能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用研究

馬守達(dá)，楊錦成,2，崔承剛，盛晏

（1．上海電力學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，上海市 楊浦區(qū) 200093；2．新奧數(shù)能科技有限公司，上海市 楊浦區(qū) 200093）

0 引言

21世紀(jì)以來(lái)，高速發(fā)展的工業(yè)以及社會(huì)使中國(guó)面臨著能源危機(jī)和環(huán)境污染雙重挑戰(zhàn)[1]，發(fā)展以可再生、分布式、聯(lián)起來(lái)、開(kāi)放式、融進(jìn)去為特征的能源互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要[2]。各機(jī)構(gòu)、企業(yè)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)提出了不同的理解方式，美國(guó)、德國(guó)、歐盟和日本分別開(kāi)展了FREEDM項(xiàng)目、E-Energy計(jì)劃、FINSENY項(xiàng)目等以加快能源轉(zhuǎn)型[3-4]；國(guó)內(nèi)以智能電網(wǎng)為代表，發(fā)展分布式能源、多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)、能源物聯(lián)網(wǎng)、用戶側(cè)服務(wù)等，在實(shí)現(xiàn)“能源互聯(lián)網(wǎng)”美好愿景的道路上快速前進(jìn)。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)需要很多關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)支撐。文獻(xiàn)[5-6]按不同分類對(duì)比分析了各種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展情況及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[7-9]從儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展情況出發(fā)，提出可能實(shí)現(xiàn)的儲(chǔ)能商業(yè)模式并搭建數(shù)學(xué)模型予以驗(yàn)證。文獻(xiàn)[10]從發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)及配電側(cè)分別分析了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能及應(yīng)用情景，并指出電池儲(chǔ)能電站在新能源并網(wǎng)和電網(wǎng)安全控制等領(lǐng)域的重要作用。文獻(xiàn)[11]從能源互聯(lián)網(wǎng)下各種能量需求的特點(diǎn)出發(fā)，如風(fēng)、光等新能源并網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等，指出儲(chǔ)能協(xié)調(diào)的必要性，并提出協(xié)調(diào)原則和實(shí)施步驟。文獻(xiàn)[12]對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的 4種調(diào)度算法(動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、基于場(chǎng)景的隨機(jī)規(guī)劃法、魯棒優(yōu)化算法和啟發(fā)式算法)進(jìn)行介紹和分析，提出對(duì)于儲(chǔ)能的優(yōu)化調(diào)度是充分發(fā)揮儲(chǔ)能作用的基礎(chǔ)，并督促技術(shù)、政策和規(guī)劃手段要與時(shí)俱進(jìn)。文獻(xiàn)[13-14]對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行研究，建立了儲(chǔ)能成本及其可靠性收益模型，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的影響收益比。

本文將從能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求出發(fā)，總結(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能及儲(chǔ)能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用方式，并建立三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)中需要儲(chǔ)能參與實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)大型能源互聯(lián)系統(tǒng)，儲(chǔ)能作為重要基礎(chǔ)支撐，至少需要參與實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能：

1）維持系統(tǒng)能量平衡。

隨著各類型能源網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展，能量的供應(yīng)不平衡問(wèn)題日益凸顯，尤其在當(dāng)前各能源網(wǎng)絡(luò)普遍存在用能峰谷問(wèn)題時(shí)，供能不平衡帶來(lái)的不便和隱患被進(jìn)一步放大。儲(chǔ)能可在某單一系統(tǒng)內(nèi)最大限度維持能量供應(yīng)平衡，也可在不同能源系統(tǒng)間維持能量的相對(duì)平衡。

2）實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)的耦合與協(xié)同。

能源互聯(lián)網(wǎng)涉及各種類型能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。電網(wǎng)、氣網(wǎng)、冷熱網(wǎng)等不同的能源形式要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)必須有中間環(huán)節(jié)作為緩沖和能量解調(diào)。解調(diào)的方式也不盡相同，如將天然氣轉(zhuǎn)換為電能、冷熱能，將電能轉(zhuǎn)換為冷熱能、氫氣等。無(wú)論轉(zhuǎn)換成何種形式，轉(zhuǎn)換之后的能量存儲(chǔ)都不可或缺。儲(chǔ)能之后，原地或運(yùn)輸?shù)侥衬茉淳W(wǎng)絡(luò)入口處按相應(yīng)控制策略對(duì)外釋能，實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)的耦合，合理有效的控制策略可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作[15]。

3）最大限度利用可再生能源。

以太陽(yáng)能和風(fēng)能為代表的新能源發(fā)電存在波動(dòng)性、不可預(yù)測(cè)性等缺點(diǎn)，若大量、直接并網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)巨大危害，引進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)作為并網(wǎng)緩沖環(huán)節(jié)能夠有效降低新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的危害性，減少“棄風(fēng)棄光”等資源浪費(fèi)情況的發(fā)生[16-17]。

4）保障能源供應(yīng)的品質(zhì)和連續(xù)性。

能源系統(tǒng)中，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)存在間歇性能源和負(fù)荷，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)能量波動(dòng)時(shí)及時(shí)地進(jìn)行有功或無(wú)功的補(bǔ)償，保障能量平穩(wěn)供應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，保障能量供應(yīng)連續(xù)性。

5）改變能源供應(yīng)及消費(fèi)模式。

儲(chǔ)能既可以實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)的耦合，也可以實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)和消費(fèi)在時(shí)間和空間上的解耦。儲(chǔ)能技術(shù)水平的不斷提升，催化出新的用能模式，如電動(dòng)汽車(chē)，家用分布式儲(chǔ)能裝置等，有助于推動(dòng)能源消費(fèi)市場(chǎng)的變革，加速能源行業(yè)的進(jìn)步。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本要求

儲(chǔ)能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中想要發(fā)揮理想中的作用，必須滿足以下一些要求。

1）與系統(tǒng)匹配的儲(chǔ)能規(guī)模。

若將能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能設(shè)備看作一個(gè)整體，要實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中各能源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及不同能源網(wǎng)絡(luò)間的能量調(diào)控，則必須配備足夠的儲(chǔ)能規(guī)模和調(diào)控功率，才能有效保證供能的平衡性和穩(wěn)定性。

2）滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的不同配置要求。

能源互聯(lián)網(wǎng)中能源應(yīng)用情景多種多樣，不同應(yīng)用情景對(duì)于是否需要儲(chǔ)能系統(tǒng)，需要什么類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)都不盡相同。當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)處于平穩(wěn)發(fā)展階段，儲(chǔ)能效果(容量要求、功率要求)在穩(wěn)步提升，儲(chǔ)能成本在逐步下降。主要儲(chǔ)能技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表 1[18-22]所示。儲(chǔ)能技術(shù)既包含適用于電網(wǎng)調(diào)頻或快速響應(yīng)的大功率儲(chǔ)能技術(shù)，也包含適用于電網(wǎng)調(diào)峰的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，還包含適用于分布式儲(chǔ)能的技術(shù)。若將多種儲(chǔ)能技術(shù)合理組合，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備快速功率響應(yīng)能力、大功率交換能力及大容量存儲(chǔ)能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)絡(luò)之間的能量調(diào)控提供技術(shù)保障。

3）經(jīng)濟(jì)可行。

能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的容量需求巨大，但成本偏高及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景受限是目前大規(guī)模推廣儲(chǔ)能技術(shù)的主要障礙。在致力于降低儲(chǔ)能成本的同時(shí)，需從技術(shù)層面提高儲(chǔ)能兼容性、從政策層面鼓勵(lì)儲(chǔ)能應(yīng)用。在無(wú)法降低儲(chǔ)能成本時(shí)，應(yīng)盡量降低高成本儲(chǔ)能需求，以安全可行為原則采用技術(shù)較為成熟、應(yīng)用場(chǎng)景適宜的儲(chǔ)能系統(tǒng)，并采取合適的控制策略及商業(yè)模式逐步體現(xiàn)儲(chǔ)能的價(jià)值。

表1 不同儲(chǔ)能技術(shù)的參數(shù)對(duì)比Tab. 1 Comparison of parameters of different energy storage technologies

2 能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能的主要功能

儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，即發(fā)電側(cè)(能源源頭側(cè))、系統(tǒng)側(cè)(能源傳輸側(cè))、用戶側(cè)(能源消費(fèi)側(cè))，都發(fā)揮著重要作用。

2.1 發(fā)電側(cè)

1）最大限度利用可再生能源。

儲(chǔ)能技術(shù)與可再生能源結(jié)合，其作用主要體現(xiàn)在：①提高可再生能源接入比例；②緩解“棄風(fēng)棄光”等現(xiàn)象；③提高經(jīng)濟(jì)效益。

由于可再生能源往往伴隨著波動(dòng)性和不可預(yù)測(cè)性等對(duì)能源系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響的現(xiàn)象，若大量接入能源系統(tǒng)則降低系統(tǒng)的整體安全性，局部電力網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生電壓失控等嚴(yán)重事故[23]。而儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速提供功率響應(yīng)，及時(shí)做出功率補(bǔ)償，使得可再生能源發(fā)電變得相對(duì)可控，大幅提升能源系統(tǒng)對(duì)可再生能源的接納能力，也即能夠有效緩解當(dāng)前“棄風(fēng)棄光”等嚴(yán)重資源浪費(fèi)情況。此外，可再生能源與儲(chǔ)能的組合顯著提升經(jīng)濟(jì)效益，并且隨著技術(shù)、市場(chǎng)的逐漸成熟，項(xiàng)目對(duì)于政策及補(bǔ)貼的依賴性將逐步降低，自主盈利能力漸長(zhǎng)[24-25]。

2）保障能源生產(chǎn)的安全性。

能源的安全生產(chǎn)是能源互聯(lián)網(wǎng)重要基石之一，但是總會(huì)存在一些特殊情況，使得能源生產(chǎn)不在安全范圍內(nèi)，如機(jī)組故障，無(wú)法有效保證能源供應(yīng)的穩(wěn)定性，對(duì)負(fù)荷產(chǎn)生不可預(yù)料的影響；又如福島核電站備用柴油發(fā)電機(jī)浸水失效無(wú)法及時(shí)冷卻反應(yīng)堆，造成不可挽回的損失[26]。此外，火電廠、水電站等能源產(chǎn)地在無(wú)廠用交流電的情況下，儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)疑是啟動(dòng)機(jī)組、保障能源安全生產(chǎn)的最佳選擇[27]。

2.2 系統(tǒng)側(cè)

1）提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

各種能量波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性存在不同程度的影響。儲(chǔ)能技術(shù)的快速功率響應(yīng)和功率補(bǔ)償能及時(shí)對(duì)能量波動(dòng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行針對(duì)性調(diào)控，保證系統(tǒng)的能量平衡。實(shí)時(shí)、完全調(diào)控能量系統(tǒng)在理論上成立，但在實(shí)際應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：①削峰填谷；②電能質(zhì)量調(diào)控；③保留備用。

能源系統(tǒng)峰谷差日益增加，給系統(tǒng)帶來(lái)的壓力也與日俱增，儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷的變化改變自身充放能時(shí)間，有效實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低系統(tǒng)失穩(wěn)壓力。在能源系統(tǒng)無(wú)法完全兼顧能量供應(yīng)不平衡問(wèn)題而出現(xiàn)電壓失穩(wěn)、頻率失調(diào)等問(wèn)題時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可提供快速功率支撐，即使進(jìn)行有效的補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)遭遇大擾動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為即插即用的備用電源，提高系統(tǒng)抗干擾能力。

2）提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和效益。

系統(tǒng)中，能量供應(yīng)會(huì)根據(jù)負(fù)荷的變動(dòng)情況而實(shí)時(shí)改變，但存在滯后。儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量供應(yīng)富余時(shí)儲(chǔ)能，短缺時(shí)釋能，因其響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，使得系統(tǒng)效率得到提升。此外，儲(chǔ)能的存在，可以減少備用機(jī)組容量，降低了成本，相當(dāng)于提高了效益。

3）提高能源網(wǎng)絡(luò)靈活性和協(xié)同性。

儲(chǔ)能既可作為電源，也可作為負(fù)荷，儲(chǔ)能系統(tǒng)的削峰填谷作用也是基于此特性。而隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速提升及成本的持續(xù)下降，分布式儲(chǔ)能越發(fā)被廣泛應(yīng)用。如電動(dòng)汽車(chē)、戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)等，通過(guò)合理的調(diào)控策略使大量分布式儲(chǔ)能可靈活地參與到系統(tǒng)中，協(xié)同作用，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。

4）實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)的耦合。

儲(chǔ)能不僅儲(chǔ)電，還可儲(chǔ)氣、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷，不同的能源形式存在各自的能源網(wǎng)絡(luò)。能源互聯(lián)網(wǎng)將各類型能源網(wǎng)絡(luò)有效互聯(lián)，須在能源網(wǎng)絡(luò)之間建立安全、有效的連接。儲(chǔ)能技術(shù)可將能量以其原本形式或轉(zhuǎn)換成其他形式存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)時(shí)間或空間的轉(zhuǎn)移，再將能量以其原本形式或轉(zhuǎn)換成其他形式釋放，實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)的耦合，也能實(shí)現(xiàn)能量傳輸在時(shí)間和空間上的解耦。儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用方式如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用方式Fig. 1 The way energy storage works in the Energy Internet

2.3 用戶側(cè)

1）保證能量供應(yīng)的質(zhì)量。

隨著電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，負(fù)荷種類在增加，負(fù)荷對(duì)供能品質(zhì)的要求在提升，而儲(chǔ)能具備調(diào)控供能質(zhì)量的優(yōu)越能力。當(dāng)系統(tǒng)中因不可預(yù)測(cè)因素而產(chǎn)生電源短時(shí)或長(zhǎng)時(shí)退出運(yùn)行情況時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可根據(jù)情況提供功率支撐，使供能質(zhì)量平穩(wěn)。分布式儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，改變了能源系統(tǒng)的功率分布，降低了系統(tǒng)中能量傳輸損耗，也降低了系統(tǒng)供能質(zhì)量調(diào)控壓力。此外，分布式儲(chǔ)能自身也能為一定容量負(fù)荷提供有效供能質(zhì)量保證，如家用分布式儲(chǔ)能可以保證家庭電能質(zhì)量。

2）保證能量供應(yīng)的連續(xù)性。

儲(chǔ)能作為備用電源具有重要意義。其響應(yīng)速度快，能量供應(yīng)平穩(wěn)，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)供能中斷或供能短缺情況時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，并保證能量供應(yīng)連續(xù)。在一些特殊場(chǎng)景，如通信基站、數(shù)據(jù)中心等，負(fù)荷量較大且必須保證供能連續(xù)，以儲(chǔ)能作為備用電源，不僅可以快速響應(yīng)緊急事件，還可以通過(guò)合理的充、放電策略實(shí)現(xiàn)谷電峰用，為通信基站或數(shù)據(jù)中心等節(jié)省大量開(kāi)支。

3）促進(jìn)新的能量管理方式產(chǎn)生。

在傳統(tǒng)用能模式下，用戶僅作為負(fù)荷，只能被動(dòng)參與到能量管理系統(tǒng)，而在能源互聯(lián)網(wǎng)中，因儲(chǔ)能的存在，用戶可根據(jù)自身需求在不同時(shí)間進(jìn)行充能和釋能。用戶不再僅作為負(fù)荷存在，還可以自主參與到能量管理中，有助于降低系統(tǒng)能量管理壓力，提升穩(wěn)定性。

4）促進(jìn)新的用能方式產(chǎn)生。

當(dāng)前，環(huán)境管理日益受到重視，電動(dòng)汽車(chē)隨著儲(chǔ)能電池技術(shù)的快速發(fā)展在近幾年呈現(xiàn)出爆發(fā)增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)，電動(dòng)汽車(chē)將成為能源系統(tǒng)中的重要負(fù)荷。電動(dòng)汽車(chē)充電站、儲(chǔ)能電站日益增加，使得電動(dòng)將取代燃油動(dòng)力，促進(jìn)新的用能方式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可再生能源替代不可再生能源[28]。

5）促進(jìn)新的能源消費(fèi)及交易模式產(chǎn)生。

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，能量的生產(chǎn)者和消費(fèi)者角色不再固定，根據(jù)不同時(shí)間、不同需求、不同規(guī)劃，角色可轉(zhuǎn)換。能源供應(yīng)商在原有能源供應(yīng)基礎(chǔ)上，可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)將部分能量存儲(chǔ)，然后選擇可以利益更大化的時(shí)間或空間進(jìn)行交易；用戶在原有用能和產(chǎn)能基礎(chǔ)上，結(jié)合自身生產(chǎn)力和能耗需求，選擇合適的時(shí)間利用儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)能量，再根據(jù)能源交易市場(chǎng)實(shí)時(shí)的變化選擇是否以能量生產(chǎn)者身份參與交易以獲取利益。

能源互聯(lián)網(wǎng)中新的能源交易模式如圖 2所示，能源供應(yīng)商既可以直接向用戶供能，也可以直接參與到能量交易中，還可以將能量存儲(chǔ)起來(lái)?yè)駮r(shí)進(jìn)行能量交易；用戶借助于儲(chǔ)能，也可以參與到能量交易中，根據(jù)自身需求及利益最大化原則進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)能源和出售能源[29]。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)中能量交易模式Fig. 2 Energy trading in Energy Internet

3 能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能的作用方式

儲(chǔ)能技術(shù)有多種類型，每種儲(chǔ)能技術(shù)都有自身優(yōu)缺點(diǎn)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，即使是同種儲(chǔ)能技術(shù)，其擔(dān)任的職責(zé)也不盡相同，即各類儲(chǔ)能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中以不同的作用方式發(fā)揮著不同的作用。儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的主要作用方式包括：①能量的時(shí)空轉(zhuǎn)移；②能量的快儲(chǔ)快釋；③能量的保留備用，④能量的零存整??；⑤能量的整存零取[30]。

3.1 能量的時(shí)空轉(zhuǎn)移

能源系統(tǒng)的日益復(fù)雜使得系統(tǒng)能量平衡難度與日俱增。當(dāng)某些區(qū)域或某些能源網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)能量供應(yīng)大于能量需求時(shí)，將能量存儲(chǔ)待該區(qū)域出現(xiàn)能量短缺時(shí)再釋能，能量在存儲(chǔ)前和釋放后的形式相同，推遲了能量的作用時(shí)間，達(dá)到能量的時(shí)間轉(zhuǎn)移(特指能量存儲(chǔ)之后相對(duì)較長(zhǎng)一段時(shí)間的時(shí)間轉(zhuǎn)移)。除了時(shí)間轉(zhuǎn)移，能量的空間轉(zhuǎn)移也可以有效解決能量供需不平衡問(wèn)題，將存儲(chǔ)的能量運(yùn)輸至其他區(qū)域或能源網(wǎng)絡(luò)釋放，能量在存儲(chǔ)前和釋放后可以是相同的能量形式也可以是不同的能量形式。

實(shí)現(xiàn)能量的時(shí)間轉(zhuǎn)移需要具備長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能能力的儲(chǔ)能技術(shù)支撐。能量的空間轉(zhuǎn)移總是伴隨著時(shí)間轉(zhuǎn)移，還需要加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備可靠性及能量自耗散水平的提升。

3.2 能量的快儲(chǔ)快釋

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，新能源的大量接入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生功率及頻率的波動(dòng)。儲(chǔ)能可以快速跟蹤系統(tǒng)波動(dòng)情況并及時(shí)吸收多余或補(bǔ)償短缺，平滑系統(tǒng)波動(dòng)，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

能量的快速存儲(chǔ)和快速釋放要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具備快速啟停能力，響應(yīng)時(shí)間在s級(jí)到 ms級(jí)，同時(shí)還需具備相應(yīng)的功率等級(jí)和容量等級(jí)[31]。

3.3 能量的保留備用

能源互聯(lián)網(wǎng)作為大型互聯(lián)系統(tǒng)，難免會(huì)有故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致能量短缺時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備用電源，可快速響應(yīng)，并根據(jù)情況調(diào)整輸出功率，補(bǔ)償系統(tǒng)緊缺能量。

儲(chǔ)能作為備用系統(tǒng)需要有快速響應(yīng)能力，儲(chǔ)能容量要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景總功率等級(jí)來(lái)配置相應(yīng)容量。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)還需具備能長(zhǎng)時(shí)間或較長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)能量的能力，以保證故障發(fā)生時(shí)能夠平穩(wěn)供電至系統(tǒng)恢復(fù)[32]。

3.4 能量的零存整取

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，能量的生產(chǎn)存在分布式的熱點(diǎn)。有一些生產(chǎn)能量的方式因其產(chǎn)能功率小、速度慢，需將這些能量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的存儲(chǔ)待達(dá)到一定規(guī)模之后，再整體進(jìn)行能量交易或能量供應(yīng)，如健身器材發(fā)電、小規(guī)模光伏或風(fēng)力發(fā)電。

零存整取的方式使得小功率、分散式產(chǎn)能方式可大功率釋能，但因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)周期較長(zhǎng)，所以要求儲(chǔ)能設(shè)備必須具備很低的能量耗散水平。

3.5 能量的整存零取

能量的整存零取與零存整取恰好相反，將大量能量存儲(chǔ)，在之后的一段時(shí)間內(nèi)按需有序的向負(fù)荷提供能量供應(yīng)，如燃?xì)庹緝?chǔ)氣向下屬負(fù)荷供氣。整存零取方式下，能量一次性存儲(chǔ)規(guī)模大，后續(xù)少量多次對(duì)外釋能，儲(chǔ)能系統(tǒng)需要能大容量?jī)?chǔ)能且能量耗散要很低。

4 能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能的需求、功能及作用方式之間的關(guān)系

能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能需求、功能及作用方式的組合實(shí)現(xiàn)了多種儲(chǔ)能功能，而不同儲(chǔ)能功能的組合實(shí)現(xiàn)了不同儲(chǔ)能的需求(目標(biāo))。儲(chǔ)能的作用方式、功能分類及能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的基本需求的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示，為能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中的儲(chǔ)能系統(tǒng)合理搭配、協(xié)調(diào)作用提供了有效參考。

5 結(jié)論

本文從能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的基本需求出發(fā)，列舉了儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中可以發(fā)揮的重要功能；在這些功能中發(fā)現(xiàn)它們的共同點(diǎn)，提出了儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用方式，并明確了儲(chǔ)能的需求、功能、作用方式之間的關(guān)系；詳細(xì)總結(jié)了儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用概況，建立了清晰的儲(chǔ)能系統(tǒng)框架，有助于人們理解和研究能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能的作用方式、功能及目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 The corresponding relationship between the mode of operation, function and targets of energy storage in Energy Internet