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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。
3.1抽水蓄能技术
抽水蓄能系统要求配备上下游两个水库,负荷低谷时段设备工作在电动机状态,将下游水库的水抽到上游水库;负荷高峰时设备工作于发电机状态,利用储存在上游水库中水的势能发电。建站地点力求发电库容大、渗漏小、压力输水管道短等。抽水储能电站可以建造为不同容量,能量释放时间可从几小时到几天,综合效率在70%~85%之间。抽水储能是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术,其应用领域包括削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供备用容量等[2~4]。考虑到未来海上风电等新能源大规模利用,可依托特定的地理条件,如选择三面环山的海湾作为水库坝址,围海建立大型抽水蓄能电站。
抽水蓄能是目前唯一达到GW级的储能技术,其不足之处是需要占用大量土地和水资源,但因技术成熟等优势,仍然是首选的电力储能方式。
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