电力系统稳定性的关键——储能系统

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：极端情况下，电力系统会变得不稳定。众所周知，现有的电力系统在电力产量和负载需求之间缺少密切的相关性。美国曾在20世纪发现，如果将6%～12%的发电容量作为能量储存系统安装，那么电网的运行将是最高效的。输入功率和释放功率的大小则与能量转换器的特性有关。换句话说，采用的储能装置和能量转换器的特性决定了能量储存的动态特性。

毫无疑问，在不久的将来，随着新能源发电逐步接入电网，电力生产必然将朝着分布式发电和可再生能源发电方向发展。分布式发电组件，诸如光伏发电和风力发电的引入虽然增强了电力系统的可靠性，保证了需求高峰时的电力供应。但无论光伏发电还是风力发电都会受到光照、风速等自然条件的影响，且在一段时间内产生的波动比较大。可以想象，当分布式发电在电力生产的占比达百分之几十以上时，由于不稳定能源的接入将使整个电网出现电力平衡问题。假设只依靠太阳能或风能来发电，那么这个问题将变得更为严重，电能的质量将会下降，电力系统的功率平衡将更为复杂。另外，风电等可再生能源的接入，由于其发电的功率容易受当地环境的影响，容易造成电压和频率波动。一旦电压和频率超出了生产设备可接受的范围，就会造成设备的损坏或产生闪变，系统间的有功和无功潮流就会增加。极端情况下，电力系统会变得不稳定。

众所周知，现有的电力系统在电力产量和负载需求之间缺少密切的相关性。由此所造成的影响与考察的时间跨度有关：从较长时间跨度，即一年的四季变化来看，变化的是电厂发出的功率和客户端的功率需求；从中等时间尺度考虑的是每小时的变化；而从短时间尺度上考虑的却是秒级或毫秒级的变化；由于现实中的电力系统没有储存容量，目前，上述问题只能依靠调节生产来解决。传统的热发电系统由于功率变化范围和速度大小已经无法满足不断增长的调节需求。因此，需采用其他措施改善甚至解决上述问题。随着科技的发展，能量存储技术给人们带来了希望。可以设想，如果电力系统不能储存能量，那么就必须采用储能装置来储存或释放一定的能量，用于平衡生产需求在一定时间段内的能源波动。美国曾在20世纪发现，如果将6%～12%的发电容量作为能量储存系统安装，那么电网的运行将是最高效的。

目前有很多储能技术可供选择。每一种都有其自身的特性，包括储存容量和储存功率的大小以及响应速度等。由于无法直接储存电能，因而需要把电能转换成其他的能量形式进行存储。在使用能量储存装置时，需要注意可储存容量、存储功率、储存期限以及能量的充放电速度及次数等。能量储存容量的大小与所采用的储能装置类型及特性有关。输入功率和释放功率的大小则与能量转换器的特性有关。换句话说，采用的储能装置和能量转换器的特性决定了能量储存的动态特性。另外，在实用上非常注重的能量存入和释放所需要的能量转换次数则主要取决于所使用的储能装置的种类。下面将简要描述一下各类储能技术及其特性与使用方法。

电力系统稳定性的关键——储能系统

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