水轮发电机组。抽水储能设备在负荷低谷时工作于电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，抽水储能设备在负荷高峰时工作于发电机状态，利用储存在上游水库中的水发电。

PHS电站具有循环效率较高、额定功率大、容量大、使用寿命长、运行费用低、自放电率低等特点，技术上成熟且可靠。其制约因素是电站选址与建设周期长。

目前PHS机组发展方向是高水头、高转速、大容量以及提高机组的智能化水平。此外，美国俄亥俄州和新泽西州计划利用废弃铁矿矿井开发建设PHS电站。日本冲绳已建立了海水式PHS电站，美国和爱尔兰也有计划建设此类电站。

1.2压缩空气储能

压缩空气储能(CompressedAirEnergyStorage,CAES)是利用非峰时电能，压缩空气并贮存在水库、地下洞穴、地上管道或容器里，当需要电能时，加热压缩空气使其膨胀，导入汽轮发电机发电。

CAES电站具有功率范围广、高稳定性、寿命长、运行费用低等特点，其电站建设投资和发电成本低于PHS电站。其制约因素是电站选址和使用化石燃料以及能量密度低。

近年来出现了先进绝热AA-CAES将不使用化石燃料，并利用热储能循环提高整体效率，AA-CAES示范工程ADELE正在德国建造。此外，英国华威大学进行了风力发电与小型CAES直接偶联的前期与可行性研究。而我国中科院工程物理所则首次提出了超临界CAES的概念，北京15KW先进空气实验台和廊坊1.5MW先进空气综合研发与示范平台也都在建设中。CAES被预测为最有前景的大规模储能技术，美国光帆能源公司把水循环冷却压缩空气储能产品推入市场[9]。

1.3超导磁储能

超导磁储能系统(SuperconductingMagneticEnergyStorage，SMES)利用超导材料制成的线圈储存磁场能量，需要时将电磁能返回电网或作其它使用。SMES一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统部件组成。

SMES具有高效率、响应快、无污染等优势，SMES可以调节电力系统的峰谷、降低电网的低频功率振荡、调节无功和功率因素，从而改善电网的电压频率特征和系统的稳定性。其制约因素是超导线圈需要置于压缩机和泵以维持的极低温液体中，成本太高，系统复杂且需要定期维护。

在世界范围内SMES装置已初步形成产品，典型的额定功率为10kW-10MW。SMES技术发展的主要方向涉及高温超导涂层导体、结合具体系统(如风电系统)的分布式SMES、与智能电网相关技术(如柔性输配电)相结合、继续降低投资成本和维护运行费用等。中科院电工研究所研制了1MJ/0.5MW的高温SMES装置，进行了2.5MJ/1MWSMES系统的研发工作，并首次提出了超导限流储能的概念[3]。华中科技大学研制了用于电力系统稳定控制的35kJ/7kW高温SMES装置并且在高温超导磁体、直接冷却等关键技术上具有一定的研究基础。

1.4电池储能

电池储能系统（BatteryEnergyStorage）主要是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电，是一种有悠久历史的储能技术。

镍镉电池效率高且使用寿命长，但容量会随着充放电次数的增加而减少，荷电保持能力差，存在重金属污染。铅酸电池成本低、可靠性高、技术成熟。但在高温下寿命缩短，与镍镉电池类似，其制约因素是循环寿命较短，且其制造过程存在环境污染。

BES在世界各地得到发展。1979年，德国研制生产了储能测试设备，1981年完成了大规模铅酸蓄电池储能电池组系统，系统已于1987年投入商业运行，用于电力系统尖峰负荷转移及频率控制。1988年，美国在加利福尼亚州的爱迪生电力公司建成了试验性10WM/40MW•h大型蓄电池储能系统[11]。

2储能技术在电力系统中的应用

目前电力系统中储能装机容量最大的是PHS。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%。日本抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多。

到目前，CAES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CAES电站的建设。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。

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。

3总结与展望

储能技术可以实现电能的储存，把发电与用电从时间和空间上分割开来，可应用于多种领域，以解决出现的传统方法难以解决的不同问题。目前储能技术在电网调峰、调相调频、削峰填谷等场合得到了初步应用，很多国家开展了大量储能技术研究和示范工程建设工作，推进了储能技术的快速发展。

储能技术在电力系统中的应用仍然处于探索和示范阶段，国内外对储能的技术和经济性都进行了调研和评估，结合社会需求和电力系统自身属性，积极探索和实践储能在电力系统应用中的有效途径。储能技术在未来电网中的应用市场潜力很大，其发展趋势与各类储能技术特性和市场潜力紧密相关，同时，其发展也是一项复杂的系统工程，需要全社会各个利益相关方的参与和推动，达成共识通力合作，发挥各自优势，和谐共赢。

参考文献:

[1]叶季蕾，薛金花，王伟，等.储能技术在电力系统中的应用现状与前景[J].中国电力，2014，47(3)：1-5

[2]张文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32(7):1-9

[3]李勇，刘俊勇，胡灿.超导储能技术在电力系统中的应用于展望[J].四川电力技术，2009，32(12):33-37

作者简介（刘铨，1992.03.17，男，汉，江苏泰州，研究生在读，专业学位，主要研究方向电力系统）