趙亞韋 國網(wǎng)山西省經(jīng)濟技術(shù)研究院

實現(xiàn) 2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和（簡稱“雙碳”目標）是國家進行的重大戰(zhàn)略部署，其內(nèi)容具備了非常重大的世界意義。在電力系統(tǒng)運行過程中，儲能系統(tǒng)屬于重要的組成內(nèi)容?；凇半p碳”目標，做好儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)梳理，這樣不僅可以優(yōu)化儲能系統(tǒng)內(nèi)容，而且對于實現(xiàn)“雙碳”目標有著積極的促進作用。

一、碳中和碳達峰相關(guān)內(nèi)容論述

（一）基礎(chǔ)內(nèi)容

“雙碳”目標是我國按照《巴黎協(xié)定》規(guī)定更新的國家自主貢獻強化目標以及面向21 世紀中葉的長期溫室氣體低排放發(fā)展戰(zhàn)略，表現(xiàn)為二氧化碳排放水平由快到慢不斷攀升、在年增長率為零的拐點處波動后持續(xù)下降，直到人為排放源和吸收匯相抵。從碳達峰到碳中和的過程就是經(jīng)濟增長與二氧化碳排放從相對脫鉤走向絕對脫鉤的過程。電能作為推動社會經(jīng)濟發(fā)展的重要動力，做好儲能系統(tǒng)優(yōu)化屬于非常重要的工作內(nèi)容，對已有儲能系統(tǒng)進行優(yōu)化，可以為“雙碳”目標的實現(xiàn)奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

（二）約束條件

從目前的發(fā)展情況來看，在“雙碳”目標的實現(xiàn)過程中，存在以下約束條件：第一，根據(jù)目前統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國人均碳排放量已經(jīng)超過了7t，超過許多西方國家，而且在達到碳排放峰值前，所預(yù)留出的空間不足10%，若不能對其進行有效控制，也會影響到碳中和活動的順利進行。第二，基于2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)人均GDP超過1萬美元，而西方國家的人均GDP超過3萬美元，和西方國家之間存在較大的經(jīng)濟差距，這樣在推行“雙碳”任務(wù)時，也會遇到許多經(jīng)濟阻礙，進而限制“雙碳”目標的順利實現(xiàn)。

二、傳統(tǒng)儲能技術(shù)重要類型分析

（一）電儲能技術(shù)

電儲能又稱電磁儲能，現(xiàn)階段較為常見的包括超級電容器和超導(dǎo)磁儲能。超級電容器通過電磁場來存儲能量，具有充放電效率高、循環(huán)壽命長、功率密度大、適用工作溫度范圍大等優(yōu)點，但其能量密度較低，因此在微電網(wǎng)中一般與蓄電池配合使用。超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)利用超導(dǎo)線圈及變流器等快速存儲電磁能，能量密度大，但造價昂貴、維護成本高。

（二）熱儲能技術(shù)

熱儲能通常被進一步分為顯熱儲熱、潛熱（相變）儲熱和熱化學(xué)儲熱三種形式。顯熱儲熱是以改變材料溫度的方式實現(xiàn)熱能的存儲與釋放，具有成本低和技術(shù)成熟的優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電力調(diào)峰調(diào)度、火電廠余熱回收和可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。潛熱儲熱是利用材料在相變時的吸熱和放熱過程進行儲能，其儲能密度高、溫度變化小，是目前熱儲能領(lǐng)域的研究重點。熱化學(xué)儲熱通過可逆熱化學(xué)反應(yīng)的方式實現(xiàn)熱能存儲，是目前儲熱密度最大的儲熱方式，目前仍處于技術(shù)研發(fā)階段。

（三）機械儲能技術(shù)

機械儲能是通過機械能與電能的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)能量的存儲與釋放，主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等技術(shù)。抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展較為成熟，抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中可以起到削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、提供備用容量等作用，但其局限性在于受地理和氣候條件的限制。在壓縮空氣儲能系統(tǒng)應(yīng)用中，主要應(yīng)用在燃氣輪機當(dāng)中，借助空氣壓縮機可以順利完成能力存儲，隨后壓縮空氣的膨脹做功會驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電，此時儲能系統(tǒng)也可以將電能及旋轉(zhuǎn)過程中的動能進行相互轉(zhuǎn)換，以滿足系統(tǒng)運行要求。該儲能方式在應(yīng)用中具備了運行功率高、使用年限場等優(yōu)勢。

（四）電化學(xué)儲能技術(shù)

該儲能方式在應(yīng)用中，其儲能原理是利用可逆的氧化還原反應(yīng)進行電能的存儲和釋放，整個過程中，整個過程會以電池為載體進行，在應(yīng)用中具有安裝便捷性、電能響應(yīng)速度快、技術(shù)成熟度高等，目前應(yīng)用較多的電化學(xué)存儲系統(tǒng)包括鋰電子儲能電池、鉛酸電池，液態(tài)流動電池等。以鋰電池為例，該電池目前的應(yīng)用范圍非常廣泛，在手機制作、新能源汽車等領(lǐng)域中應(yīng)用較多，并且也具備了良好的推廣前景。

（五）化學(xué)儲能技術(shù)

除上述提到的技術(shù)種類外，化學(xué)儲能技術(shù)也屬于經(jīng)常使用到的儲能技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用中的應(yīng)用原理在于，基于電能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，來完成能量存儲工作，目前經(jīng)常使用到的應(yīng)用載體為氫氣、天然氣等，利用氫氣進行儲能系統(tǒng)設(shè)計時，其原理在于對水進行電解處理，過程涉及氫氣制備、氫氣儲備、氫氣輸送、氫氣使用等環(huán)節(jié)，具備了維護成本較低、沒有污染等優(yōu)勢。但是其轉(zhuǎn)換過程中會對外釋放許多熱量，能量轉(zhuǎn)換率只有30%～50%，但是其在風(fēng)力系統(tǒng)中具備良好的適用性，被廣泛應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。

三、雙碳背景下儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點分析

（一）優(yōu)化儲能發(fā)電模型

基于“雙碳”應(yīng)用背景下進行儲能系統(tǒng)設(shè)計時，優(yōu)化儲能發(fā)電模型屬于非常重要的工作內(nèi)容。在具體實踐中，需要細化儲能發(fā)電模型內(nèi)容，包括電流控制器、功率控制器、升壓電路、電網(wǎng)變頻器、蓄電池等內(nèi)容。在具體設(shè)計中也可以利用信息技術(shù)來構(gòu)建發(fā)電模型，同時也需要細化模型中的應(yīng)用參數(shù)，利用仿真模擬系統(tǒng)來校核參數(shù)合理性，從而提升設(shè)計方案內(nèi)容的合理性。在發(fā)電模型出的設(shè)計中，也需要考慮和其他設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性，以此為基礎(chǔ)來完成施工方案設(shè)計。在具體設(shè)計中，會利用BIM技術(shù)來搭建管理系統(tǒng)，協(xié)調(diào)和其他設(shè)備之間的關(guān)系，并且利用系統(tǒng)來完成總平面圖繪制，在具體繪制時會進行分段處理，從而為后續(xù)施工活動的順利進行奠定基礎(chǔ)。

（二）完善系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

在儲能系統(tǒng)設(shè)計中，也需要做好控制結(jié)構(gòu)的完善工作，基于“雙碳”背景，可以考慮設(shè)計綜合型控制系統(tǒng)，改善儲能系統(tǒng)充電和放電過程，以提高電能資源的利用效率。在具體設(shè)計中，第一，對于儲能系統(tǒng)線路進行考量，目前主要使用到的線路類型有串聯(lián)線路和并聯(lián)線路兩種，同時也需要充分考慮到其他能源利用，例如，借助太陽能來輔助充電過程，以減少其他形式的電能損耗[1]。第二，對于系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化，可以借助信息技術(shù)輔助控制結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，確保控制系統(tǒng)具備以下功能：①確保儲能系統(tǒng)輸出功率的安全性和穩(wěn)定性；②提升系統(tǒng)充放電過程的穩(wěn)定性；③協(xié)調(diào)儲能系統(tǒng)輸出和輸入功的協(xié)調(diào)性；④具備儲能系統(tǒng)運行安全保護、有效監(jiān)測等功能。

（三）優(yōu)化儲能控制技術(shù)

在對儲能控制技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點：第一，在社會用電量不斷增加的背景下，電力系統(tǒng)的負荷等級也在不斷提升。這樣也提高了系統(tǒng)運行維護的難度，干擾到系統(tǒng)運行過程的安全性?；诖?，進行儲能設(shè)計時，需要充分考慮系統(tǒng)電容，在安全允許范圍內(nèi)擴大儲能上限，從而提升所設(shè)計系統(tǒng)的安全性。第二，在儲能系統(tǒng)中增加預(yù)警系統(tǒng)，其作用是對整個過程進行監(jiān)測，如果出現(xiàn)異常問題，如功率不合理、輸入電流過載等，系統(tǒng)在提出預(yù)警的同時，也會啟動繼電保護，避免故障問題影響到系統(tǒng)運行安全性。第三，在儲能系統(tǒng)中也會融入自動化技術(shù)，起到優(yōu)化控制系統(tǒng)的作用，具體內(nèi)容接下來將進行詳述[2]。

（四）完善系統(tǒng)保護方式

在儲能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，也需要做好系統(tǒng)保護方式的完善工作，這也是提升儲能系統(tǒng)運行安全性的重要基礎(chǔ)。在具體實踐中，也需注意以下內(nèi)容：①在儲能系統(tǒng)的工作中，需要做好科學(xué)保護工作，如建立繼電保護結(jié)構(gòu)，對于儲能系統(tǒng)運行情況進行監(jiān)測，從而提升隱患問題發(fā)生結(jié)果的有效性，提升所擬定技術(shù)保護效果的可靠性。②在儲能系統(tǒng)保護過程中，也需要做好系統(tǒng)調(diào)度工作，基于信息技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，對于應(yīng)用數(shù)據(jù)進行采集，跟進分析結(jié)果來調(diào)整儲能信息參數(shù)，從而為電力調(diào)度活動的推進提供有效參考。③考慮到系統(tǒng)荷載的不斷提升，在對系統(tǒng)進行保護處理時，也需要定期做好系統(tǒng)保護方式更新，使保護方式更加契合系統(tǒng)運行要求，提升儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)的安全性[3]。

（五）引入自動化技術(shù)

在系統(tǒng)運行過程中，也需要充分利用自動化技術(shù)優(yōu)勢，提升儲能系統(tǒng)運行過程的安全性，提高運行問題發(fā)現(xiàn)過程的及時性。在具體應(yīng)用中，也需要注意以下內(nèi)容：第一，在合適位置布設(shè)傳感器，其作用是對儲能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，如輸入功率、輸出功率等，這些數(shù)據(jù)最終會在總系統(tǒng)中進行整理，若突破安全值范圍會啟動繼電保護系統(tǒng)，保護其他設(shè)備不受影響[4]。第二，自動化技術(shù)在應(yīng)用中，也需要針對其他不同環(huán)節(jié)進行集中化管理，作用是滿足統(tǒng)一的管理要求，便于儲能系統(tǒng)和其他設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性。第三，做好自動化技術(shù)維護工作，并且將新技術(shù)融入儲能系統(tǒng)管理當(dāng)中，這樣也可以更好地發(fā)揮技術(shù)的應(yīng)用價值，確保儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)的節(jié)能性與可靠性。

（六）優(yōu)化儲能系統(tǒng)規(guī)模

在儲能系統(tǒng)應(yīng)用過程中，也需要優(yōu)化儲能系統(tǒng)規(guī)模，使其可以滿足電力系統(tǒng)運行要求。在具體實踐中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）為了滿足更大功率系統(tǒng)的運行要求，需要在系統(tǒng)中設(shè)置超級電容器，作用是優(yōu)化配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，從而滿足不同情況下系統(tǒng)運行要求。同時也需要對開關(guān)元器件進行科學(xué)選擇，使其可以滿足儲能系統(tǒng)運行過程的相關(guān)要求，以提升儲能系統(tǒng)運行過程的安全性。例如，目前推行的滅磁開關(guān)具備了良好的兼容性，在儲能系統(tǒng)中有著良好的應(yīng)用價值[5]。（2）在儲能系統(tǒng)優(yōu)化過程中，也需要做好新技術(shù)的應(yīng)用，如目前應(yīng)用較多的大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)等，這樣也提高了數(shù)據(jù)處理過程的高效性，同時也可以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)容，提升其儲能系統(tǒng)運行過程的安全性。

（七）做好儲能配置工作

除了上述提到的應(yīng)用內(nèi)容外，基于雙碳要求，在儲能技術(shù)應(yīng)用中，也需要做好儲能配置工作。在具體設(shè)計中，也需注意以下幾點：第一，對于電力系統(tǒng)運行期間涉及內(nèi)容進行梳理，如輸電線路、儲能要求、輔助要求等，針對實際情況來優(yōu)化系統(tǒng)管理方案，提升儲能系統(tǒng)和其他設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性[6]。第二，在具體應(yīng)用中，也可以將PLC技術(shù)融入儲能系統(tǒng)管理中，使其可以對電力系統(tǒng)兼容性進行優(yōu)化，利用I/O擴展口來提升系統(tǒng)運行過程的安全性。第三，在應(yīng)用中也需要對儲能配置方案進行動態(tài)調(diào)整，使儲能系統(tǒng)可以契合不同階段的運行要求，提升系統(tǒng)運行過程的安全性。

四、結(jié)束語

綜上所述，在碳中和碳達峰背景下，如何提高電能應(yīng)用過程節(jié)能性，屬于非常重要的工作內(nèi)容。通過采取合理措施來提升儲能系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，對于減少電能損耗，減少碳排放有著積極的意義。