李彥榮，王康民

(1.山西能源學(xué)院，晉中 030600；2.山西省高效太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換工程技術(shù)研究中心，太原 030000)

1 引 言

1.1 化學(xué)儲(chǔ)能

在新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行中，化學(xué)儲(chǔ)能是一種常見(jiàn)的新能源儲(chǔ)能技術(shù)，通過(guò)電池正負(fù)極的反應(yīng)作用，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能量與電力能源的有效轉(zhuǎn)化，以此滿足電力系統(tǒng)的用電需求，在達(dá)到電力系統(tǒng)儲(chǔ)能要求的基礎(chǔ)上，提高能源的利用率，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化方面得以應(yīng)用。在應(yīng)用化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)，要考慮到不同電池的屬性和類別，根據(jù)電池屬性特點(diǎn)，判斷電池的使用功能，確保選用的電池能夠達(dá)到電力系統(tǒng)內(nèi)部能源轉(zhuǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)。如鋰電池不同于普通金屬電池的使用性能，在電力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化中，具有較高的能源轉(zhuǎn)化率，能夠在短時(shí)間完成化學(xué)能量的電力轉(zhuǎn)化。

1.2 物理儲(chǔ)能

新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)分為很多種，物理儲(chǔ)能作為電力系統(tǒng)常見(jiàn)的能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要分為抽水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及壓縮儲(chǔ)能三種形式，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，選擇合理可行的物理儲(chǔ)能技術(shù)，減少系統(tǒng)耗能壓力，提高能源利用率。如抽水儲(chǔ)能相較于其他儲(chǔ)能技術(shù)的容量更大，具有低成本、高儲(chǔ)能的作用，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用中。但抽水儲(chǔ)能容易受到地理位置和自然條件的限制，影響其使用性能的發(fā)揮。而飛輪儲(chǔ)能方式區(qū)別于抽水儲(chǔ)能形式，不易受到外界因素的影響，具有效率高的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成能源的轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)飛輪儲(chǔ)存應(yīng)用成本也比較高，不利于成本控制。

1.3 電磁儲(chǔ)能

新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)能源的有效儲(chǔ)存，針對(duì)不同的能源，采用合理可行的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化技術(shù)，將水能、熱能、冷能以及風(fēng)能等能源轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)所需要的電力能源，滿足系統(tǒng)運(yùn)行的供電需要，達(dá)到電力能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存的目的。而應(yīng)用電磁儲(chǔ)能技術(shù)，借助變流器及超導(dǎo)材料將電磁能轉(zhuǎn)換為可適用的電能，依靠電磁儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)化，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供充足的電力能源。同時(shí)，使用電磁儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行電力系統(tǒng)能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化工作時(shí)，要結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)掌握電力系統(tǒng)內(nèi)部電阻及電流大小，對(duì)電磁能進(jìn)行科學(xué)轉(zhuǎn)化，避免出現(xiàn)能源浪費(fèi)問(wèn)題。運(yùn)用電磁儲(chǔ)能技術(shù)能夠在電力系統(tǒng)電能不足的情況下，將電磁能轉(zhuǎn)化為可用的電力能源，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.4 相變儲(chǔ)能

新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)包括化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能，其中相變儲(chǔ)能技術(shù)以吸收材料和釋放熱能為能源轉(zhuǎn)化方式，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)能源的有效轉(zhuǎn)換，滿足系統(tǒng)運(yùn)行的電力需要。在實(shí)際應(yīng)用中，相變儲(chǔ)能技術(shù)分為電儲(chǔ)熱、熔融鹽儲(chǔ)熱以及冰蓄冷三種形式，其中電儲(chǔ)熱主要利用水和金屬的作用進(jìn)行能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化，由于水儲(chǔ)能的成本較低，常被應(yīng)用于新能源電力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換中。而金屬儲(chǔ)能根據(jù)物體的形態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)熱能的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化工作，能夠?qū)崮苡行мD(zhuǎn)化成電力系統(tǒng)所需要的能源，提高能源的轉(zhuǎn)化率。熔融鹽儲(chǔ)能方式主要對(duì)鹽進(jìn)行處理，結(jié)合自身熱導(dǎo)性能，完成電力系統(tǒng)內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化。冰蓄冷儲(chǔ)能方式以特殊的儲(chǔ)能形式，對(duì)冷能進(jìn)行儲(chǔ)存，通過(guò)冰蓄冷的方法，實(shí)現(xiàn)冷能的有效轉(zhuǎn)化，提高電力系統(tǒng)內(nèi)部的制冷效果，從而降低電力系統(tǒng)的電力能源耗損量。

2 儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)

針對(duì)具體應(yīng)用，儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成技術(shù)和方式也比較重要，決定了儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的使用效率和功能體現(xiàn)，主要涉及電池成組技術(shù)、電化學(xué)儲(chǔ)能變流器系統(tǒng)技術(shù)以及相應(yīng)的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)儲(chǔ)能電池的運(yùn)行需要電池管理系統(tǒng)的技術(shù)支持。(1)電池成組導(dǎo)致壽命問(wèn)題。由于電池的不一致性客觀存在，需要做到成組電池容量、內(nèi)阻、充放電特性趨于一致，在集成后通過(guò)均衡策略盡可能實(shí)現(xiàn)性能均勻，整體表現(xiàn)良好特性，有利于電池壽命延長(zhǎng)。(2)溫度控制問(wèn)題。溫度對(duì)電池的容量甚至壽命、安全影響明顯。在電池成組中考慮冷卻方式、散熱結(jié)構(gòu)、隔熱方式、風(fēng)道設(shè)計(jì)等相關(guān)熱管理技術(shù)。(3)電氣安全問(wèn)題。電池系統(tǒng)是一個(gè)高能量體，通過(guò)較合理的串、并聯(lián)連接方式實(shí)現(xiàn)分流分壓，防止局部產(chǎn)生電氣安全事故。(4)電化學(xué)儲(chǔ)能變流器是儲(chǔ)能與交流電網(wǎng)連接的樞紐。根據(jù)不同的規(guī)模等級(jí)，其應(yīng)用場(chǎng)景有所區(qū)別。新能源發(fā)電側(cè)一般需用 MW 級(jí)電化學(xué)儲(chǔ)能，所以大功率大容量?jī)?chǔ)能變流器的研究是當(dāng)前趨勢(shì)。(5)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，基于以上技術(shù)的綜合應(yīng)用，包括直流/交流充放、電壓選擇、功率/電流分配、優(yōu)化布置等，組成能量流、信息流(控制信息、狀態(tài)信息)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，達(dá)到高效、安全、穩(wěn)定的電能交換。(6)電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池系統(tǒng)的高效管理。包括對(duì)電池剩余電量(SOC)的準(zhǔn)確估算，健康狀態(tài)、故障狀態(tài)的管理，同時(shí)基于數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)能效分析，其中對(duì)剩余電量(SOC)的精確計(jì)算、高精度數(shù)據(jù)采集和處理、狀態(tài)管理方法是研究熱點(diǎn)。

3 新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用措施

3.1 強(qiáng)化系統(tǒng)控制功能

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于新能源電力系統(tǒng)中，對(duì)于維護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要作用。工作人員在運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行新能源電力系統(tǒng)能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化工作時(shí)，為了促使儲(chǔ)能技術(shù)達(dá)到最佳應(yīng)用效果，需要結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，強(qiáng)化儲(chǔ)能系統(tǒng)控制功能，尤其對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部功率較大的電流進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部電流的有效控制，降低能源消耗量，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用目的。工作人員強(qiáng)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制功能，除了控制系統(tǒng)內(nèi)部電流變動(dòng)情況，還可以通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部裝置，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)，充分發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)智能化的優(yōu)勢(shì)。

3.2 完善系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

優(yōu)化和完善儲(chǔ)能系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值具有促進(jìn)作用。在新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行中，工作人員在應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行電力能源轉(zhuǎn)化時(shí)，要全面檢查電力系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格檢查儲(chǔ)能系統(tǒng)的配電裝置，確保新能源轉(zhuǎn)化工作能夠順利進(jìn)行。如在風(fēng)能、太陽(yáng)能、電磁能轉(zhuǎn)化電力能源工作中，需要工作人員把握各個(gè)系統(tǒng)電流流動(dòng)要求，改善系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置，發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)電流控制作用。同時(shí)，對(duì)于新能源在轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的多余能源，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠發(fā)揮儲(chǔ)存功能，對(duì)多余的能源進(jìn)行儲(chǔ)存處理，為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力能源，滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行需要，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

3.3 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能優(yōu)化配置

儲(chǔ)能技術(shù)合理運(yùn)用到新能源電力系統(tǒng)中，能夠有效促進(jìn)能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化，滿足電力系統(tǒng)的用電需求，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。為了進(jìn)一步發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用作用，需要工作人員加強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置，在應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化時(shí)，應(yīng)注意能源轉(zhuǎn)化的質(zhì)量和效率，盡可能為電力系統(tǒng)提供充足的電力能源，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行中有足夠的電力能源可用。