李宇飛

(國家電投內(nèi)蒙古巴音新能源有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善左旗750300)

我國社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都與能源支持關(guān)系密切，并且在現(xiàn)如今能源緊缺的形勢下，不斷發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為我國能源發(fā)展的主要目標(biāo)。隨著越來越多新能源項(xiàng)目的增加，為我國電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此在能源互聯(lián)網(wǎng)視域下應(yīng)用電力儲能技術(shù)已經(jīng)成為確保電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)?；诖耍疚囊阅茉椿ヂ?lián)網(wǎng)視域下電力儲能問題為導(dǎo)向，對電力儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及能源互聯(lián)網(wǎng)中電力儲能技術(shù)的應(yīng)用展開分析。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概述

結(jié)合現(xiàn)狀分析，能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為世界各國科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)，所以能源互聯(lián)網(wǎng)也被稱為“第三次工業(yè)革命”的核心內(nèi)容。目前很多發(fā)達(dá)國家都開始加大對能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展力度，雖然各個(gè)國家能源互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知水平以及發(fā)展情況各不相同，但是其發(fā)展的核心一致，均為保證能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。使傳統(tǒng)能源系統(tǒng)在使用過程中的集中度加以分散，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單一的只能由生產(chǎn)者控制的情況，建立同消費(fèi)者可以互動交流的新型能源系統(tǒng)，使可再生能源在能源系統(tǒng)中的比例增加，保證多能源有效聯(lián)動的高效利用模式的實(shí)現(xiàn)[1]。圖1 為能源互聯(lián)網(wǎng)儲能示意圖。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)儲能示意圖

近些年來，我國智能技術(shù)呈飛速發(fā)展趨勢，信息技術(shù)的應(yīng)用也變得愈加普遍。在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的進(jìn)程中，越來越多的高校也廣泛參與能源互聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)制定工作，對其概念、形式和發(fā)展模式進(jìn)行深入研究，為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入活力[2]。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)的儲能應(yīng)用模式及作用需求

2.1 儲能應(yīng)用模式

儲能技術(shù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一。儲存作用在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用得到了擴(kuò)展，能源互聯(lián)網(wǎng)的主要組成部分包括物理系統(tǒng)、管理系統(tǒng)及能源交易市場。對能源互聯(lián)網(wǎng)物理系統(tǒng)來說，應(yīng)以大規(guī)模新能源發(fā)電遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域輸送為前提，根據(jù)天然氣輸送通道組成能源互聯(lián)網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)，在這一前提下，根據(jù)相應(yīng)區(qū)域?qū)δ茉瓷a(chǎn)及消費(fèi)的合理劃分，建立多個(gè)能源局域網(wǎng)。能源局域網(wǎng)通過本地能量接口將能源傳輸網(wǎng)、負(fù)荷、能源轉(zhuǎn)換等接入，通過智能能量接口實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的主要組成部分包括廣域能量管理系統(tǒng)及局域能量管理系統(tǒng)，前者的作用在于大規(guī)模能源生產(chǎn)及輸送的協(xié)調(diào)，后者的作用在于優(yōu)化本次能源生產(chǎn)及消費(fèi)[3]。能源交易市場則由大規(guī)模集中式能源生產(chǎn)商、大容量儲能運(yùn)行商和局域能源網(wǎng)運(yùn)營商共同參與。

基于能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其儲能主要包括以下兩種模式。第一，廣域能源網(wǎng)應(yīng)用。骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過大規(guī)模儲能技術(shù)對集中式能源生產(chǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)行廣域能量管理，為大規(guī)模生產(chǎn)及傳輸提供動力，保證系統(tǒng)廣域能量調(diào)度的順利，確保供需之間的平衡。大容量儲能運(yùn)營主體是能源交易市場的主要組成部分，結(jié)合市場價(jià)格變動情況靈活買入或者賣出，或者提供調(diào)節(jié)等相關(guān)服務(wù)[4]。第二，局域能源網(wǎng)的應(yīng)用。在局域能源網(wǎng)中，儲能和能源轉(zhuǎn)換裝置共同使用，相互協(xié)調(diào)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，局域能源網(wǎng)管理系統(tǒng)結(jié)合儲能情況、供需預(yù)測信息、能源價(jià)格信息等對局域網(wǎng)中的能源和生產(chǎn)消耗進(jìn)行有效決策，在市場中購入或者賣出能量。

2.2 儲能的作用和需求

結(jié)合上述分析可知，對廣域能源互聯(lián)網(wǎng)和局域能源互聯(lián)網(wǎng)來說，儲能具有重要的作用。在各種應(yīng)用模式下，儲能也具備相應(yīng)的作用和需求，下面本文對此進(jìn)行分析。

2.2.1 支持高比例可再生能源發(fā)電電網(wǎng)運(yùn)行

在世界范圍內(nèi)，可再生能源發(fā)電呈飛速發(fā)展的趨勢，大規(guī)模波動性和間歇性可再生能源發(fā)電接入導(dǎo)致電源側(cè)不穩(wěn)定性明顯，導(dǎo)致電網(wǎng)功率不平衡風(fēng)險(xiǎn)滋生。對大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入來說，可以使用儲能技術(shù)和發(fā)電聯(lián)合，預(yù)防其不確定性，提高可調(diào)性。其次，使用電網(wǎng)級儲能有助于提高電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電的適應(yīng)能力。對后者進(jìn)行分析，儲能屬于電網(wǎng)的一種可調(diào)度資源，其價(jià)值豐富，使用空間廣泛。在電網(wǎng)級應(yīng)用過程中，儲能的需求可以劃分為功率服務(wù)和能量服務(wù)兩種[5]。功率服務(wù)中儲能需要對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定與短時(shí)功率平衡氬氣，作用時(shí)間從幾秒鐘到幾分鐘。能量服務(wù)儲能多適用于較長時(shí)間尺度的功率調(diào)節(jié)，作用時(shí)間從數(shù)小時(shí)到季節(jié)時(shí)間尺度，能夠解決系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)和輸配電線路阻塞的問題[6]。

對功率服務(wù)來說，需要對快速的大容量儲能技術(shù)做出響應(yīng)，主要包括飛輪儲能、電池儲能等，實(shí)現(xiàn)儲能技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，具備四象限調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)對有功功率與無功功率的共同調(diào)節(jié)，保障電網(wǎng)的電壓及頻率。對能量服務(wù)來說，雙向電力儲能需要具備長期的存儲性能、一定的循環(huán)效率和低成本的特點(diǎn)，保證可再生能源發(fā)電在時(shí)間方面的有效轉(zhuǎn)移。但是結(jié)合現(xiàn)狀分析，大規(guī)模電力儲能并不是解決高比例可再生能源發(fā)電問題的唯一方法，用電負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)也是一種有效的方法，對分布式儲能技術(shù)的有效應(yīng)用有助于強(qiáng)化電力負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)性能。

2.2.2 強(qiáng)化多元能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性

能源互聯(lián)網(wǎng)中具有多種能量流，這些能量流互相作用和影響，例如攝取熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，多端口網(wǎng)絡(luò)中的電力服務(wù)與熱力服務(wù)便具備互相約束的關(guān)系。在保障多能源系統(tǒng)靈活性方面，需要儲能對多種能源間的關(guān)系進(jìn)行弱化，儲能的技術(shù)類型及實(shí)踐尺度需要滿足系統(tǒng)能源供應(yīng)的要求以及轉(zhuǎn)化元件的技術(shù)特點(diǎn)。

2.2.3 為多元能源系統(tǒng)能量管理及方法優(yōu)化提供保障

對局域多元能源系統(tǒng)進(jìn)行分析，管理人員需要結(jié)合價(jià)格信息對能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲和消費(fèi)進(jìn)行全面安排，最大程度減少系統(tǒng)運(yùn)行成本，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。儲能管理及釋能管理是系統(tǒng)運(yùn)行的重要部分。系統(tǒng)需要結(jié)合儲能情況的動態(tài)變化情況，明確儲能的功率方向及大小，保證系統(tǒng)內(nèi)供需的平衡。并且系統(tǒng)中各個(gè)轉(zhuǎn)換元件功率分配對系統(tǒng)運(yùn)行的效果有重要影響。儲能功率流向及大小對于優(yōu)化系統(tǒng)能量流來說具有重要作用[7]。除此之外，需要結(jié)合能量在儲能單元的滯留情況，明確系統(tǒng)中的能量阻塞情況，及時(shí)對運(yùn)行方案進(jìn)行調(diào)整。儲能的安裝位置、容量大小以及儲能釋能過程完善對于局域能源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。因此儲能需要具備相應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行的性能，具有一定的轉(zhuǎn)換效率和便捷的安裝條件。

2.2.4 提高能源交易自由度

對能源互聯(lián)網(wǎng)來說，傳統(tǒng)能源交易方式無法滿足工作要求，能源生產(chǎn)者及消費(fèi)者均是市場競爭的參與者，并且兩者是交易的主體，角色可進(jìn)行互換[8]。能源交易市場不僅需要保證能源在局部區(qū)域的合理分配，還需要在廣域范圍內(nèi)具有一定的效率，確保電能和其他一系列能源共同構(gòu)成高效、科學(xué)合理的格局。對大型能源供應(yīng)商來說，通過大規(guī)模儲能庫存的性能，滿足市場價(jià)格趨勢，保證資源的合理分配和規(guī)劃。并且分布式儲能與能源生產(chǎn)的存在使用戶和供應(yīng)商之間傳統(tǒng)的供需關(guān)系得以改善，保證用戶具備自由選擇的權(quán)利，可以參與到市場中，也可以退出市場。通常情況下，外部能源供給成本越高，用戶脫網(wǎng)的情況就越嚴(yán)重，而外部能源供給成本越低，用戶并網(wǎng)的趨勢越明顯。儲能也提高了用戶參加能源交易的可能性，用戶可以結(jié)合自身實(shí)際要求和生產(chǎn)能力、儲能配置，向市場發(fā)出制定的需求，以生產(chǎn)者的角色為市場提供能源，基于市場機(jī)制，儲能的經(jīng)濟(jì)性對能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)具有重要作用。

3 電力儲能技術(shù)分類

3.1 儲熱技術(shù)

該技術(shù)主要包括顯熱儲能技術(shù)、潛熱儲能技術(shù)等，其中前者主要是對介質(zhì)溫度進(jìn)行利用達(dá)到熱存儲的目標(biāo)。后者則是一種相變儲能，使用時(shí)多通過材料相變吸收能量、釋放能量，由固體轉(zhuǎn)化為液體的一種相變過程。儲熱技術(shù)具有非常高的使用價(jià)值，在太陽能發(fā)電中應(yīng)用效果理想，為太陽能發(fā)電的穩(wěn)定性提供保障。并且將其應(yīng)用于新能源發(fā)電中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決消納等相關(guān)問題，提高熱電機(jī)組的調(diào)峰性能[9]。

3.2 電動汽車

對其動力來源性質(zhì)進(jìn)行劃分，可分為FCEV 和BEV兩大類型。前者實(shí)現(xiàn)氫能和交通運(yùn)輸網(wǎng)的有效結(jié)合，圖2 為FCEV 電動汽車示意圖，后者指的是電網(wǎng)與交通運(yùn)輸網(wǎng)的有效結(jié)合。兩種形式均具有商業(yè)化發(fā)展趨勢，有助于保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。其核心便是電動汽車與電網(wǎng)的交互發(fā)展，減少電網(wǎng)壓力。并且其本質(zhì)屬于分布式儲能單元，能夠提高家庭能源管理水平，具有較高的使用價(jià)值[10]。

圖2 FCEV 電動汽車示意圖

3.3 電化學(xué)儲能

在具體發(fā)展過程中，電化學(xué)儲能的響應(yīng)速度非?？?，具有功率服務(wù)和能量服務(wù)的作用，工作人員通過電化學(xué)儲能有助于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)頻，根據(jù)分布式電源，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 電力儲能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用

在能源互聯(lián)網(wǎng)的視域下，電力儲能系統(tǒng)的主要作用為保證多種類型能源的有效轉(zhuǎn)換，并且對于我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的作用。但是熱能儲備及制氣設(shè)備雖然具有電力供給的作用，但是多數(shù)情況下為能源的轉(zhuǎn)換，屬于能源互聯(lián)網(wǎng)視域下需求的電力儲備模式。

4.1 輔助消納新能源

其一，有助于強(qiáng)化新能源發(fā)電的電網(wǎng)友好性。儲能系統(tǒng)的充電能力、放電性能較好，將其放置在風(fēng)電場或者光伏電站中效果理想，有助于減少對電網(wǎng)的沖擊。對單臺風(fēng)機(jī)來說，在風(fēng)電機(jī)組背靠背換流器直流端使用儲能系統(tǒng)，通過有效的控制措施可以緩解風(fēng)機(jī)出力波動情況[11]。

其二，有助于提高新能源發(fā)電的市場競爭優(yōu)勢。目前各國都在逐漸減少新能源發(fā)電的補(bǔ)貼，提高電力市場中新能源的經(jīng)濟(jì)效益有助于提高投資者對新能源開發(fā)的積極性。

4.2 實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度

因?yàn)槭艿郊夹g(shù)原因的影響，目前我國電力系統(tǒng)的儲能量具有局限性，所以需要對電力儲能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。目前電池等儲能設(shè)備的功率不斷提高，對其工作原理進(jìn)行研究也是優(yōu)化調(diào)度的主要方向?？梢酝ㄟ^電能儲備區(qū)域?qū)ζ畲笮∵M(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對儲能功率的阿赫利調(diào)整[12]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在能源互聯(lián)網(wǎng)視域下，電力儲能的形式愈加豐富，不同形式對于電力成本的影響也不盡相同，因此在對儲能方式進(jìn)行選擇的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況以及市場要求，選擇最為合適的儲能方法，保證電力儲能的穩(wěn)定使用。