安科瑞 陳聰

摘要：電力是現代社會(huì )*重要的能源之一，電力系統的安全、穩定和可靠運行對于保障*家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活至關(guān)重要。儲能技術(shù)在電力系統中的應用是當前電力行業(yè)中的熱門(mén)話(huà)題。隨著(zhù)全球能源需求的增長(cháng)和可再生能源的快速發(fā)展，儲能技術(shù)成為解決電力供需平衡、提高電力系統調度能力與供電可靠性的重要手段。本文主要研究?jì)δ芗夹g(shù)在電力系統中的應用。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù)；電力系統；應用

0引言

傳統電力系統的主要特點(diǎn)是供需平衡，即電力的供應和需求達到平衡，以確保系統的穩定運行。然而，新能源技術(shù)的快速發(fā)展，特別是風(fēng)能、光能等非穩定性能源的大規模接入，使得電力系統的供需平衡變得越來(lái)越困難。此外，電力系統的負荷也呈現出不斷增長(cháng)的趨勢，為了滿(mǎn)足負荷需求，電力系統需要不斷擴容升級，但高成本和對環(huán)境的影響成為了制約因素。儲能技術(shù)的出現為電力系統的發(fā)展帶來(lái)了新的希望。儲能技術(shù)可以將電能儲存起來(lái)，用于平衡電力系統的供需矛盾、應對負荷峰值和電網(wǎng)故障等問(wèn)題，提高電力系統的可靠性和經(jīng)濟性，降低系統的供電成本和排放。隨著(zhù)儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統的負荷可以更加精細地調度和管理，電網(wǎng)規?？梢愿屿`活地擴大或縮小，電網(wǎng)的穩定性和可靠性可以得到有效保障。

1儲能技術(shù)的主要類(lèi)型

1.1機械儲能技術(shù)

機械儲能技術(shù)是將能量轉化為機械形式并儲存起來(lái)的技術(shù)。常見(jiàn)的機械儲能技術(shù)有：抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。

1.1.1抽水儲能

抽水蓄能是一種常見(jiàn)的機械儲能技術(shù)，它可以將能量以勢能的形式儲存起來(lái)，當需要利用能源時(shí)，勢能被轉換成電能。抽水蓄能技術(shù)主要通過(guò)在低水位蓄水池和高水位蓄水池之間建造水泵和水輪機來(lái)實(shí)現。在低電負荷時(shí)，水泵將水從低水位蓄水池抽升到高水位蓄水池，儲存能量；在高電負荷時(shí)，水輪機將高水位蓄水池的水放下來(lái)，通過(guò)水輪機發(fā)電機將勢能轉化為電能。抽水蓄能技術(shù)具有儲能容量大、能量轉換效率高、運行周期長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，可以平衡電力系統的供需，調整電力系統負荷。

1.1.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能技術(shù)是將能量轉化為壓縮空氣并進(jìn)行儲存的技術(shù)。該技術(shù)主要通過(guò)將空氣壓縮至高壓儲存，然后在需要時(shí)釋放壓縮空氣，使其推動(dòng)渦輪機或發(fā)電機，實(shí)現能量的轉化。壓縮空氣儲能技術(shù)具有儲能規模靈活、運行周期長(cháng)、*污染等優(yōu)點(diǎn)。然而，該技術(shù)的儲能效率較低，主要是由于壓縮空氣會(huì )產(chǎn)生熱量，導致儲能損失。目前，壓縮空氣儲能技術(shù)仍在不斷發(fā)展和改進(jìn)，以提高其儲能效率和經(jīng)濟性。

1.1.3飛輪儲能

飛輪儲能是通過(guò)將能量轉化為旋轉動(dòng)能，將能量存儲在高速旋轉的輪子中。飛輪儲能技術(shù)具有功率強、響應快、能量轉換效率高等優(yōu)點(diǎn)。在儲能過(guò)程中，電能通過(guò)電動(dòng)機將輪子加速旋轉，儲存能量；在能量需求增加時(shí)，電動(dòng)機反轉，將旋轉動(dòng)能轉化為電能。飛輪儲能技術(shù)在電力系統穩定調節、瞬態(tài)功率平衡等方面具有潛力，尤其適用于高速、瞬間儲能的場(chǎng)景。然而，飛輪儲能技術(shù)的輪子需要在高速旋轉中保持平衡和穩定，對材料和工藝要求較高。

1.2電磁場(chǎng)儲能技術(shù)

電磁場(chǎng)儲能技術(shù)是將能量存儲在電磁場(chǎng)中，通過(guò)電流和磁場(chǎng)的相互作用來(lái)儲存和釋放能量的技術(shù)。主要的電磁場(chǎng)儲能技術(shù)包括超導磁體儲能系統和*級電容儲能系統。

1.2.1超導磁體儲能

超導磁體儲能系統是利用超導體線(xiàn)圈將能量以磁場(chǎng)的形式儲存起來(lái)。超導磁體線(xiàn)圈由超導材料制成，在超低溫環(huán)境下能夠產(chǎn)生強大的磁場(chǎng)。超導磁體儲能系統具有響應速度快、儲存密度高的特點(diǎn)。超導磁體儲能器件的優(yōu)點(diǎn)是具有很高的能量密度，可以快速釋放儲存的能量，有效地控制電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，進(jìn)一步保證電力系統的穩定。然而，由于超導材料和制冷系統的成本較高，超導磁體儲能系統的應用受到限制。

1.2.2*級電容儲能

*級電容儲能系統主要利用電解質(zhì)進(jìn)行充放電來(lái)實(shí)現能量的儲存。*級電容器具有使用壽命長(cháng)、響應速度快等特點(diǎn)。在*級電容儲能系統中，能量主要通過(guò)電解質(zhì)儲存，電解液通常由特殊材料制成。*級電容器在實(shí)際應用中的能量密度較低，且電容器的電壓水平不太高，因此其應用受到一定的限制。但是對于需要短時(shí)間內釋放大功率的場(chǎng)景，*級電容器具有很強的優(yōu)勢。此外，*級電容器還具有很長(cháng)的使用壽命和良好的環(huán)境適應性。

1.3電化學(xué)儲能技術(shù)

電化學(xué)儲能技術(shù)是將能量通過(guò)化學(xué)反應轉化為電能，并在電化學(xué)設備中進(jìn)行儲存。常見(jiàn)的電化學(xué)儲能技術(shù)有：鋰離子電池、鉛酸電池和燃料電池等。

1.3.1鋰離子電池

鋰離子電池是目前*常見(jiàn)的電化學(xué)儲能技術(shù)之一。鋰離子電池利用鋰離子在正負*間的遷移來(lái)進(jìn)行充放電反應，將化學(xué)能轉化為電能。鋰離子電池具有高能量密度、長(cháng)壽命和低自放電率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)設備等領(lǐng)域。然而，鋰離子電池的成本較高，而且在大容量應用時(shí)，其安全性和穩定性仍然是一個(gè)挑戰。

1.3.2鉛酸電池

鉛酸電池是一種成熟的電化學(xué)儲能技術(shù)。鉛酸電池通過(guò)鉛酸溶液中的化學(xué)反應來(lái)儲存和釋放能量。鉛酸電池具有成本較低、可循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于汽車(chē)起動(dòng)、UPS電源等領(lǐng)域[1]。然而，鉛酸電池的能量密度較低，體積大，對環(huán)境有一定的污染，并且在長(cháng)期循環(huán)使用中會(huì )有蓄電能力衰減的問(wèn)題。

1.3.3燃料電池

燃料電池是一種通過(guò)化學(xué)反應將燃料和氧氣直接轉化為電能的裝置。燃料電池具有*效能量轉換和*排放的特點(diǎn)。根據不同的燃料類(lèi)型，燃料電池可以分為氫燃料電池、甲醇燃料電池等。燃料電池適用于移動(dòng)設備、電力系統備用電源等領(lǐng)域，但目前仍面臨成本高、儲氫和燃料供應等問(wèn)題。

圖1儲能技術(shù)類(lèi)型

2儲能技術(shù)在電力系統中的應用

2.1儲能技術(shù)在發(fā)電系統中的應用

2.1.1調峰能力提升

發(fā)電系統的負荷往往存在波動(dòng)，尤其是在高峰時(shí)段負荷增加明顯，這時(shí)候往往需要額外的發(fā)電機組投入運行，以滿(mǎn)足電力需求。而儲能系統可以在高峰時(shí)段釋放電能，為電力系統提供削峰填谷支持。通過(guò)儲能系統的靈活調度，可以減少發(fā)電機組的啟停次數，提高發(fā)電系統的效率和可靠性，平衡供需差異，提升發(fā)電系統的調峰能力。

2.1.2瞬時(shí)功率平衡

發(fā)電系統中存在瞬時(shí)功率波動(dòng)的情況，儲能技術(shù)可以通過(guò)快速釋放儲存的電能來(lái)平衡瞬時(shí)功率差異。比如飛輪儲能技術(shù)，具有響應速度快的特點(diǎn)，能夠在毫秒級別內完成能量轉換和輸出，以適應瞬時(shí)功率波動(dòng)的需求。當系統需要額外的電力支持時(shí)，飛輪可以在瞬間釋放旋轉動(dòng)能，提供高功率的支持，平衡電力系統的瞬時(shí)功率波動(dòng)。

2.1.3備用電源

儲能技術(shù)可以作為備用電源，提供電力系統的緊急備用能源。在發(fā)生突發(fā)事件、故障或停電時(shí)，儲能技術(shù)可以迅速釋放儲存的電能，提供持續的電力供應[2]。例如電化學(xué)儲能技術(shù)如鋰離子電池和燃料電池可以作為備用電源，為發(fā)電系統提供穩定的備用電力。

2.2儲能技術(shù)在電能運輸中的應用

2.2.1提高輸電能力

傳統的電能輸送主要依靠輸電線(xiàn)路和變電站進(jìn)行，儲能技術(shù)可以通過(guò)儲存電能，在需要時(shí)提供額外的電力支持，提高輸電系統的輸電能力。比如壓縮空氣儲能技術(shù)可以在輸電線(xiàn)路末端設置壓縮空氣儲能裝置，通過(guò)釋放壓縮空氣驅動(dòng)發(fā)電機，為輸電系統提供額外的電力。

2.2.2跨區域電能傳輸

跨區域的電能傳輸通常面臨著(zhù)輸電線(xiàn)路容量受限的問(wèn)題，而儲能技術(shù)可以在一段時(shí)間內儲存大量的電能，當跨區域的供需差異發(fā)生時(shí)，通過(guò)釋放儲存的電能來(lái)平衡電力系統的功率。當某個(gè)地區的負荷增加，而輸電線(xiàn)路容量不足時(shí)，儲能系統可以釋放電能以補充該地區的電力需求，減輕線(xiàn)路的負荷壓力。在跨區域電能傳輸過(guò)程中，由于供需不平衡或線(xiàn)路容量限制，可能會(huì )導致電力系統的頻率和電壓波動(dòng)。儲能系統就可以快速響應，通過(guò)釋放儲存的電能提供額外的功率支持，調節電力系統的頻率和電壓，從而保持電力系統的穩定運行。

2.2.3高速充放電設備

傳統的慢速充電方式需要較長(cháng)的時(shí)間才能為電動(dòng)汽車(chē)等設備充滿(mǎn)電，這在實(shí)際使用中可能不夠便捷?？焖俪潆娂夹g(shù)可以大幅縮短充電時(shí)間，使用戶(hù)能夠更方便地使用電能運輸設備。儲能技術(shù)可以提供高速充電設備，通過(guò)快速釋放儲存的電能，為電動(dòng)汽車(chē)等設備提供快速充電支持。同時(shí)，儲能技術(shù)可以提供高容量的儲存設備，如鋰離子電池，可以?xún)Υ娲罅康碾娔?，并通過(guò)適當的管理和控制策略，實(shí)現長(cháng)時(shí)間的驅動(dòng)。

2.3儲能技術(shù)在變電站系統中的應用

2.3.1平滑電能波動(dòng)

儲能技術(shù)可以平滑電能的波動(dòng)，減少電力系統的峰谷差異。比如在電力系統的配電環(huán)節中，電化學(xué)儲能系統可以根據系統的負荷需求和輸電線(xiàn)路的容量等因素，調整儲存和釋放電能的策略，平衡電力系統的供需差異，減少電能的波動(dòng)，提高電力設備的運行穩定性。

2.3.2能源管理擴展

儲能技術(shù)的應用可以將能源管理范圍擴展到較長(cháng)的時(shí)間段，如6小時(shí)以下[3]。通過(guò)電化學(xué)儲能系統的充放電控制和能量管理策略，可以實(shí)現電力系統的負荷平衡和功率調節，確保電力設備的穩定運行，減少實(shí)際的電力維護時(shí)間。

3儲能技術(shù)在電力系統中的作用與優(yōu)勢

3.1使電力得以?xún)Υ?/span>

儲能技術(shù)可以將電力轉換成其他形式，以便在需要時(shí)供應給電力系統和終端用戶(hù)。電池能夠將電能轉化為化學(xué)能并進(jìn)行儲存，*級電容器能夠將電能存儲在電場(chǎng)中，并在需要時(shí)釋放這些電荷，從而將電能轉換為其他形式，比如機械能。儲能技術(shù)提供了一種可靠的儲備能源，以便在需要時(shí)快速、可靠地提供電能。在高峰期和緊急情況下，儲能技術(shù)可以提供迅速響應，并確保電力系統的穩定，還可以*大限度地利用可再生能源，減少對傳統能源的依賴(lài)。

3.2使能源便于調控

儲能技術(shù)使能源調節變得更加容易。通過(guò)將電能存儲在儲能器中，可以在需要時(shí)快速調節能源的供應量。儲能技術(shù)可以在日間低谷期間儲存電力，在高峰期間釋放電力，從而平衡電力系統的負載。它還可以將清潔能源的產(chǎn)生與電力需求之間的差距進(jìn)行調節[4]。當風(fēng)力發(fā)電機、太陽(yáng)能電池板等清潔能源產(chǎn)生過(guò)剩電量時(shí)，儲能技術(shù)可以將剩余電量存儲到電池或*級電容器中，以便在需要時(shí)供應給電力系統和終端用戶(hù)。

3.3提高電能質(zhì)量和輸電能力

儲能技術(shù)可以提高電能質(zhì)量并增加輸電能力。由于儲能技術(shù)可以快速響應電網(wǎng)中的電壓和頻率變化，因此可以提高電能質(zhì)量。例如，在低電壓和頻率下，儲能技術(shù)可以快速響應來(lái)提高電壓和頻率，從而保持電力系統的穩定性。此外，儲能技術(shù)還可以通過(guò)儲存和釋放電力來(lái)增加輸電能力，從而緩解電力系統的瓶頸問(wèn)題，減少電網(wǎng)運營(yíng)的負擔。

3.4調節發(fā)電系統功率

儲能技術(shù)可以用于調節發(fā)電系統的功率，并向電力系統提供有序的電力輸出。通過(guò)使用儲能技術(shù)，可以將發(fā)電系統的功率調整為電力網(wǎng)的需求。這可以減少電力系統的浪費，提高電力的效能。儲能技術(shù)還可以處理電力系統中的電力與電量不匹配的情況，從而確保電力系統的穩定性。

3.5滿(mǎn)足多樣化電能需求

儲能技術(shù)可以滿(mǎn)足多樣化的電能需求。由于不同的電力用戶(hù)有不同的需求，因此需要能夠滿(mǎn)足這些不同需求的電力解決方案。通過(guò)使用儲能技術(shù)，可以為不同的電力用戶(hù)提供不同的電力解決方案，以滿(mǎn)足其不同的需求。例如，在獨立的電網(wǎng)或微網(wǎng)中，儲能技術(shù)可以提供備用電源，以便在需要時(shí)提供電力。在電力車(chē)輛中，儲能技術(shù)可以提供動(dòng)力源，以便驅動(dòng)電力車(chē)輛。

4儲能技術(shù)在電力系統中的未來(lái)發(fā)展方向

4.1智慧儲能技術(shù)

智慧儲能技術(shù)主要是指通過(guò)智能化控制、優(yōu)化和管理儲能系統，提高儲能系統的效率和性能。在電力系統中，智慧儲能技術(shù)主要的應用包括：實(shí)時(shí)調度、電網(wǎng)頻率調節、防止電壓失調、電能質(zhì)量改善等。未來(lái)，隨著(zhù)智能化和大數據技術(shù)的發(fā)展，智慧儲能技術(shù)將進(jìn)一步提高電力系統的安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性。

4.2系統集成儲能技術(shù)

系統集成儲能技術(shù)是指將多種儲能技術(shù)進(jìn)行整合，形成多儲能技術(shù)互補、協(xié)同作用的系統。系統集成儲能技術(shù)可以充分發(fā)揮各種儲能技術(shù)的長(cháng)處，從而提高儲能系統的整體性能。未來(lái)，系統集成儲能技術(shù)將成為儲能技術(shù)的主流發(fā)展方向。隨著(zhù)儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，系統集成儲能技術(shù)的應用領(lǐng)域也將不斷拓展，包括電力系統應急備用、可再生能源儲能等。

5.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統概述

5.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統，專(zhuān)門(mén)針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實(shí)現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*級應用上支持能量調度,具備計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

5.2系統結構

Acrel-2000ES，可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：5.3接入設備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對接的能力，支持多種設備接入。

5.4系統功能

5.4.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測PCS、BMS以及環(huán)境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

5.4.2設備監控

系統能夠實(shí)時(shí)監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS監控：滿(mǎn)足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實(shí)現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實(shí)現PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監測。BMS監控：滿(mǎn)足電池管理系統的參數與限值設置；實(shí)現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監測；實(shí)現電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調監控：滿(mǎn)足環(huán)境溫度的監測，可根據設置的閾值進(jìn)行空調溫度的聯(lián)動(dòng)調節，并實(shí)時(shí)監測空調的運行狀態(tài)及溫濕度數據，以曲線(xiàn)形式進(jìn)行展示。

UPS監控：滿(mǎn)足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監測。

5.4.3曲線(xiàn)報表

系統能夠對PCS充放電功率曲線(xiàn)、SOC變換曲線(xiàn)、及電壓、電流、溫度等歷史曲線(xiàn)的查詢(xún)與展示。

5.4.4策略配置

滿(mǎn)足儲能系統設備參數的配置、電價(jià)參數與時(shí)段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制等。

5.4.5實(shí)時(shí)報警

儲能能量管理系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.4.6事件查詢(xún)統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

5.4.7遙控操作

可以通過(guò)每個(gè)設備下面的紅色按鈕對PCS、風(fēng)機、除濕機、空調控制器、照明等設備進(jìn)行相應的控制，但是當設備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì )顯示無(wú)效狀態(tài)。

5.4.8用戶(hù)權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.9安科瑞配套產(chǎn)品

6結語(yǔ)

綜上所述，儲能技術(shù)在電力系統中的應用非常廣泛。未來(lái)，隨著(zhù)電力需求的不斷增加和電力系統技術(shù)的不斷進(jìn)步，儲能技術(shù)將會(huì )在電力系統中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，同時(shí)也將會(huì )得到更加廣泛、*效的應用。

參考文獻

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版.