曾慶捷

（黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150081）

我國未來儲能技術(shù)發(fā)展探討

曾慶捷

（黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150081）

儲能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵。儲能技術(shù)主要用于平滑間歇性電源功率波動，減小負(fù)荷峰谷差提高系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率，增加備用容量提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，以及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)、電動汽車等領(lǐng)域。隨著特高壓、智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)模的快速發(fā)展，以及我國電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整變化，儲能技術(shù)逐步成為國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)研究的焦點。

儲能技術(shù)；電力結(jié)構(gòu)；趨勢

0 引言

能源問題、環(huán)境問題是當(dāng)今社會關(guān)注的熱點，大力發(fā)展清潔能源是未來趨勢，但以風(fēng)電和太陽能發(fā)電為代表的清潔能源，由于自身的不穩(wěn)定性和間歇性給電網(wǎng)帶來重大挑戰(zhàn)。其并網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模越大，電網(wǎng)會越不安全。在全球應(yīng)對氣候變化形勢下，世界范圍內(nèi)正在經(jīng)歷新型能源體系變革，能源全球互聯(lián)正從備受矚目的宏大構(gòu)想邁向現(xiàn)實［1］，其中儲能技術(shù)起關(guān)鍵作用。

儲能技術(shù)的研究和發(fā)展一直備受能源、電力、交通等部門的重視，在電力系統(tǒng)儲能技術(shù)已被視為“采—發(fā)—輸—配—用—儲”六大環(huán)節(jié)中的重要組成部分。借鑒國內(nèi)外風(fēng)光電站并網(wǎng)的實踐，儲能技術(shù)可以實現(xiàn)清潔能源發(fā)電功率的平滑輸出，并能在電壓、頻率及相位上得到控制，成為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負(fù)荷波動的一種手段。

1 儲能技術(shù)概述

儲能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲起來、在需要時再釋放的過程。儲能技術(shù)是一項可能對未來能源系統(tǒng)發(fā)展及運行帶來革命性變化的技術(shù)［2］，分為儲電與儲熱，本文主要討論電能儲存技術(shù)。

1.1 儲能技術(shù)作用

儲能技術(shù)可以平滑間歇性電源功率波動。系統(tǒng)中安裝儲能裝置，可提供快速的有功支撐，增強電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰能力，大幅提高電網(wǎng)接納清潔能源的能力。

儲能技術(shù)可以減小負(fù)荷峰谷差，提高系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率。電力系統(tǒng)如果能大規(guī)模地儲存電能，即在負(fù)荷低谷時將電能儲存起來，負(fù)荷高峰時再將其釋放出來，在一定程度上能夠緩解負(fù)荷高峰期的缺電狀況，提高系統(tǒng)效率和發(fā)輸配電設(shè)備的利用率。

儲能技術(shù)可以增加備用容量，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。電力系統(tǒng)具有足夠的備用容量是保證供電安全的要求，在系統(tǒng)遇到大的擾動時，儲能裝置可以在瞬時吸收或釋放能量，避免系統(tǒng)失穩(wěn)。

1.2 儲能技術(shù)分類

目前儲能方式主要分為機械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能3大類［3］，其應(yīng)用、特點如表1所示。

表1 儲能方式分類及特點

2 電力結(jié)構(gòu)變化

隨著我國電力供需矛盾的緩解，以及清潔發(fā)展的要求，電力行業(yè)發(fā)展正處于大轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期。一方面，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入深度調(diào)整和轉(zhuǎn)型階段，全社會用電需求增速下降，傳統(tǒng)火電發(fā)展遇到環(huán)境和消納的雙重制約；另一方面，由于以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為主的可再生能源利用迅速發(fā)展，中國已經(jīng)成為全球規(guī)模最大的風(fēng)電和光伏市場。電力結(jié)構(gòu)調(diào)整著眼點是增加清潔能源供應(yīng)和優(yōu)化電源布局，關(guān)鍵是要用太陽能、風(fēng)能等清潔能源替代化石能源，能源結(jié)構(gòu)實現(xiàn)從化石能源為主向清潔能源為主轉(zhuǎn)變［4］。權(quán)威人士指出“十三五”電力規(guī)劃圍繞調(diào)整優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級展開。將調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電源布局，升級變電網(wǎng)，增強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需依托于能源互聯(lián)網(wǎng)對電力資源進(jìn)行優(yōu)化配置。全球能源互聯(lián)網(wǎng)已掀起世界能源電力發(fā)展新潮流，將對未來電力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。一是能源互聯(lián)網(wǎng)將使能源供應(yīng)體系發(fā)生重大變化。傳統(tǒng)能源體系以化石能源為主，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下則是以清潔能源為主。利用可再生能源發(fā)電精確預(yù)測技術(shù)，輔以先進(jìn)的儲能技術(shù)，最大程度上滿足光電、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電的出力。二是能源互聯(lián)網(wǎng)將使能源供需關(guān)系發(fā)生重大變化。在能源互聯(lián)背景下，傳統(tǒng)的以生產(chǎn)順應(yīng)需求的能源供給模式將被徹底顛覆，處于能源互聯(lián)網(wǎng)中的各個參與主體都既是生產(chǎn)者又是消費者［5］。

3 儲能技術(shù)發(fā)展趨勢

應(yīng)對全球范圍內(nèi)氣候變暖、能源短缺等問題，減少人類對化石能源的依賴，積極開發(fā)新能源和儲能技術(shù)，已成為業(yè)界和科技界研究的熱門課題［2］。近年，我國以建設(shè)儲能示范項目為依托，檢驗儲能技術(shù)對可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰及電力系統(tǒng)備用的效果。

我國清潔和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能減少煤炭消費，“去煤化”是清潔轉(zhuǎn)型的重要方面。但替代煤電的風(fēng)電、太陽能發(fā)電具有波動性、間歇性，其調(diào)節(jié)控制困難，大規(guī)模并網(wǎng)運行會給電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行帶來顯著影響［6］。因此，儲能技術(shù)將應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電、用電的各個環(huán)節(jié)，提高電網(wǎng)運行效率和安全性。

3.1 大規(guī)模新型儲能技術(shù)

達(dá)到兆瓦級/兆瓦時級的儲能規(guī)模方可應(yīng)用于電力系統(tǒng)。目前，抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學(xué)電池儲能可達(dá)到該級別的儲能規(guī)模，根據(jù)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030）》，到2020年將有多個項目示范推廣。同時，儲能系統(tǒng)大規(guī)模集成技術(shù)是未來的發(fā)展方向，主要包括以下3個方面。

大容量電池成組技術(shù)。采用大容量單體電池，應(yīng)用電池標(biāo)準(zhǔn)模塊，降低電池系統(tǒng)串并復(fù)雜度，彌補電池一致性差異，電池成組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。

儲能系統(tǒng)用變流技術(shù)。提高動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，優(yōu)化儲能電池的控制、實現(xiàn)控制功能多樣化，實現(xiàn)多臺變流器并聯(lián)，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和集成化等。

儲能系統(tǒng)規(guī)?；杉夹g(shù)。解決轉(zhuǎn)換效率、響應(yīng)速度、出力控制精度、循環(huán)壽命管理等問題，儲能系統(tǒng)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和大容量化。

3.2 靈活儲能技術(shù)

近年來，我國大力發(fā)展可再生能源和分布式發(fā)電，鼓勵新能源電源并網(wǎng)、利用。未來家庭光伏發(fā)電電池儲能、社區(qū)儲能、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)、電動汽車等，因其靈活性將得到廣泛應(yīng)用。

將來，供應(yīng)側(cè)以新能源為主，用能側(cè)則是清潔、靈活的使用方式。電動汽車作為一種非常重要的靈活負(fù)荷和一種儲能設(shè)施，可以向一些小微電網(wǎng)、微電網(wǎng)、商業(yè)區(qū)域輸電，參與局部的電網(wǎng)平衡；可以為新能源大規(guī)模地進(jìn)入能源系統(tǒng)，并網(wǎng)消納，提供負(fù)荷。電動汽車儲能電池接入全球能源互聯(lián)網(wǎng)，通過合理安排充電時間，輔助電網(wǎng)調(diào)峰，實現(xiàn)低谷充電、高峰放電［7］。

3.3 新型儲能材料

以超級電容器為代表的儲能裝置，其核心部分是性能優(yōu)異的儲能材料時，才能確保其高功率密度和高能量密度，在系統(tǒng)中使用才是綠色、可持續(xù)的。

因此，儲能技術(shù)進(jìn)步關(guān)鍵在于材料技術(shù)突破，出現(xiàn)新型或優(yōu)化儲能材料。隨著新型儲能材料的出現(xiàn)或儲能材料的不斷創(chuàng)新發(fā)展，在儲能元件延長使用壽命、提高能量密度、縮短充電時間和降低成本等方面有望取得重要突破［7］。

3.4 堅強智能電網(wǎng)技術(shù)

電網(wǎng)建設(shè)與儲能配套設(shè)施建設(shè)同樣重要。我國能源需求和供應(yīng)逆向分布，有風(fēng)、有光的地方電網(wǎng)弱、負(fù)荷小。在沒有儲能設(shè)施條件下，消納能力不夠，就不得不棄風(fēng)、棄光。因此，結(jié)合能源資源布局特點和經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的需求，在實施“一特四大”戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，提出了堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展理念［7］。

堅強智能電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，適應(yīng)各類電源和用電設(shè)施的靈活接入和退出，具有智能響應(yīng)和自愈能力。在未來的儲能和實現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)方面，將發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)語

伴隨我國電力結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，儲能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將成為各方關(guān)注的重點。儲能雖然在我國起步較晚，但隨著我國新電改方案的實施，清潔能源發(fā)電、智能微電網(wǎng)、電動汽車等行業(yè)的發(fā)展將不斷提速，儲能技術(shù)的應(yīng)用將形成新的發(fā)展趨勢［2］。在發(fā)電、輸電、配電以及用電等各個環(huán)節(jié)，儲能技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。

［1］全球能源互聯(lián)網(wǎng)：儲能技術(shù)成最大掣肘［EB/OL］.［2016-04-21］.http：//smartgrids.ofweek.com/2016-04/ART-290009-8120-29089343_3.html.

［2］儲能技術(shù)應(yīng)用將形成新的發(fā)展趨勢［EB/OL］.2015-07-14.http:// www.cet.com.cn/.

［3］電化學(xué)儲能技術(shù)的研究進(jìn)展 ［EB/OL］.［2016-02-18］.http:// www.china-nengyuan.com/tech/89612.html.

［4］電力結(jié)構(gòu)或?qū)⒋笞?“十三五”指明行業(yè)發(fā)展方向［EB/OL］.［2016-09-29］.http://www.gkzhan.com/.

［5］王亮，李欣，黎特.我國未來清潔電力發(fā)展趨勢研究［J］.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，19（4）：60-62.

［6］國家電網(wǎng)公司“電網(wǎng)新技術(shù)前景研究”項目咨詢組.大規(guī)模儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2013，37（1）:3-8.

［7］劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)［M］.北京：中國電力出版社，2015.

Development of the Energy Storage Technology in the Future in China

ZENG Qingjie
（Heilongjiang University，Harbin 150081，China）

Energy storage technology development is the guarantee of clean energy development and the key of the power grid safe and economic operation.Energy storage technology is mainly used for smoothing intermittent power supply power fluctuations,reducing the peak-valley load difference to improve system efficiency and the utilization rate of equipment, increasing the spare capacity to improve stability and quality of power supply and power grid safety，and is used in distributed generation and power grid,electric vehicles and other fields.With the rapid development of the scale of UHV,smart grid and renewable energy to generate electricity，and the adjustment of the electric power structure in China,energy storage technology becomes the focus of national energy science and technology innovation and industry research gradually.How the future development trend of energy storage technology in our country，is a matter of concern to practitioners.

energy storage technology；electric power structure；trend

TK02

A

1007－9904（2017）03－0051－03

2017-02-15

曾慶捷（1995），男，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。