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6储能设备在电力物联网领域中的作用效果分析

2024-08-25 61 上传者：管理员

摘要：储能设备作为一种能够支持能量高效转换与存储的装置，其在电力物联网领域的作用日益凸显。为扩大储能设备的应用领域，针对储能设备在电力物联网领域中的作用效果进行研究综述。分析储能设备的主要类型以及技术原理，指出电化学储能设备以及机械储能储备在储能效率以及安全性方面均占据较大优势。在此基础上，分别从提高供电稳定性、优化能源利用效率以及提高电能质量三个方面，对储能设备的作用效果进行分析。

关键词：
储能设备
电力物联网
电力系统
电化学储能
释放机制
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储能设备具备多样化的能量存储与释放机制，它们能够通过物理、化学或电磁等方式对电能进行转换，并结合实际需求进行电能释放[1]。这种储能手段不仅能够有效解决可再生能源发电的间歇性和不稳定性问题，同时在电力物联网中发挥着能量调度以及优化的作用。基于储能设备的灵活性以及高效性等特点，本文针对储能设备在电力物联网领域中的作用效果展开分析。

1、储能设备概述

1.1 储能设备分类

由于电能可以被转换为动能、势能、化学能以及电磁能等其他形态，因此按照能量储存的具体方式，可以将储能设备宏观地分为四种类型，分别为机械储能设备、电化学储能设备、电磁储能设备以及热力储能设备。其中，典型的机械储能设备包括抽水蓄能设备以及飞轮储能设备等。电化学储能设备主要包括不同的化学电池，例如锂离子电池、镍氢电池等。电磁储能设备包括超级电容器和超导磁储能系统。热力储能设备包括储热水箱、热式储能系统等。

从设备的性能指标来看，电化学储能设备以及机械储能设备具有一定的发展潜力，其在储能效率以及安全性等多个方面均占据较大优势[2]。电力物联网领域中，能源需求变化频繁且多样，这要求储能设备能够支持灵活的能量转换和快速响应。而机械储能设备和电化学储能设备能够有效贴合上述使用需求，其高度的灵活性和可调性使得它们能够在不同的应用场景下，根据实际需求进行能量的储存和释放，为电力物联网的稳定运行提供有力保障。

1.2 储能设备技术原理

电化学储能技术主要依赖于电池内部的活性物质在充放电过程中的氧化还原反应，从而实现电能与化学能之间的相互转换。

当外部电源为电池充电时，正极材料接受电子，发生还原反应，同时正极材料中的活性物质被氧化，释放出离子；而负极材料则释放电子，发生氧化反应，并接纳从正极释放出的离子[3]。这些离子通过电解质在正负极之间迁移，形成闭合的电流回路。在此过程中，电能被转化为化学能，并储存在电池的正负极材料中。

机械储能技术的基本原理主要依赖于物理系统中的势能转换与储存。抽水蓄能是势能型机械储能中最常见的形式。其原理是在电力负荷低谷时，利用多余的电力将水从低处抽至高处的水库，从而把水位的势能储存起来。在电力需求高峰时，则通过放水发电，将势能转化为电能，从而实现电网负荷的有效平衡处理。这种储能技术发展较为成熟，且储能规模大，是电网调峰填谷的重要手段。动能型机械储能主要以飞轮储能为代表。飞轮储能系统利用电动机驱动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能储存起来。当需要释放能量时，飞轮减速带动发电机发电，从而将储存的机械能转换为电能。飞轮储能具有充放电速度快、效率高、寿命长等优点，特别适用于需要快速响应的供电场合。

2、电力物联网领域中储能设备的作用

物联网设备需要持续且稳定的能源供应，而储能设备正是实现这一目标的关键。储能设备可以将多余的能源储存起来，在需要时释放给物联网设备使用，从而保证了设备的正常运行。这种能力使得物联网设备能够摆脱对传统电网的依赖，提高了设备的灵活性和可靠性。

此外，储能设备还可以优化能源消耗，提高能源利用效率。通过储能设备，物联网设备可以根据能源需求进行灵活调整，避免能源的浪费。这种智能化的能源管理方式不仅有助于降低运行成本，还有助于推动可持续发展。

2.1 提高物联网供电稳定性

在电力物联网中，突发的电力故障或设备故障都可能导致供电中断。而储能设备能够在这些突发情况下迅速响应，为电力系统提供紧急电力支持，避免供电中断。此外，由于可再生能源如太阳能和风能具有间歇性和不稳定性，其直接接入电网往往会导致电力供应的波动[4]。而储能设备能够在可再生能源发电高峰时储存多余的电能，在发电低谷时释放储存的电能，从而实现对电力供应的平稳调节。这种平抑波动的功能使得电力物联网在面对可再生能源的不确定性时，能够保持供电的稳定性。

通过对储能设备的充放电策略进行调整，从而实现电力系统的动态储能调度。在可再生能源发电高峰时段，将多余的电能储存起来，并在发电低谷或电力需求高峰时段释放电能，实现电能的时空转移，提高供电稳定性。

2.2 优化能源利用效率

电力需求往往存在明显的峰谷差异，在电力高峰与低谷时段，电能存储量会出现较为极端的情况，即电能过剩或紧张。储能设备可以在低谷时段对不需要的电能进行存储，并在高峰时段释放出这些备用电能，使得电力供应与需求更加匹配。这种错峰利用不仅减少了能源的浪费，还降低了电力成本，提高了能源利用效率。在电力传输过程中，由于线路损耗和变压器损耗等原因，一部分电能会转化为热能而损失。而储能设备可以在电力传输过程中进行电能储存和释放，减少因传输距离和传输时间造成的电力损耗。

通过对储能设备的运行状态、电力系统的负荷情况、能源需求等数据进行实时采集和分析，可以制定出更加合理的能源利用方案，优化电力系统的运行方式，进一步提高能源利用率。

2.3 提升网络电能质量

受到负荷变化以及设备故障等多种因素的影响，电力物联网在运行过程中经常会出现电压波动和闪变的现象，这种运行现象往往会导致电能质量下降。储能设备通过快速响应和能量调节，可以吸收或释放电能，有效地平衡电力系统的电压，使电压维持在稳定的范围内。这不仅可以减少用户设备因电压波动而受到的损害，还能提高用户用电的安全性和可靠性。

除电压波动以及闪变现象以外，谐波污染也是导致电能质量下降的主要原因之一。谐波主要由非线性负载设备产生，在交流电路中，这种负载设备的电压将会导致正弦波电压出现变形的情况，从而产生谐波电压。这些谐波电压不仅污染电力系统，还可能对电气设备造成损害。而电池储能和超级电容器具有快速响应负荷变化和谐波信号的能力，它们可以实时检测并吸收电网中的谐波成分，从而稳定电网电压和频率，减少谐波对电网的冲击。同时，储能设备可以通过平滑电力波动，从而提供稳定的电力输出，有助于减少谐波产生的可能性，从而在根源上提高电能质量。因此将储能设备与滤波器进行结合，形成滤波治理系统，可以有效提高谐波吸收效果。滤波器能够识别并滤除电网中的谐波成分，而储能设备则可以吸收这些谐波能量，防止其对电网造成污染。

3、结论与展望

综上可以看出在电力物联网领域中，储能设备技术具有较多应用优势。它不仅能够为物联网设备提供稳定可靠的能源供应，还能够优化能源消耗、提高能源利用效率。同时，储能设备的应用创新也为物联网领域的发展带来了新的机遇和挑战。本文在对储能设备进行分类分析的基础上，对设备的作用效果进行了探讨，并得出如下结论：

(1）储能设备能够有效解决电力系统中供电中断带来的响应不及时问题，通过动态调整储能设备的充放电策略，可以有效平衡供电系统的用电峰值，从而保证供电稳定性。

(2）由于储能设备支持电能的适时调节与存储，因此相较于常规的储能方式，储能设备对于能量的高效转换和释放过程有助于减少能源在转换和储存过程中的损失，从而提高能源利用率。

(3）储能设备在能量缓冲与稳定输出方面能够有效减少电压波动以及闪变，同时将储能设备与滤波技术进行结合也能够消除谐波污染，从而提高电能质量。

(4）未来储能设备技术的发展应以提高能量密度、降低制造成本作为主要方向，通过将云计算或人工智能等技术与储能设备的调度进行结合，从而实现储能设备与电力系统的协同优化。

参考文献:

[1]王月平.分布式光伏发电系统中的电池储能技术优化分析[J].集成电路应用, 2023, 40(10):400-401.

[2]彭潇,梁文韬,谭海波.分布式储能技术的现状及发展趋势[J].大众用电, 2023, 38(6):5-6.

[3]马啸远,孟中强,姚天亮,等.分布式能源储能技术及关键技术研究[J].自动化与仪表, 2022, 37(5):94-98.

[4]张浩斌,朱娟娟,周本,等.分布式储能在配网中的应用综述[J].电工技术, 2023(11):11-13

基金资助:内蒙古电力(集团)有限责任公司2022年重点研究计划基金(2022-15);