火力发电厂中大容量储能技术的应用研究

火力发电厂中大容量储能技术的应用研究

李风达

大唐山东电力检修运营有限公司

摘要：改革后，在社会发展下，我国科技技术水平不断进步。如今，我国的电力生产技术和生产模式都在不断更新，随着城市化的建设不断深化，国家对电力能源的建设要求也越来越高。大容量储能技术在火力发电厂中应用较为具体。本文探讨了大容量储能技术在火力发电厂中的运用情况，从机组快速切符合和黑启动、减少机组等几个方面展开探讨，总结了电力储能技术发展所面临的问题和机遇。

关键词：火力发电厂；大容量储能技术；应用研究

引言

自动发电控制又称二次调频，作为并网发电厂辅助服务项目之一，主要是指各类调频资源通过自动发电控制功能按照一定调节速率实时调整发电出力，跟踪电力调度指令，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求，解决短时间内，区域电网随机特性的功率不平衡问题。目前，我国的调频电源主要为火电机组，但是火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节偏差和调节反向等现象。火电机组频繁变换功率运行，会加重机组设备疲劳和磨损，影响机组的运行寿命。

1分析我国电力储能技术的发展情况

1.1抽水储能技术

抽搐储能系统包含上游和下游两个水库形式，这种操作运用到了上下游的水势特点。其中负荷低谷时需要调整电动机的状态，及时将下游的水抽到上游水库，当出现负荷高峰期的时候，就可以将设备调整为发电状态，同时将上游水库的水进行蓄能发电。针对需要的用电量不同，可以选择不同的型号和蓄水量。能量释放的时间多为几天到几个小时，整体的操作效率在70%～80%。抽水蓄能也是当前发电场中最常见的一种，其使用技术还包括削峰填谷等。然而，抽水蓄能的技术性强、效率高，是目前唯一能够达到GW级的储能技术，其存在缺点是需要耗用大量的资源，如土地资源、空间资源、水资源。

1.2蓄电池储能技术

蓄电池储能是一种传统的存储方式，经过多年的发展和摸索，已经形成了各种不同的存储方式，并被广泛地应用于各个行业。随着蓄电池储能技术的不断发展，蓄电池的储存能力逐步提高，其使用价值也得到了极大地提高。首先，是一种铅酸蓄电池。由于其可靠性高、制造成本低、环境要求低，因此在风力发电领域应用比较普遍。铅酸蓄电池在环境保护和资源化利用上有一定的局限性，一旦使用年限过了，就会失去作用，而且在降解过程中，铅酸蓄电池也不能进行无害化处理，如果处理不好，就会对环境造成污染，违背了新时代的生态环保理念。其次，是一种镍氢电池。这种类型的蓄电池是２００８年在北京首次投入使用的，使用过程中，发现其能源转换状况与周边环境密切相关，受到了较大的环境影响。如果电流很低，那么放电时的能量密度就会达到８０ｋＷｈ／ｋｇ，而如果电流很大，则会降低到４０ｋＷｈ／ｋｇ。同时，是一种新型的金属离子蓄电池。这种类型的蓄电池也受到了很大的环境影响，制造工艺也比较复杂，因此不适合于风力发电机组。最后，采用全钒液流式蓄电池。在电解质溶液中，水银会发生化学反应，使其发生氧化、还原，从而实现蓄电池的充电和放电。在钒液流蓄电池的实际使用中，由于其高效低成本的特性，已经引起行业的广泛重视，并在实践中取得了一些成果。

1.3氢燃料储能

氢燃料的储存主要依靠电化学设备，将燃料中的氧化剂和化学能转换成电能，并在“双碳”的发展战略和可持续发展的指导下，将其逐步推广到风力发电领域。氢燃料的储存能力是没有上限的，根据电解质的不同，可以分为直接甲醇燃料储能装置、质子交换膜燃料储能装置、碱性燃料储能装置。在风力发电场中，最常用的是膜燃料的质子交换膜燃料。在质子交换膜燃料储能设备的操作中，燃料和氧通过双击板的气道进入两极，通过膜电极位置的扩散区，再进入催化层，在膜阳极催化剂的作用下，氢被分解为水、质子和电子，水和质子通过质子交换膜进入阴极，电子通过外电通路进入阴极，最终与氧分子发生反应，在一系列的化学反应中，进行储能和充电，并在压缩、液化和金属化的储能模式下，达到了长时间的储能。目前，氢气储存技术已逐步深入，技术难题逐步得到解决，而且有关元件的成本也在不断下降，使得氢燃料储存技术有了较大的发展空间。

2分析电池储能技术在发电厂中的具体应用情况

2.1削峰填谷，调节机组的深度作用

某案例表示，某地区夏季时一天的负荷峰谷差约在3000万千瓦左右，这可能导致省内的火电机组深度调峰。而某发电厂6000MW机组日负荷曲线也出现了时间和符合的差异，例如，白天电力负荷较大，几乎为满负荷运行；夜间最低负荷低于200MW，低负荷时候需要投油稳燃。为了应对这一问题。技术人员多在机组的变低压侧电池储能系统来削峰填谷，有效缓解调峰压力，实现稳定调节作用；从原理来看，储能电站在高峰时放电能够提升对外供电效果；而在低谷时充电能够协调机组的作用效果。在减少机组投油时增加技术的快速变负荷能力可以提升机组的运行、调节灵活性，整体的操作安全性和经济性较高。

2.2新型抽水压缩空气储能

西安交通大学提出了新型抽水压缩空气储能（PHCA），PHCA集成了抽水蓄能（PHS）和压缩空气储能（CAES）的特点。与PHS相比，PHCA不需要建造大型水坝；与CAES相比，PHCA利用效率较高的水泵替代传统压缩机储能，利用效率较高的水轮机替代传统气体透平释能，且运行过程中趋于等温压缩和等温膨胀。储能开始前，由压缩机或高压气瓶向水气共容腔体充气至某预定压力；储能时，高压水泵克服水气共容腔体内外压差，向共容腔注水，使水位升高从而对储能容器内高压气体压缩做功，实现抽水储能；发电时高压气体借助水推动水轮发电机组发电。PHCA具有寿命长、无须加热、具备转动惯量等优点，但储能空间的选取可能会受到限制，且其能量效率和技术成熟度较低。

2.3增强火电机组的黑启动功能

考虑到电力系统容易诱发大范围的停电问题，此外，或因为自然灾害等影响导致整体电力系统发生崩溃。面对该问题，各个单位需要针对发电机的情况做好用电研究和分析，控制运转情况，及时停止运行。建议等待电网出线或者是备用电源恢复后及时重新启动机组。但是，从运行来看，机组自身是不具备启动能力的。发电厂黑启动优先级工作可以恢复水电机组的运行效果，后期可以通过恢复水电机组并网等来提升电网运行效果。一些单位可以通过电网恢复厂用电后重新启动。这一切都给予水电机组可以在厂用电功能消失的情况下实现自启动。操作时，若主变低压侧接有大容量电池储能技术可以避免电网发生故障后机组停运，厂用电可以利用电池储能技术迅速恢复，维持用电稳定性，同时减少机组超负荷运行。也有研究表示是在极端的用电情况下，也能够迅速恢复机组的自动启动功能，而且在短时间内电网系统无法自动恢复用电，机组还能够利用电网充电来带动发电机充电。

结语

总之，能源企业是我国电力发展的主要组织，为了保障人们的生活，必须加强对风力发电设备的研究，并在适当的情况下，利用最先进的能量储存技术，为人们提供稳定的电力能源。当然，通过上述分析，可以看到，由于我国目前的储能技术是多种多样的，所以在采用这种技术时，必须根据自己的实际情况选择合适的存储技术，才能保证企业的长期发展。

参考文献

[1]刘吉臻.大规模新能源电力安全高效利用基础问题[J].中国电机工程学报,2013,33(16):1-8+25.

[2]赵桂廷,王波,公维炜,丛雨,薛志凌.储能技术在蒙西电网的应用前景分析[J].内蒙古电力技术,2013,31(05):6-10.