鉅大LARGE | 點擊量:1101次 | 2018年11月13日
儲能技術在堅強智能電網(wǎng)建設中有什么作用?
電力生產(chǎn)過程是連續(xù)進行的,發(fā)電、輸電、變電、配電、用電必須時刻保持平衡;電力系統(tǒng)的負荷存在峰谷差,必須留有很大的備用容量,造成系統(tǒng)設備運行效率低。應用儲能技術可以對負荷削峰填谷,提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性,減少系統(tǒng)備用需求及停電損失。另外,隨著新能源發(fā)電規(guī)模的日益擴大和分布式發(fā)電技術的不斷發(fā)展,電力儲能系統(tǒng)的重要性也日益凸顯。
儲能技術的應用是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式基礎上增加一個存儲電能的環(huán)節(jié),使原來幾乎完全剛性的系統(tǒng)變得柔性起來,電網(wǎng)運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、靈活性也會因此得到大幅度的提高。因此有人將儲能技術譽為電力生產(chǎn)過程中的第六環(huán)節(jié),電力儲能技術的應用前景非常廣闊。
1儲能技術在堅強智能電網(wǎng)中的作用
優(yōu)質、自愈、安全、清潔、經(jīng)濟、互動是我國智能電網(wǎng)的設定目標,儲能技術尤其大規(guī)模儲能技術具備的諸多特性得以在發(fā)電、輸電、配電、用電4大環(huán)節(jié)得到廣泛應用,儲能技術是構建智能電網(wǎng)及實現(xiàn)目標不可或缺的關鍵技術之一。
1.1儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定中的作用
儲能技術的應用可以改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的思維方式,從一個新的角度認識電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,并尋求一種可能會徹底解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。
在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中,任何微小擾動引起的動態(tài)不平衡功率都會導致機組間的振蕩,而只要儲能裝置容量足夠大而且響應速度足夠快,就可以實現(xiàn)任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡,這是一種主動致穩(wěn)電力系統(tǒng)的思想。由于這種與儲能技術相關的穩(wěn)定控制裝置不必和發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)共同作用,因此,可以方便地使用在系統(tǒng)中對于抑制振蕩來說最有效的部位。同時,由于這種穩(wěn)定控制裝置所產(chǎn)生的控制量可直接作用于導致系統(tǒng)振蕩的源頭,對不平衡功率進行精確的補償,可以較少甚至不考慮系統(tǒng)運行狀態(tài)變化對控制裝置控制效果的影響,因此裝置的參數(shù)整定非常容易,對于系統(tǒng)運行狀態(tài)變化的魯棒性也非常好。
1.2儲能技術在新能源發(fā)電中的作用
化石能源供應不足已成為全球經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。同時,使用化石能源造成的環(huán)境污染問題已受到全球的高度重視,積極開發(fā)新能源和儲能技術,減少人類對化石能源的依賴,已成為業(yè)界和科技界研究的熱門課題。
在可再生能源中,風能和太陽能因來源豐富、取之不盡、用之不竭,并在利用過程中無環(huán)境污染或污染很小而特別引起關注,但風能和太陽能存在間歇性、不穩(wěn)定性和不可控性等缺陷,為保證其供電的均衡性和連續(xù)性,儲能裝置成為風力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵配套部件。因此,在利用太陽能和風能的同時,必須重視儲能技術的開發(fā)。
近年來,特別是在《中華人民共和國可再生能源法》出臺之后,我國風力發(fā)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,但大規(guī)模發(fā)展新能源仍存在技術瓶頸,主要是風力發(fā)電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術、發(fā)電的間歇性問題需要成熟的儲能技術加以解決。因此,在新能源裝機容量提升的同時,必須同步提升儲能容量,有效地改善其電能輸出質量。
1.3儲能技術在分布式發(fā)電中的作用
當今社會對電力供應的質量與安全可靠性要求越來越高,傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電方式由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。目前,大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結合被世界上很多能源電力專家公認為是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電網(wǎng)安全性和靈活性的主要方法,是21世紀電力工業(yè)的發(fā)展方向。
分布式發(fā)電是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負荷附近的配置較小的發(fā)電機組,以滿足特定用戶的需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。分布式發(fā)電包括微型燃氣輪機發(fā)電、燃料電池儲能、可再生能源如太陽能和風力發(fā)電等。
基于電網(wǎng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性考慮,分布式發(fā)電系統(tǒng)要存儲一定數(shù)量的電能,用以應付突發(fā)事件。現(xiàn)代儲能技術已得到了一定程度的發(fā)展,在分布式發(fā)電中已經(jīng)起到了重要作用,可以改善電能質量、維持電網(wǎng)穩(wěn)定;在分布式電源不能發(fā)電期間向用戶提供電能。
1.4儲能技術在電動汽車中的作用
電動汽車以電能為動力,能夠實現(xiàn)運行時零排放、低噪音,是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。堅強智能電網(wǎng)的建設將大大促進電動汽車的發(fā)展,包括建成完善的電動汽車配套充放電基礎設施網(wǎng)絡,形成科學合理的電動汽車充放電站布局,充放電站基礎設施滿足電動汽車行業(yè)發(fā)展和消費者的需要,電動汽車與電網(wǎng)的高效互動得到全面應用。
與傳統(tǒng)燃油汽車相比,電動汽車還存在充電時間長、續(xù)駛里程短、使用成本高等一系列問題。
其中儲能技術是阻礙電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸,儲能技術的發(fā)展必將帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展。
2儲能技術原理與常用的儲能方式
2.1儲能技術的原理與特點
由儲能元件組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的電網(wǎng)接入裝置成為儲能系統(tǒng)的兩大部分。儲能裝置主要實現(xiàn)能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實現(xiàn)儲能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉換,實現(xiàn)電力調峰、能源優(yōu)化、提高供電可靠性和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。
儲能系統(tǒng)的容量范圍比較寬,從幾十千瓦到幾百兆瓦;放電時間跨度大,從毫秒級到小時級;應用范圍廣,貫穿整個發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng);大規(guī)模電力儲能技術的研究和應用才剛起步,是一個全新的課題,也是國內外研究的一個熱點領域。
2.2常用的儲能方式
目前,儲能技術主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學儲能(如各類蓄電池、可再生燃料電池、液流電池、超級電容器等)和電磁儲能(如超導電磁儲能等)等。
1)物理儲能中最成熟、應用最普遍的是抽水蓄能,主要用于電力系統(tǒng)的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等。抽水蓄能的釋放時間可以從幾個小時到幾天,其能量轉換效率在70%~85%。抽水蓄能電站的建設周期長且受地形限制,當電站距離用電區(qū)域較遠時輸電損耗較大。壓縮空氣儲能早在1978年就實現(xiàn)了應用,但由于受地形、地質條件制約,沒有大規(guī)模推廣。飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉,將電能轉化為機械能存儲起來,在需要時飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電。飛輪儲能的特點是壽命長、無污染、維護量小,但能量密度較低,可作為蓄電池系統(tǒng)的補充。
2)化學儲能種類比較多,技術發(fā)展水平和應用前景也各不相同:
(1)蓄電池儲能是目前最成熟、最可靠的儲能技術,根據(jù)所使用化學物質的不同,可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。鉛酸電池具有技術成熟,可制成大容量存儲系統(tǒng),單位能量成本和系統(tǒng)成本低,安全可靠和再利用性好等特點,也是目前最實用的儲能系統(tǒng),已在小型風力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)以及中小型分布式發(fā)電系統(tǒng)中獲得廣泛應用,但因鉛是重金屬污染源,鉛酸電池不是未來的發(fā)展趨勢。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進蓄電池成本較高,大容量儲能技術還不成熟,產(chǎn)品的性能目前尚無法滿足儲能的要求,其經(jīng)濟性也無法實現(xiàn)商業(yè)化運營。
(2)大規(guī)??稍偕剂想姵赝顿Y大、價格高,循環(huán)轉換效率較低,目前尚不宜作為商業(yè)化的儲能系統(tǒng)。
(3)液流儲能電池具有能量轉換效率較高,運行、維護費用低等優(yōu)點,是高效、大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電儲能、調節(jié)的首選技術之一。液流儲能技術在美國、德國、日本和英國等發(fā)達國家已有示范性應用,我國目前尚處于研究開發(fā)階段。
(4)超級電容器是20世紀80年代興起的一種新型儲能器件,由于使用特殊材料制作電極和電解質,這種電容器的存儲容量是普通電容器的20~1000倍,同時又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量速度快的優(yōu)點,目前已經(jīng)不斷應用于高山氣象站、邊防哨所等電源供應場合。
3)超導電磁儲能利用超導體制成線圈儲存磁場能量,功率輸送時無需能源形式的轉換,具有響應速度快、轉換效率高、比容量/比功率大等優(yōu)點,可以充分滿足輸配電網(wǎng)電壓支撐、功率補償、頻率調節(jié),提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和功率輸送能力的要求。和其他儲能技術相比,超導電磁儲能仍很昂貴,除了超導體本身的費用外,維持系統(tǒng)低溫導致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費用也相當可觀。目前,在世界范圍內有許多超導電磁儲能工程正在運行或者處于研制階段。
3儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景
由于我國的能源中心和電力負荷中心距離跨度大,電力系統(tǒng)一直遵循著大電網(wǎng)、大電機的發(fā)展方向,按照集中輸配電模式運行,隨著可再生能源發(fā)電的飛速發(fā)展和社會對電能質量要求的不斷提高,儲能技術應用前景廣闊。國家電網(wǎng)公司近期確定的智能電網(wǎng)重點投資領域中包括了大量儲能應用領域,如發(fā)電領域的風力發(fā)電和光伏發(fā)電中應用儲能技術項目,配電領域儲能技術,電動汽車充放電技術等。
儲能技術主要的應用方向有:①風力發(fā)電與光伏發(fā)電互補系統(tǒng)組成的局域網(wǎng),用于偏遠地區(qū)供電、工廠及辦公樓供電;②通信系統(tǒng)中作為不間斷電源和應急電能系統(tǒng);③風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質量調整;④作為大規(guī)模電力存儲和負荷調峰手段;⑤電動汽車儲能裝置;⑥作為國家重要部門的大型后備電源等。
隨著儲能技術的不斷進步,安全性好、效率高、清潔環(huán)保、壽命長、成本低、能量密度大的儲能技術將不斷涌現(xiàn),必將帶動整個電力行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展,創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
4促進大容量儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議
1)將儲能與新能源發(fā)展同步規(guī)劃。按照實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)安全運行和效率最優(yōu)的原則,在規(guī)劃新能源發(fā)電和電網(wǎng)輸送線路的同時,應提出相應的儲能解決方案,明確儲能發(fā)展的規(guī)模和建設區(qū)域等。
2)實施峰谷電價和儲能電價政策。峰谷電價在不同地區(qū)可有所差別,但應盡量為電網(wǎng)削峰填谷和吸引儲能投資創(chuàng)造更大空間。
3)規(guī)范新能源發(fā)電技術要求與并網(wǎng)管理。國家應出臺有關新能源并網(wǎng)的強制性技術標準,建立強制并網(wǎng)認證和檢測制度。實施新能源發(fā)電出力短期預測報告制度,提高短期預測能力和水平。電網(wǎng)公司對符合入網(wǎng)要求的電能應及時全額接收,對電能質量差、發(fā)電預測誤差大的新能源發(fā)電可選擇性接收,并建立相應的懲罰機制。
4)鼓勵投資主體多元化。在理順投資回報機制、規(guī)范入網(wǎng)技術要求的前提下,應鼓勵發(fā)電商、電網(wǎng)公司、用戶端、第三方獨立儲能企業(yè)等任何有條件的投資方投資建設儲能裝置。
5)加緊安排多個儲能示范項目。通過實施若干個儲能示范項目為儲能企業(yè)提供重要的工程實踐機會,為未來大規(guī)模應用儲能技術積累技術數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗。在示范項目中,要結合考慮各類儲能技術的性能,在全面評價基礎上,根據(jù)具體用途選用合適的儲能技術。早期的示范項目可先與風力發(fā)電、光伏發(fā)電相結合,探索應用于風力發(fā)電和光伏發(fā)電的儲能技術。
6)加大對大容量儲能技術的研發(fā)投入,鼓勵儲能技術多元化發(fā)展。儲能技術的研究應超前于需求發(fā)展,不能等到出現(xiàn)瓶頸的時候再考慮加大投入,另外需進一步加大對儲能技術基礎研究的投入,鼓勵原始創(chuàng)新,掌握自主知識產(chǎn)權。應將大規(guī)模儲能技術研究及其產(chǎn)業(yè)化應用列入國家科技重大專項。由于目前還沒有任何一項儲能技術完全勝任各種應用領域的要求,因此在重點扶持液流電池、鋰離子電池等關鍵技術的同時,也應鼓勵和支持其他儲能技術發(fā)展。
5結語
儲能技術的應用是堅強智能電網(wǎng)建設的重要組成部分,可以有效地實現(xiàn)需求側管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷,可以提高電力設備運行效率、降低供電成本,還可以作為促進可再生能源應用,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。智能電網(wǎng)的構建將促進儲能技術升級、推動儲能需求尤其是大規(guī)模儲能需求的快速增長,從而帶來相應的投資機會。隨著儲能技術的大量應用必將在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設計、規(guī)劃、調度、控制方面帶來變革。
儲能技術關系到國計民生,具有越來越重要的經(jīng)濟價值和社會價值,國家應該盡快研究儲能技術的相關產(chǎn)業(yè)標準,加強儲能技術基礎研究的投入,切實鼓勵技術創(chuàng)新,掌握自主知識產(chǎn)權;從規(guī)模儲能技術發(fā)展起始階段就重視環(huán)境因素,防治環(huán)境污染;充分發(fā)揮儲能在節(jié)能減排方面的作用,把對新能源的鼓勵政策延伸到儲能環(huán)節(jié)。