試論儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

試論儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

Summary：儲(chǔ)能技術(shù)是能源系統(tǒng)中靈活的能源分配、新能源消耗和高質(zhì)量供電的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文主要探究了儲(chǔ)能技術(shù)的方式及其在電氣工程中的應(yīng)用。Keys：儲(chǔ)能技術(shù)；電氣工程；應(yīng)用引言：在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展過程中電能發(fā)揮著重要的作用，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，逐漸調(diào)整了電能生產(chǎn)領(lǐng)域的項(xiàng)目。電力企業(yè)要想滿足人們的電力需求，需要進(jìn)步優(yōu)化電能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在各種問題，因此降低了電能供應(yīng)質(zhì)量，而利用儲(chǔ)能技術(shù)有利于顯著提高電力生產(chǎn)的靈活性，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。一、儲(chǔ)能技術(shù)的概念當(dāng)下，針對(duì)能源的存儲(chǔ)方式主要有三種，分別是電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能以及電磁儲(chǔ)能。而儲(chǔ)能技術(shù)則被分成了物理儲(chǔ)能技術(shù)、電磁儲(chǔ)能技術(shù)以及化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。其中，機(jī)械儲(chǔ)能涵蓋存壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能等，當(dāng)前世界范圍內(nèi)最為成熟的能源儲(chǔ)存方式便是抽水儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能涵蓋有：電容儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等；電化學(xué)儲(chǔ)能涵蓋有：液流電池、鈉硫電池、鏗離子電池、鉛酸電池等，其中液流電池?fù)碛芯薮蟮哪茉磧?chǔ)存潛力，但世界范圍內(nèi)大多仍采用鉛酸電池。根據(jù)各種儲(chǔ)能的方式特征，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能適合在需要進(jìn)行短時(shí)問大脈沖功率的環(huán)境下進(jìn)行使用；而抽水儲(chǔ)能、電化學(xué)電池儲(chǔ)能以及空氣壓縮儲(chǔ)能適宜在大中型應(yīng)急電源設(shè)備、電力系統(tǒng)峰值調(diào)整、可再生能源等具備較大容量和較大規(guī)模的環(huán)境下進(jìn)行使用。二、儲(chǔ)能技術(shù)方式1、抽水儲(chǔ)能技術(shù)此技術(shù)目前應(yīng)用中成熟度高、規(guī)模大的儲(chǔ)能方式，必要的條件是在上游和下游的位置建設(shè)兩個(gè)水庫(kù)。負(fù)荷低的情況下，抽水儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行以電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，將下游的水抽取到上游的水庫(kù)進(jìn)行保存，在負(fù)荷高峰的時(shí)間則可以通過發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將上游中存儲(chǔ)的水用于發(fā)電，其能量的轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到70%到75%。此方式在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用也存在一定的限制，包括：建設(shè)需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)地址的選擇要求比較多，響應(yīng)的速度比較慢，電網(wǎng)運(yùn)輸路線的維護(hù)存在難度，電力運(yùn)輸中存在較大的能源消耗情況。此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：技術(shù)相對(duì)成熟，可保持穩(wěn)定的運(yùn)行，具有比較高的安全性，存儲(chǔ)量比較大。2、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其內(nèi)含旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊及軸承。在一定程度上，軸承以磁懸浮為主要技術(shù)手段，能夠促使旋轉(zhuǎn)摩擦所產(chǎn)生能耗降低，增加儲(chǔ)能效率，確保設(shè)備使用年限得以延長(zhǎng)。因受外部因素所影響，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)一步推廣運(yùn)用會(huì)受到一定限制。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其處于真空環(huán)境下才可達(dá)到更高儲(chǔ)能效率，實(shí)際生活當(dāng)中則無法實(shí)現(xiàn)完全真空。真空環(huán)境當(dāng)中，風(fēng)不會(huì)對(duì)于飛輪產(chǎn)生阻力，而旋轉(zhuǎn)模塊和發(fā)電機(jī)組連接后，借助電子遙控裝置可有效把控飛輪實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度，儲(chǔ)備電力資源即可實(shí)現(xiàn)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)操及其維護(hù)極具便捷性，成本較低，且具備著一定環(huán)保優(yōu)勢(shì)。3、蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)，是被廣泛運(yùn)用于電氣工程相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中的一種儲(chǔ)能技術(shù)手段。蓄電池儲(chǔ)能，是可應(yīng)用于儲(chǔ)蓄太陽(yáng)能、風(fēng)能及等可再生能源的一種化學(xué)儲(chǔ)能方式，所具備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)集中表現(xiàn)為：較高溫度條件下可維持正常的運(yùn)行狀態(tài)，有著較為廣泛的溫度適應(yīng)范圍；優(yōu)良低溫性，較低溫度環(huán)境仍可正常使用；優(yōu)良一致性，電氣工程當(dāng)中電路串聯(lián)及并聯(lián)情況下均可維持一致性的運(yùn)行狀態(tài)；較好充電效果，穩(wěn)定性較差充電環(huán)境當(dāng)中仍可保證穩(wěn)定良好的充電效果；針對(duì)廣大電氣單位，通過引入蓄電池儲(chǔ)能，投資及維修養(yǎng)護(hù)成本均得以節(jié)約，設(shè)備使用壽命得以延長(zhǎng)。4、空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，此儲(chǔ)能方式，可以在電網(wǎng)處于低負(fù)荷的情況下，利用充足的電能運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，在過期油氣井、報(bào)廢礦井等位置將空氣進(jìn)行高壓密封。電網(wǎng)應(yīng)用高峰期下，需要將壓縮的空氣進(jìn)行釋放后，推動(dòng)燃?xì)廨喌陌l(fā)電。此技術(shù)通常應(yīng)用到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中?；谳敵鼍€條電力下，對(duì)比于傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)，該技術(shù)主要應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)，資源消耗明顯降低，同時(shí)此技術(shù)的應(yīng)用還可以將空氣壓縮一定時(shí)間，之后根據(jù)具體的需要，進(jìn)行燃?xì)夂湍芰枯敵?。此技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于：響應(yīng)速度快、使用時(shí)間長(zhǎng)、高效性強(qiáng)、能源轉(zhuǎn)化率高等，因而在實(shí)際的應(yīng)用中存在較大的使用空間和發(fā)展?jié)摿?。此技術(shù)的使用也存在限制，因此目前應(yīng)用在采礦中比較多。5、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)，其主要借助超導(dǎo)類材料制作而成線圈，通過電網(wǎng)變流裝置供電勵(lì)磁，促使線圈當(dāng)中有磁場(chǎng)產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存，處于用電高峰時(shí)段，該能量能夠經(jīng)逆變裝置被送至電網(wǎng)內(nèi)部，還可用作其他用途。在一定程度上，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，且反應(yīng)速度快，故可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)峰值的有效調(diào)節(jié)，且對(duì)電網(wǎng)電壓及其頻率特性可起到良好改善作用，能夠調(diào)節(jié)無功及有功功率各項(xiàng)因素，對(duì)系統(tǒng)總體穩(wěn)定性起到改善作用。故超導(dǎo)磁儲(chǔ)能現(xiàn)階段被廣泛運(yùn)用至電氣工程相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中。三、儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用1、在大型互聯(lián)式電氣系統(tǒng)的應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)是改變電氣工程行業(yè)傳統(tǒng)思維方式的重要手段，對(duì)電氣工程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。儲(chǔ)能技術(shù)有效運(yùn)用至電氣工程當(dāng)中，對(duì)電氣工程系統(tǒng)中可能存在的局部穩(wěn)定性問題可起到有效抑制作用，對(duì)電能的穩(wěn)定及可控起到基礎(chǔ)保障作用。電氣工程當(dāng)中引入儲(chǔ)能技術(shù)，通過區(qū)域相互間實(shí)現(xiàn)各種不同的結(jié)合模式，電氣工程整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性層面問題便得以有效解決。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，機(jī)組相互間往往潛在著不同程度的振蕩現(xiàn)象，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定裝置需經(jīng)發(fā)電機(jī)組所附加的勵(lì)磁控制作用，才可對(duì)系統(tǒng)局部所產(chǎn)生振蕩加以抑制，對(duì)于振動(dòng)大型互聯(lián)復(fù)雜的電氣工程系統(tǒng)區(qū)域間多種模式所潛在的低頻振蕩現(xiàn)象，則往往無法達(dá)到最佳控制效果。傳統(tǒng)電氣工程系統(tǒng)當(dāng)中，所有微小擾動(dòng)均可能會(huì)致使系統(tǒng)總體的功率動(dòng)態(tài)平衡無法得以保證，以至于機(jī)組相互間發(fā)生振蕩現(xiàn)象。儲(chǔ)能裝置若有充足容量，則可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，機(jī)組相互間系統(tǒng)功率便可實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)平衡，是主動(dòng)變?yōu)榉€(wěn)電系統(tǒng)的重要思路。在一定程度上，儲(chǔ)能系統(tǒng)不是孤立的一個(gè)系統(tǒng)裝置，其會(huì)對(duì)電氣工程系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部件及其整個(gè)運(yùn)行過程產(chǎn)生影響，考慮到全局，積極引入儲(chǔ)能技術(shù)把控大型互聯(lián)的電氣工程系統(tǒng)，則電氣工程整個(gè)系統(tǒng)可維持穩(wěn)定且高效的運(yùn)行狀態(tài)。2、在在脈沖功率的應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)階段也被廣泛運(yùn)用至電氣工程的脈沖功率層面上，所發(fā)揮作用較為顯著。在一定程度上，脈沖功率綜合系統(tǒng)內(nèi)含開關(guān)、儲(chǔ)能電源、負(fù)載、波形調(diào)制、低功率的能源等，這些均屬于脈沖功率源，其需向著較高的功率密度、儲(chǔ)能密度、輸出功率、重復(fù)率等方向發(fā)展。確保儲(chǔ)能期間重量及體積能夠合理縮小，對(duì)于脈沖系統(tǒng)總體來說有著積極作用。而為了保證保存儲(chǔ)功率得到提升，需與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能期間及新型儲(chǔ)能科學(xué)技術(shù)、設(shè)備等聯(lián)合運(yùn)用，如電感、靜電、慣性等新型儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖功率整個(gè)系統(tǒng)維持良好運(yùn)行狀態(tài)。四、結(jié)束語(yǔ)綜上所述，結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀可知，抽水儲(chǔ)能技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)、空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)以及超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)均屬于儲(chǔ)能技術(shù)類型，雖均有著一定的優(yōu)勢(shì)之處，但仍需進(jìn)一步的研究，提升空間較大。為了確保電氣工程中儲(chǔ)能技術(shù)得到更好的應(yīng)用，需要積極開展儲(chǔ)能技術(shù)更深度的研究及開發(fā)利用，便于規(guī)模利用可再生類能源及構(gòu)建分布式的能源系統(tǒng)、持續(xù)優(yōu)化節(jié)能降耗及電能質(zhì)量。Reference[1]程時(shí)杰，李剛，孫海順，等.儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用與