電力生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電必須時(shí)刻保持平衡;電力系統(tǒng)的負(fù)荷存在峰谷差，必須留有很大的備用容量，造成系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率低。應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可以對(duì)負(fù)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(kuò)大和分布式發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性也日益凸顯。

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式基礎(chǔ)上增加一個(gè)存儲(chǔ)電能的環(huán)節(jié)，使原來(lái)幾乎完全剛性的系統(tǒng)變得柔性起來(lái)，電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性也會(huì)因此得到大幅度的提高。因此有人將儲(chǔ)能技術(shù)譽(yù)為電力生產(chǎn)過(guò)程中的第六環(huán)節(jié)，電力儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。

1 儲(chǔ)能技術(shù)在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中的作用

優(yōu)質(zhì)、自愈、安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、互動(dòng)是我國(guó)智能電網(wǎng)的設(shè)定目標(biāo)，儲(chǔ)能技術(shù)尤其大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)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(yīng)用，儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1．1儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定中的作用

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)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(gè)新的角度認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，并尋求一種可能會(huì)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(dòng)引起的動(dòng)態(tài)不平衡功率都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組間的振蕩，而只要儲(chǔ)能裝置容量足夠大而且響應(yīng)速度足夠快，就可以實(shí)現(xiàn)任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡，這是一種主動(dòng)致穩(wěn)電力系統(tǒng)的思想。由于這種與儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)的穩(wěn)定控制裝置不必和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)共同作用，因此，可以方便地使用在系統(tǒng)中對(duì)于抑制振蕩來(lái)說(shuō)最有效的部位。同時(shí)，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(dǎo)致系統(tǒng)振蕩的源頭，對(duì)不平衡功率進(jìn)行精確的補(bǔ)償，可以較少甚至不考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化對(duì)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(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化的魯棒性也非常好。

1．2儲(chǔ)能技術(shù)在新能源發(fā)電中的作用

化石能源供應(yīng)不足已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。同時(shí)，使用化石能源造成的環(huán)境污染問(wèn)題已受到全球的高度重視，積極開(kāi)發(fā)新能源和儲(chǔ)能技術(shù)，減少人類(lèi)對(duì)化石能源的依賴(lài)，已成為業(yè)界和科技界研究的熱門(mén)課題。

在可再生能源中，風(fēng)能和太陽(yáng)能因來(lái)源豐富、取之不盡、用之不竭，并在利用過(guò)程中無(wú)環(huán)境污染或污染很小而特別引起關(guān)注，但風(fēng)能和太陽(yáng)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(chǔ)能裝置成為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵配套部件。因此，在利用太陽(yáng)能和風(fēng)能的同時(shí)，必須重視儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

近年來(lái)，特別是在《中華人民共和國(guó)可再生能源法》出臺(tái)之后，我國(guó)風(fēng)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(shù)瓶頸，主要是風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)、發(fā)電的間歇性問(wèn)題需要成熟的儲(chǔ)能技術(shù)加以解決。因此，在新能源裝機(jī)容量提升的同時(shí)，必須同步提升儲(chǔ)能容量，有效地改善其電能輸出質(zhì)量。

1．3儲(chǔ)能技術(shù)在分布式發(fā)電中的作用

當(dāng)今社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來(lái)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(mǎn)足這種要求。目前，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合被世界上很多能源電力專(zhuān)家公認(rèn)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(jì)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(fù)荷附近的配置較小的發(fā)電機(jī)組，以滿(mǎn)足特定用戶(hù)的需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。分布式發(fā)電包括微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、燃料電池儲(chǔ)能、可再生能源如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電等。

基于電網(wǎng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)要存儲(chǔ)一定數(shù)量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件。現(xiàn)代儲(chǔ)能技術(shù)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(zhì)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(hù)提供電能。

1．4儲(chǔ)能技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中的作用

電動(dòng)汽車(chē)以電能為動(dòng)力，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)零排放、低噪音，是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)將大大促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，包括建成完善的電動(dòng)汽車(chē)配套充放電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，形成科學(xué)合理的電動(dòng)汽車(chē)充放電站布局，充放電站基礎(chǔ)設(shè)施滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展和消費(fèi)者的需要，電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的高效互動(dòng)得到全面應(yīng)用。

與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)還存在充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)駛里程短、使用成本高等一系列問(wèn)題。

其中儲(chǔ)能技術(shù)是阻礙電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展。

2 儲(chǔ)能技術(shù)原理與常用的儲(chǔ)能方式

2．1儲(chǔ)能技術(shù)的原理與特點(diǎn)

由儲(chǔ)能元件組成的儲(chǔ)能裝置和由電力電子器件組成的電網(wǎng)接入裝置成為儲(chǔ)能系統(tǒng)的兩大部分。儲(chǔ)能裝置主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)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(chǔ)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(shí)間跨度大，從毫秒級(jí)到小時(shí)級(jí);應(yīng)用范圍廣，貫穿整個(gè)發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng);大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)的研究和應(yīng)用才剛起步，是一個(gè)全新的課題，也是國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。

2．2常用的儲(chǔ)能方式

目前，儲(chǔ)能技術(shù)主要有物理儲(chǔ)能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)、化學(xué)儲(chǔ)能(如各類(lèi)蓄電池、可再生燃料電池、液流電池、超級(jí)電容器等)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能等)等。

1)物理儲(chǔ)能中最成熟、應(yīng)用最普遍的是抽水蓄能，主要用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等。抽水蓄能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天，其能量轉(zhuǎn)換效率在70%～85%。抽水蓄能電站的建設(shè)周期長(zhǎng)且受地形限制，當(dāng)電站距離用電區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)輸電損耗較大。壓縮空氣儲(chǔ)能早在1978年就實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，但由于受地形、地質(zhì)條件制約，沒(méi)有大規(guī)模推廣。飛輪儲(chǔ)能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、維護(hù)量小，但能量密度較低，可作為蓄電池系統(tǒng)的補(bǔ)充。

2)化學(xué)儲(chǔ)能種類(lèi)比較多，技術(shù)發(fā)展水平和應(yīng)用前景也各不相同：

(1)蓄電池儲(chǔ)能是目前最成熟、最可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)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(shù)成熟，可制成大容量存儲(chǔ)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(diǎn)，也是目前最實(shí)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，已在小型風(fēng)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(yīng)用，但因鉛是重金屬污染源，鉛酸電池不是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進(jìn)蓄電池成本較高，大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)還不成熟，產(chǎn)品的性能目前尚無(wú)法滿(mǎn)足儲(chǔ)能的要求，其經(jīng)濟(jì)性也無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

(2)大規(guī)模可再生燃料電池投資大、價(jià)格高，循環(huán)轉(zhuǎn)換效率較低，目前尚不宜作為商業(yè)化的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

(3)液流儲(chǔ)能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率較高，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是高效、大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電儲(chǔ)能、調(diào)節(jié)的首選技術(shù)之一。液流儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)、德國(guó)、日本和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已有示范性應(yīng)用，我國(guó)目前尚處于研究開(kāi)發(fā)階段。

(4)超級(jí)電容器是20世紀(jì)80年代興起的一種新型儲(chǔ)能器件，由于使用特殊材料制作電極和電解質(zhì)，這種電容器的存儲(chǔ)容量是普通電容器的20～1000倍，同時(shí)又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量速度快的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)不斷應(yīng)用于高山氣象站、邊防哨所等電源供應(yīng)場(chǎng)合。

3)超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能利用超導(dǎo)體制成線圈儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，功率輸送時(shí)無(wú)需能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、比容量/比功率大等優(yōu)點(diǎn)，可以充分滿(mǎn)足輸配電網(wǎng)電壓支撐、功率補(bǔ)償、頻率調(diào)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(chǔ)能技術(shù)相比，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能仍很昂貴，除了超導(dǎo)體本身的費(fèi)用外，維持系統(tǒng)低溫導(dǎo)致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費(fèi)用也相當(dāng)可觀。目前，在世界范圍內(nèi)有許多超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能工程正在運(yùn)行或者處于研制階段。