大规模热电储能系统模型构建研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

大规模热电储能系统模型构建研究

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：郭治塘杨佳璐郭雨威

[导读] 摘要：本文对储能技术的类别以及基本原理、技术特点进行了调查和研究，明确了储能技术在能源发展中的作用。

        （沈阳工程学院辽宁沈阳 110006）
        摘要：本文对储能技术的类别以及基本原理、技术特点进行了调查和研究，明确了储能技术在能源发展中的作用。提出了针对规模化应用储能技术的评价指标。在此基础上，分析了不同储能技术的发展和应用前景。
        关键词：储能技术；能源发展；评价指标；应用前景
        0 引言
        近年来，煤炭等传统能源日益减少以及环境污染日趋严重极大促进了新能源的发展，其发电规模也在快速攀升，储能是提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力的有效技术[1]。如今国内对储能技术的应用还没有完全普及，储能技术可以让电网对新能源有更强的接纳能力，可以提高电能的质量以及可靠性，在未来的市场中有着广泛的应用前景。
        1 储能技术
        1.1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。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[2]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。
        1.2压缩空气储能
        这是一种在燃气轮机基础上发展起来的一项储能技术。根据压缩空气储能系统的热源不同及应用规模，可以分为：①传统使用天然气和利用地下洞穴的大型压缩空气储能电站，单台机组规模通常在100ＭＷ级及以上；②不使用天然气和地下洞穴的新型压缩空气储能系统，单台机组规模通常在10MW级及以下，将其分为压缩空气储能—燃气轮机耦合系统、压缩空气储能—燃气蒸汽联合循环耦合系统、压缩空气储能—内燃机耦合系统、压缩空气储能—制冷循环耦合系统[3]等。
        1.3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。目前，中小容量的飞轮储能系统已实现商品化，大容量的飞轮储能系统也已进入工业试运行阶段。
        1.4 化学储能
        这种储能技术利用的是化学反应。能量在电能与化学能之间转化，实现能量的储存。电池是能量转换的载体，而且电池的种类是非常多样的，其电化学反应也有很大的差异，不同种类的电池组成的材料各不相同，但其内部的核心结构是比较相似的，都具有正负极，且电解质以及隔膜都是必不可少的结构。正极代
        表的就是电势高的一端，负极与之相反，充电的过程中，正极会被氧化，阳离子会来到负极，电子则是在外电路移动向负极。放电的原理与其相反。
        2 储能技术在能源发展中的作用
        2.1 储能在大规模集中式可再生能源发电送出与消纳中的作用
        面对大规模可再生能源发电的远距离输送和消纳问题，电网一方面通过加强网架结构，改善调控手段等方式促进可再生能源的利用; 另一方面期望可再生能源发电具备或接近常规电源的特性。
        首先电网需要从规划运行层面统筹各类资源特性，增强协调调度能力，实现电力供给和需求的平衡，并全面保障系统的安全稳定运行。其次，储能可以从发电侧改善可再生能源发电的输出特性，减少其不确定性，并向常规电源的特性靠近。
        2.2 储能技术在电力系统中的应用
        结合相关电力统计，储水蓄能相关装机容量最多。当前世界中，日本的抽水蓄能发展速度最快、装机容量最大，直到2012年实现了25GW的装机容量; 紧接着是美、意德、法等国家。我国到2015年达到30GW，发展成就显著。在电力系统中，抽水蓄能具有调峰、调频、消峰等作用。因为不同的国家电力结构存在差异，抽水蓄能电价体系以及运行管理也不同。比如，日本定价使用方式是租赁以及内部核算制度;英国使用竞价以及电价体系; 我国现行的抽水蓄能建立以及管理机制，由电网运营单位管理，电网单位吸收一半的建设成本，用户以及发电单位分别负担四分之一[4]。
        3 储能技术的评价指标
        3.1 技术水平
        要评判一种储能技术是否能够得到推广应用，首先应看该技术在主要技术指标上能否实现突破。转换效率和循环寿命是２个重要参数，它们影响储能系统的总成本。其次，在具体应用中，影响储能系统比能量的储能设备体积和质量也是应该考虑的因素。体积能量密度影响占地面积和空间，质量能量密度则反映了对设备载体的要求。
        3.2 经济成本
        现阶段，储能技术最为实惠的有抽水以及空气储能，进行大规模推广时展现较为显著的优势，短时间可以开展广泛的运用。从表1中可以发现电池储能现阶段的经济性依然不足，而且成本无法缩减至抽水蓄能水准之下，短时间内无法进行大规模的推广。电池储能缺乏一定的成本优势，但是具有设置灵活、反应迅速的优点。所以，应当结合实际需要，综合利用各种储能有效体现相关技术优势，合理设置储能系统，进而促进该系统成本的降低。
                                                                 表1 主要规模储能电站单位建设成本比较

        4 结语
        储能技术是未来能源结构转变和电力生产消费方式变革的战略性支撑技术，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。
        参考文献
        [1]高华民.大规模储能技术在电力系统中的发展趋势分析[J].信息系统工程,2016(05):42.
        [2]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(2):71-79．
        [3]刘世林，文劲宇，孙海顺，等．风电并网中的储能技术研究进展［J］．电力系统保护与控制，2013，41（23）：145-153．
        [4]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.