能源互聯網背景下的電力儲能技術展望

韓 偉 彭玉豐 嚴海娟

(國網喀什供電公司)

0 引言

儲能的作用和地位在能源互聯網背景下發(fā)生了明顯變化。電力系統中應用儲能技術能有效促進電力系統的高效運行，同時在電力系統中應用儲能技術，也給該技術帶來了新的發(fā)展機遇，對推動電力儲能技術的創(chuàng)新有重要意義?，F階段人們在能源互聯網背景下，對電力儲能技術認識還有待完善，對該技術的應用方式和功能未形成清晰的認識，影響了電力儲能技術功能的有效性。因此需要技術人員加強對能源互聯網背景下電力儲能技術的深入性研究。

1 電力儲能技術在能源互聯網背景下的作用

1.1 有助于提高電網運行中可再生能源的發(fā)電比例

能源互聯網中可再生能源的利用方式有多種，利用可再生能源可滿足供熱、發(fā)電以及制氫的多種要求?？稍偕茉丛谑澜绶秶鷥瘸尸F出快速增長的趨勢，但是受可再生能源發(fā)電間歇性和大規(guī)模波動性的影響，明顯增加了電源側不確定性，導致不平衡的電網功率風險明顯增加?；诖诵枰訌妼﹄娏δ芗夹g的研究。儲能技術聯合可再生能源發(fā)電，可將隨機性減少，增強其可調性。再者應用電網級的儲能可提高電網對可再生能源發(fā)電的適應性。電網將儲能作為一種可調度的資源，可促使其使用價值盡可能的地展現。

1.2 有助于能源交易更加自由

能源互聯網背景下可創(chuàng)新原有的能源交易模式，在能源市場競爭中可促使能源生產者和能源消費者紛紛參與進來，可強化兩者在能源市場上的主體地位，參與到能源市場上的生產者和消費者兩者角色可相互轉換，能進一步優(yōu)化能源在局部區(qū)域中的配置，提升能源使用效率。此外，能源互聯網背景下應用電力儲能技術，還可以將大范圍內的能源配置效率提升，促使電能資源可以更加合理的分配。

1.3 有助于強化多元能源系統能量管理

管理者在局域多元能源系統下在能源的生產、轉換、存儲、消費等環(huán)節(jié)可以根據價格反映出來的信息合理調整，能明顯降低系統在運行過程中產生的成本，提高電網系統運行的安全性和可靠性。在系統運行決策中，可在電力儲能技術之下，加強對儲能和釋能管理，為系統運行決策提供了新的研究對象。再者在儲能功率的大小和方向上，系統可依照儲能狀態(tài)的動態(tài)變化來確定，促使系統內的供需達到平衡。還有就是分配系統不同轉換元件的功率，可以提高系統運行效率，為企業(yè)帶來更多的經濟效益。

2 能源互聯網背景下電力儲能技術的應用模式

2.1 廣域能源網應用模式

廣域能源網為大規(guī)模能源生產和傳輸提供了重要的能量緩沖，可便于系統廣域能量調度的展開，并保持系統能量在供需上的平衡。廣域能源網屬于骨干網絡結構，此種應用模式下在能源交易市場中大容量儲能運營主體可直接參與其中，在能量購入或者賣出問題上可結合能源實際情況，便于提高調節(jié)服務水平。

2.2 局域能源網應用模式

局域能源網中系統的高效運行離不開儲能和能源轉換裝置之間的密切配合。決策局域網中的能源生產和消耗時需要結合儲能狀態(tài)和供需預測信息來定，在此基礎上可保證能源生產和消耗決策的正確程度，全面掌握能源市場的購買情況和能源賣出情況。虛擬能源站中要想預測不同分散生產者的行為存在較大困難，直接增大了電動汽車、分布式電源等聚合管理上難度系數，在虛擬能源站管理中納入儲能基礎可提高虛擬能源站的管理運行效率。分散開來的能源生產者可以在儲能作用下，強化自身的能源供應能力，可提高能源生產者在能源市場上的參與度。

3 現階段能源互聯網背景下應用的電力儲能技術

3.1 儲熱技術

潛熱儲能、顯熱儲能以及化學儲熱是儲熱技術主要的類型。其中在介質溫度提高的基礎上實現熱存儲是顯熱儲能的顯著特點。潛熱儲能又被稱為相變儲能，該模式的儲能技術主要是在材料發(fā)生相變的情況下，吸收熱量或者釋放熱量，現階段最流行的相變儲能模式為固-液相變。相變儲能和顯熱儲能最明顯的不同在于相變儲能的溫度較為穩(wěn)定，產生的能量密度較大?；瘜W儲熱在存儲熱能時主要是通過化學可逆反應的方式，能呈現出寬溫域梯級儲熱的特點，化學儲熱儲存的能量密度遠遠高于其他方式的儲熱技術，如潛熱儲能、顯熱儲能?；瘜W儲熱技術對材料的要求較高，在材料選擇上帶有較大困難，因此現階段普遍采取的儲熱技術以潛熱儲能、顯熱儲能在為主。

3.2 電化學儲能技術

安裝較為靈活、響應速度較快是電化學儲能技術最為顯著的特點，電網系統中利用電化學儲能技術可將能量服務和功率服務效果明顯提高。此外電化學儲能技術可以對新能源發(fā)電快速波動產生抑制作用，并能提高電網調頻的穩(wěn)定性，有助于加強微電網能量的管理，可見電化學儲能技術帶有顯著的技術性優(yōu)勢。目前我國電力系統中電化學儲能技術呈現出快速發(fā)展的趨勢，具體表現為鋰離子電池被廣泛使用，明顯高于鈉硫電池的使用率。此外，電池儲能被應用在弱電網或者離網連接的地區(qū)，可提高太陽能或者風能發(fā)電的穩(wěn)定性，解決該地區(qū)電力資源利用緊張等問題。此外一些新能源場站、微電網領域、配電網等是電化學儲能項目開展最多的領域。電化學儲能發(fā)展到今天，受壓縮空氣儲能、抽水蓄能等的影響，在能源市場上面臨的競爭壓力也越來越大?；诖司托枰柚娀瘜W儲能經濟性的優(yōu)勢，在能源市場上占據領先地位。

3.3 氫儲能技術

氫儲能技術涉及的環(huán)節(jié)較多，目前我國工業(yè)生產中氫氣的主要來源為天然氣和煤。伴隨科學技術的不斷發(fā)展，國外又研發(fā)出了采用新能源來制氫的新技術，如新能源發(fā)電電解水制氫，電解水制氫方法需要耗費大量的能源，但是選擇電網負荷低谷時期的新能源制氫，可增大新能源利用價值?，F階段對風電波動有很好適用性的是固體聚合物電解水制氫技術和堿性電解槽技術，新技術中制氫最為理想的方法為光催化直接裂解水，該技術選用的材料為半導體光催化劑材料，明顯提升了該材料的利用價值。但是我國對該項技術的研究還有待深入，當前的制氫技術，產生的制氫效率遠遠不能滿足工業(yè)化發(fā)展的要求。氫能的輸送環(huán)節(jié)上經常采取的方式為借助現存的天然氣管網，將產生的新能源制氫裝入天然氣管道中，進行氫能輸送，此種輸送方法較為經濟，但是據相關文獻記載氫氣可能對天然氣管道產生腐蝕作用，因此技術人員也正在加強對氫能專用輸送管道的研究，該項研究可極大提高氫能的利用率。

4 能源互聯網背景下儲能關鍵技術分析

4.1 能量調度和能量優(yōu)化技術

能源輸出輸入路徑、配置在多能源耦合局域網中會變得更為復雜，此時可在外部電力供應基礎上，促使電鍋爐向熱能轉化，也可以在CHP作用下獲取熱量。再者能源互聯網下的設備發(fā)生故障可進行網絡重構，此種情況下也會促使能量流路徑發(fā)生變化?？梢娺x擇何種形式的能源路徑以及如何分配能量等都會影響能源互聯網的設計和運行。加強能量調度和優(yōu)化管理，可解決上述因素對能源互聯網設計和運行帶來的影響。比如技術人員向外拓展能量優(yōu)化分配問題，構建起不同元件的機組組合模型，該模型下可呈現出三種工作狀態(tài)，分別是儲能狀態(tài)、釋能狀態(tài)以及空閑狀態(tài)，積極優(yōu)化不同工作狀態(tài)的變化過程，可明顯降低系統整體的運行費用。

4.2 大容量儲能的規(guī)劃及與可再生能源發(fā)電的協同調度技術

能源互聯網下建設的主要目的是對可再生資源進行大規(guī)模的高效利用。電網對集中式可再生能源發(fā)電可產生一系列的問題，如系統充裕度、運行的安全性以及經濟性等。借助儲能技術可解決上述問題，加強對大容量儲能的合理規(guī)劃，需要提高儲能選型的合理性，在儲能布局和容量配置等問題上要不斷優(yōu)化，在輸電資源相互配合的基礎下，提高可再生能源的利用率?？稍偕茉窗l(fā)電的協同調度技術需要對儲能系統的旋轉備用容量和調峰調頻進行安排，以便可以在本地或者塊區(qū)域消納新能源。我國目前對大容量儲能的規(guī)劃和可再生能源的協同調度技術研究還處于不斷發(fā)展的階段，在新能源發(fā)電上還存在不少的問題，該方面的問題是今后研究的重點。

4.3 儲能與能量轉換裝置的集成設計和協調配置技術

能源互聯網背景下需要急需解決的問題就是怎樣借助各能源之間的耦合關系更好適應時代的發(fā)展，提高儲能容量配置的合理性。基于此需要將系統評價指標納入多能源耦合系統儲能和轉換裝置中，常見的系統評價指標主要有能耗、經濟以及環(huán)境指標。其中經濟性指標主要包括初始投資運行成本以及整個考察周期內的運行成本，設備負載率、系統潮流約束以及可靠性約束等是模型優(yōu)化中的有效條件。電力運行系統中系統運行頻率和電壓受儲能的影響較大。此種情況下儲能動態(tài)特性是必須考慮的內容，該方面會對能源利用率和可靠性產生影響?，F階段我國對多能源耦合系統中儲能的設計和容量規(guī)劃問題研究還有待深入，今后該方面也是研究的重點。

5 結束語

綜上所述，能源互聯網背景下，加強了各個能源之間的聯系，電力儲能技術的應用可解決我國在能源利用上存在的能源生產單耗高，對周圍環(huán)境影響大等問題。加強對電力儲能技術的研究還可以促進新能源生產，更好滿足今后工業(yè)對新能源的要求，可見該方面研究非常必要。