未来的电力系统要包含可再生新能源电力,而新能源电力的大比例接入则会出现前面提到的潜在问题。如图3所示,在电力系统中采用集成储能模块是解决电力系统变负荷和新能源电力接入产生问题的有效措施。
储能可作用于电力系统的不同环节,总体的作用是实现新能源电力上网、保持电网高效安全运行和电力供需平衡。针对不同环节,储能的作用有所区别:①在大规模新能源发电环节,储能系统有利于削峰填谷,使不稳定电力平滑输出;储能系统通过功率变换装置,及时进行有功/无功功率吞吐,保持系统内部瞬时功率的平衡,维持系统电压、频率和功角的稳定,提高供电可靠性。②在常规能源发电环节,储能系统可替代部分昂贵的调峰机组,实现调峰的功能,还能解脱被迫参与调峰的基荷机组,提高系统效率。③在输配电环节,储能系统能起到调峰和提高电网性能的作用。在电网环节设置合适规模的储能站,可以增强电网的抗冲击能力,提高调解幅度,更好地实现供需平衡。④设置于终端用户的储能系统则通过电力储放来提高供电可靠性,尤其在发生非预期停电等事故情况下;可进行需求侧管理,即在分时计价的地区,在低价“谷电”时刻买入网电充入储能设备,在高价“峰电”时刻释放储能设备中的电力,实现既节约用户电费花销,又能削峰填谷、平滑用电负荷,在一定程度可缓解电网调节压力。常规的终端用户只是电力的消费者,而随着分布式能源系统的推广,未来的终端用户也是电力的供应者,用户和电网之间存在双向能量流动。当终端用户存在剩余电力上网时,也会出现大型新能源发电机组的电力波动问题,因此,设置于终端用户的储能系统还将起到提高分布式电源电能上网质量、平滑输出等作用。
概括而言,对应于不同的适用场合储能系统的功能有3种:①提高电能质量;②提供桥接电能;③能量管理。提高电能质量包括维持系统暂态稳定性和频率、电压调节等,该类功用需要储能设备快速反应(1s之内),对储能设备放电持续时间(能量维度)的要求在分钟量级。提供桥接电能是指在电能消失或者不同电能来源之间的转换过程中,提供过渡电能的能力,应用场合为电力应急储备、变负荷、电力系统故障等,该类功用需要储能设备的反应时间在秒到分钟范围内,对放电持续时间的要求可长达小时量级。能量管理则对应着长时间内的能量转移,应用场合包括电网削峰填谷、终端用户电力管理等等,该类功用对放电持续时间的要求长达几个小时。
在电力系统中引入储能模块,在不同时间点进行电能吞吐,相当于在电力系统中添加了一个可调节维度,最终实现整个系统的高效、低成本和可靠运行。此外,电力储能在离网孤岛终端的使用也是其重要的应用场合,通过设置适当规模的电力储能装置,在用电低谷时充电、用电高峰时放电,会降低离网孤岛终端所需匹配的发电能力/容量,同时使发电机组维持运行在稳定工况,提高整个系统的能量效率和经济性能,图4说明了其原理。
3电力储能技术的内涵、分类与应用
从本质上而言,电力储能是将电能在t1时刻、a1地点充入,在t2时刻、a2地点释放,因而,电力储能技术可解决电能供需在时间和空间上不匹配的矛盾,是提高能源综合利用效率的有效手段。
电力储能技术有多种类型,可按照适用场合和电能转化类型等分类。按照后者,因电能可转换为势能、动能、电磁能、化学能等形态存储,电力储能技术可分为物理、电磁和电化学3种类型。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能;电磁储包括超导储能和超级电容器储能;电化学储能包括铅酸、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能。