储能技术在电力系统中的应用及发展

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摘要：电力作为现代社会关键能源，其系统的安全稳定运行对国家经济与人民生活意义重大。随着全球能源需求攀升与可再生能源蓬勃发展，储能技术成为解决电力供需平衡、提升系统调度能力与供电可靠性的关键手段。本文深入探究储能技术在电力系统中的应用，涵盖主要类型、在发电、输电、变电站系统的应用，分析其作用优势，并展望未来发展方向，包括智慧储能与系统集成储能技术，还介绍了安科瑞 Acrel - 2000ES 储能能量管理系统，展现储能技术在电力系统中的多方面重要性与广阔前景。

关键词：储能技术；电力系统；应用

0引言

传统电力系统依赖供需平衡维持稳定运行，但新能源技术崛起，风能、光能等非稳定性能源大量接入，使供需平衡愈发艰难。同时，电力负荷持续增长，扩容升级面临高成本与环境制约。在此背景下，储能技术应运而生，它能存储电能，有效平衡供需矛盾、应对负荷峰值与电网故障，增强电力系统可靠性与经济性，降低供电成本与排放，助力电力系统负荷精细调度管理、电网灵活伸缩以及稳定性提升。

1储能技术的主要类型

1.1机械储能技术

将能量转化为机械形式存储。

1.1.1抽水储能

通过在高低水位蓄水池间设置水泵与水轮机实现。低电负荷时抽水蓄能，高电负荷时放水发电。具有储能容量大、能量转换效率高、运行周期长等优点，可有效平衡电力系统供需与调节负荷。

1.1.2压缩空气储能

把能量转化为压缩空气储存，释放时推动涡轮机或发电机。其储能规模灵活、运行周期长且无污染，但储能效率较低，当前正不断改进提升。

1.1.3飞轮储能

把能量转化为旋转动能存储于高速旋转轮子。功率强、响应快、能量转换效率高，在电力系统稳定调节与瞬态功率平衡方面潜力大，适用于高速瞬间储能场景，不过对材料和工艺要求较高。

1.2电磁场储能技术

能量存储于电磁场，借助电流与磁场相互作用存取。

1.2.1超导磁体储能

利用超导材料制成的线圈在超低温环境下产生强大磁场储存能量。响应速度快、储存密度高，能快速释放能量控制电网电压波动，保障电力系统稳定，但因超导材料与制冷系统成本高应用受限。

1.2.2超级电容储能

依靠电解质充放电储存能量。使用寿命长、响应速度快，能量主要通过特殊材料制成的电解液储存。虽能量密度低、电压水平不高，但在短时间大功率释放场景优势明显，且环境适应性良好。

1.3电化学储能技术

通过化学反应转化电能并在电化学设备中存储。

1.3.1锂离子电池

利用锂离子在正负极间迁移充放电，将化学能转为电能。具有高能量密度、长寿命和低自放电率等优点，广泛应用于电动汽车与移动设备等领域，不过大容量应用时安全性与稳定性面临挑战且成本较高。

1.3.2铅酸电池

通过铅酸溶液化学反应储存释放能量。成本低、可循环使用，常用于汽车起动与 UPS 电源等，但能量密度低、体积大、有污染且长期循环使用蓄电能力会衰减。

1.3.3燃料电池

将燃料与氧气直接化学反应转化为电能，具有高效能量转换与零排放特点，分为氢燃料电池、甲醇燃料电池等，适用于移动设备与电力系统备用电源等领域，目前仍受成本高、储氢与燃料供应等问题困扰。

图1储能技术类型

2储能技术在电力系统中的应用

2.1储能技术在发电系统中的应用

2.1.1调峰能力提升

发电系统负荷波动大，高峰时需额外机组运行。储能系统可在高峰释放电能削峰填谷，减少机组启停次数，提升发电系统效率与可靠性，平衡供需差异。

2.1.2瞬时功率平衡

发电系统存在瞬时功率波动。如飞轮储能响应速度快，毫秒级完成能量转换输出，能在系统需额外电力时瞬间释放旋转动能，平衡瞬时功率波动。

2.1.3备用电源

储能技术可作备用电源。在突发事件、故障或停电时迅速释放电能提供持续电力供应，锂离子电池与燃料电池等电化学储能技术常承担此任务。

2.2储能技术在电能运输中的应用

2.2.1提高输电能力

传统输电靠线路与变电站，储能技术可在输电线路末端设装置储存电能，在需要时提供额外电力支持，如压缩空气储能技术释放压缩空气驱动发电机提升输电能力。

2.2.2跨区域电能传输

跨区域输电受线路容量限制。储能技术可储存大量电能，当区域供需差异出现时释放电能平衡功率，还能调节因供需不平衡或线路容量限制导致的电力系统频率与电压波动，保障稳定运行。

2.2.3高速充放电设备

传统慢速充电不便，储能技术可提供高速充电设备，快速释放电能为电动汽车等设备充电，锂离子电池等大容量储能设备还能实现长时间驱动并通过管理策略优化。

2.3储能技术在变电站系统中的应用

2.3.1平滑电能波动

电化学储能系统可依系统负荷需求与输电线路容量等因素，调整电能储存释放策略，减少峰谷差异，平滑电能波动，提高电力设备运行稳定性。

2.3.2能源管理扩展

储能技术应用可将能源管理范围扩至 6 小时以下。通过电化学储能系统的充放电控制与能量管理策略，实现电力系统负荷平衡与功率调节，减少电力维护时间，确保设备稳定运行。

3储能技术在电力系统中的作用与优势

3.1使电力得以储存

储能技术可转换电力形式存储，如电池将电能转化为化学能，超级电容器存储于电场并按需释放转化为机械能等。它提供可靠储备能源，在高峰期与紧急情况迅速响应，保障电力系统稳定，还能充分利用可再生能源，降低传统能源依赖。

3.2使能源便于调控

储能技术让能源调节更便捷。低谷时储存电力，高峰时释放，平衡电力系统负载，也可调节清洁能源发电与电力需求差距，将过剩电量存储于电池或超级电容器，按需供应给系统与终端用户。

3.3提高电能质量和输电能力

能快速响应电网电压与频率变化，提升电能质量。在低电压与频率下迅速动作提高电压与频率，维持系统稳定性。还可储存释放电力增加输电能力，缓解电力系统瓶颈，减轻电网运营负担。

3.4调节发电系统功率

用于调节发电系统功率，使输出匹配电网需求，减少电力浪费，提升效能，处理电力与电量不匹配情况，保障电力系统稳定。

3.5满足多样化电能需求

不同电力用户需求各异，储能技术可提供多种解决方案。在独立电网或微网作备用电源，在电力车辆中提供动力源等。

4储能技术在电力系统中的未来发展方向

4.1智慧储能技术

借助智能化控制、优化与管理提升储能系统效率与性能。在电力系统中应用于实时调度、电网频率调节、防止电压失调、改善电能质量等。随着智能化与大数据技术发展，将进一步增强电力系统安全性、经济性与环保性。

4.2系统集成储能技术

整合多种储能技术，形成互补协同系统。充分发挥各储能技术长处，提升整体性能，将成为储能技术主流发展方向，应用领域也将不断拓展至电力系统应急备用、可再生能源储能等。

5.安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统概述

5.1概述

专为工商业储能柜、储能集装箱研发，功能完善，涵盖储能系统设备（PCS、BMS、电表、消防、空调等）详细信息，具备数据采集、处理、存储、查询分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能，在高级应用层面支持能量调度，有计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

5.2系统结构

Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。系统结构如下：

5.3接入设备

Acrel-2000ES，具备多种接口，多种协议对接的能力，支持多种设备接入。

序号	设备类型	数量	设备接入	备注
1	PCS	1	LAN口/RS485	必装
2	BMS	1	RS485	必装
3	表计(储能/防逆流/负荷)	1	RS485	必装
4	冷却主机	1	RS485	必装
5	消防主机	1	RS485	必装
6	温湿度传感器	1	RS485	必装
7	烟雾传感器	1	干接点	必装
8	消防设备	1	干接点	必装
9	水浸传感器	1	干接点	选装
10	除湿机	1	RS485	选装
11	门禁	1	RS485	选装
12	视频	1	RJ45	选装

5.4系统功能

5.4.1实时监测

人机界面友好，显示储能柜运行状态，实时监测 PCS、BMS 与环境参数（电参量、温度、湿度等），展示故障、告警、收益等信息。

5.4.2设备监控

系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。

PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。

BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、

电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。

5.4.3曲线报表

系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

5.4.4策略配置

满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

5.4.5实时报警

对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件告警。

5.4.6事件查询统计

存储管理遥信变位、温湿度与电压越限等事件记录，方便历史追溯、查询统计与事故分析。

5.4.7遥控操作

可控制 PCS、风机等设备，但设备未通信时控制按钮无效。

5.4.8用户权限管理

设置用户权限，防止未经授权操作，保障系统安全稳定运行，可定义不同级别用户登录名、密码与操作权限。

5.4.9安科瑞配套产品

序号	设备	型号	图片	说明
1	储能能量管理系统	Acrel-2000ES		实现储能设备的数据采集与监控，统计分析、异常告警、优化控制、数据转发等； 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等。
2	触摸屏电脑	PPX-133L		1)承接系统软件 2)可视化展示:显示系统运行信息
3	交流计量表计	DTSD1352		集成电力参量及电能计量及考核管理，提供各类电能数据统计。具有谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。带有RS485通信接口，可选用MODBUS-RTU或DL/T645协议。
4	直流计量表计	DJSF1352		表可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等;具有红外通讯接口和RS-485通讯接口，同时支持Modbus-RTU协议和DLT645协议;可带继电器报警输出和开关量输入功能。
5	温度在线监测装置	ARTM-8		适用于多路温度的测量和控制，支持测量8通道温度;每一通道温度测量对应2段报警，继电器输出可以任意设置报警方向及报警值。
6	通讯管理机	ANet-2E8S1		能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总；提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能；实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据。
7	串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统”的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现)；2)上传配电柜各个空开信号；3)上传UPS内部电量信息等；4)接入电表、BSMU等设备
8	遥信模块	ARTU-KJ8		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器；2)读消防1/0信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)；3)采集水浸传感器信息，并转发给到上层(水浸信号事件上报)；4)读取门禁程传感器信息，并转发给到上层(门禁事件上报)。

6结语

储能技术在电力系统应用广泛，随着电力需求增长与技术进步，其重要性将愈发凸显，应用也将更广泛高效，在推动电力系统发展变革中扮演关键角色，未来有望为电力领域带来更多创新与突破，助力构建更智能、可靠、可持续的电力供应体系。

参考文献

[1]王瑞.储能技术在电力系统中的应用现状与前景初探[J].

[2]吴家虎.分析储能技术在电力系统智能微网中的应用[J]

[3]张恒,张宇,张庆丰.储能技术在电力系统中的应用.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

审核编辑 黄宇