張棟

摘要：大規(guī)模新能源發(fā)電和眾多分布式可再生能源接入電網(wǎng)給電力系統(tǒng)運行與規(guī)劃帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。儲能是電力系統(tǒng)實現(xiàn)高比例新能源發(fā)電消納不可或缺的資源。首先簡要分析主要儲能類型的轉換原理、技術優(yōu)缺點、適用范圍，重點探討了熱能儲能以及電制氫氣、電制天然氣等儲能技術。在此基礎上，對能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲能系統(tǒng)在發(fā)電、輸電、配用電以及多能源系統(tǒng)互聯(lián)中的研究現(xiàn)狀進行了梳理和分析。最后對儲能應用面臨的挑戰(zhàn)和主要研究方向進行了總結與展望。

關鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)背景；儲能應用；現(xiàn)狀；展望

中途分類號：P754.1

1 主要儲能類型的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 電化學儲能

化學儲能即利用可雙向進行的化學反應，配合恰當?shù)膬蓸O材料，在特殊環(huán)境下進行能量雙向轉化，被譽為改變未來世界的十大科技之首。其產(chǎn)品主要包括鉛酸電池、鋰電池、燃料電池等?；瘜W儲能是使用最多最廣泛的一種儲能方式，使用方便，產(chǎn)品種類多，循環(huán)使用次數(shù)，并且電能轉化效率高等優(yōu)點。

1.2 物理儲能

物理儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等形式。其中，抽水蓄能是目前電力系統(tǒng)中應用最為廣泛、循環(huán)壽命周期最長、容量最大的一種儲能技術，通過水泵將下水庫的水抽送到上水庫存儲電能，通過上水庫水流沖擊水輪機組發(fā)電釋放能量。抽水蓄能電站技術成熟可靠，單位容量成本相對較低，在各國電力系統(tǒng)中不僅發(fā)揮了削峰填谷、黑啟動、調(diào)頻調(diào)相等作用，還能夠優(yōu)化電源結構、有效提高電網(wǎng)消納新能源發(fā)電的能力。其缺點是受地理條件的制約，選址困難且建設周期較長；一般距離用電負荷較遠，輸電損耗較大。

1.3 機械儲能

機械儲能也稱為物理儲能，利用天然資源來實現(xiàn)儲能，其能量轉換過程中涉及到勢能、動能的轉換，是一種間接儲能方式。其儲能方式主要表現(xiàn)為抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、高溫熔鹽儲能等。盡管機械儲能轉換效率不高，但綠色環(huán)保，循環(huán)次數(shù)高。

1.4 熱能儲能

熱能儲能是將電能與熱能互相轉換的裝置，歷史悠久、使用場合廣泛。熱能儲能按照工作溫度分為高溫儲能（儲熱）與低溫儲能（儲冷），可進一步分為工業(yè)制冷（低于-18℃）、建筑制冷（0-12℃）、建筑制熱（25-50℃）、工業(yè)制熱（高于175℃）。一般把物質內(nèi)能隨溫度升高而增大的部分稱為顯熱，把相變的熱效應稱為潛熱，把化學反應的熱效應稱為化學反應熱，把溶液濃度變化的熱效應稱為溶解熱或稀釋熱。目前便于大規(guī)模使用的有顯熱和潛熱2類。顯熱儲能技術是利用比熱容較大的物質（如水、巖石、土壤等），在物質形態(tài)不變的情況下隨著溫度的變化會吸收或放出熱量的性質進行儲能。潛熱一般是在物質相變時才有，這種相變一般包括：固體物質的晶體結構發(fā)生變化；固、液相間的相變；液、氣相間的相變；固、氣相間的相變。固-液相變儲能材料分為無機類（無機水合鹽）和有機類（高級脂肪烴類、脂肪酸及其衍生物），其具有較高的相變潛熱，但是會產(chǎn)生液體，其封裝成本和適用性都受到很大限制，因此常用的相變儲能為固-固儲能。

1.5 電磁儲能

電磁儲能分為超級電容儲能和超導儲能兩大類，超級電容儲能利用活性炭的特殊結構和電解質組成的特殊結構獲得大容量，盡管成本較高，但其預期特性明顯優(yōu)于蓄電池，壽命長，能量密度高等，是較理想的儲能介質。超導儲能裝置利用超導線圈產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)電磁相互轉化，從而實現(xiàn)充放電，其能量損耗非常小，對環(huán)境不產(chǎn)生影響。但超導儲能條件要求較高，技術發(fā)展緩慢，應用起來比較困難。

1.6 制氣儲能

因為新能源發(fā)電消納的需要，電能和化石能源的相互轉化也成為研究的熱點。氫氣、天然氣等化石能源大規(guī)模存儲的技術相對于電能更加成熟。因此，電力制天然氣以及電力制氫氣逐漸成為新興的儲能形式。和傳統(tǒng)的電力儲能不同，制得的氫氣或天然氣一方面可以用來發(fā)電，以供應電網(wǎng)的高峰負荷，另一方面可以直接進入輸氣管道或封裝出售，參與氫氣市場和天然氣市場的流動。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲能技術的發(fā)展

2.1 儲能技術特性分析

現(xiàn)有的幾種儲能技術發(fā)展時間、成熟程度、表現(xiàn)方式和適用范圍均各有所不同。盡管機械儲能最為清潔環(huán)保，但一般用于大規(guī)模儲能領域，對于具有分布式特點的能源存儲來說，并不適用，未來能源互聯(lián)網(wǎng)的儲能很難采取這種方式。電磁儲能的兩種儲能方式在價格上沒有競爭力，不能達到解決能源存儲問題的同時不對經(jīng)濟產(chǎn)生影響的目的，并且電磁儲能技術發(fā)展緩慢，距離推廣應用階段尚有很大的距離。而電化學儲能技術發(fā)展歷史悠久，價格低廉，適用范圍極廣，并且電化學儲能有良好的技術基礎，能夠快速發(fā)展并適應分布式能量的存儲。從能源互聯(lián)網(wǎng)架構及特性，其存儲技術發(fā)展也有一定的特性和適用范圍。

2.2 基于能源互聯(lián)的儲能技術特性

從能源互聯(lián)網(wǎng)的工作機制來看，能源互聯(lián)是將大量由分布式能量采集裝置，分布式能量儲存裝置和各種類型負載構成的新型電力網(wǎng)絡、石油網(wǎng)絡、天然氣網(wǎng)絡等能源節(jié)點互聯(lián)起來，以實現(xiàn)能量雙向流動的能量對等交換與共享網(wǎng)絡。所以基于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源存儲應當具有就地性和對環(huán)境高適應性，應當對地理位置沒有特殊要求，能夠在各個區(qū)域投入使用，可適應各種環(huán)境，方便對風、光、熱等轉化后的能量的存儲。

能源互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是為了更好地解決能源危機，保障及促進經(jīng)濟的發(fā)展，所以基于能源互聯(lián)網(wǎng)的儲能在成本上需要控制得當，不能以犧牲經(jīng)濟利益為代價，否則將背道而馳。基于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源存儲應當具有價格低、轉換率高、能量密度高、環(huán)保友好的特性。隨著能源互聯(lián)的深入，其服務范圍不僅僅是電網(wǎng)及相關單位，而是能源的真正使用者例如企業(yè)、工廠、家庭等，而儲能和節(jié)能服務的受益者也將細化到用電單位級別，相應的儲能產(chǎn)品運行環(huán)境復雜，客戶需求廣而需求種類多，基于能源互聯(lián)網(wǎng)的儲能技術應當有非常高的安全性和可靠性，并且儲能量與工作方式靈活多變，適應性強。

結論

本文圍繞能源及相關研究的發(fā)展趨勢做了簡述，分別對目前儲能技術和節(jié)能技術發(fā)展現(xiàn)狀進行了研究總結，結合能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展特性，對基于能源互聯(lián)網(wǎng)架構下的儲能技術特性做了總結，隨著能源互聯(lián)的不斷深入，智能電網(wǎng)的建設及完善，能源存儲和節(jié)約技術必將邁進一個新時代。

參考文獻

[1]田世明，欒文鵬，張東霞，等.能源互聯(lián)網(wǎng)技術形態(tài)與關鍵技術[J].中國電機工程學報，2015，（14）：347-349.

[2]陳玉和.儲能技術發(fā)展概況研究[J].能源研究與信息，2012，（03）：147-149.