儲能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用分析

張波琦

摘要：隨著世界人口不斷劇增，人們對能源資源的需求越來越大，所以各國都在不斷研發(fā)新的技術(shù)開發(fā)新能源，以維持能源的可持續(xù)開發(fā)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，儲能作為協(xié)調(diào)電能與多種能源靈活轉(zhuǎn)換和綜合利用的關(guān)鍵設(shè)備，使得多種能源以最清潔高效便捷的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲并在用戶端得到共享。由于儲能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中融合的高技術(shù)性，需要精通能源互聯(lián)網(wǎng)和可再生能源方面的技術(shù)人才，這是當(dāng)前的發(fā)展的一個重大突破口，未來我國將建立一套能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展系統(tǒng)，推動資源的儲存、利用和發(fā)展，共建人類文明和諧共同體，推動能源技術(shù)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。本文分析了能源互聯(lián)網(wǎng)中儲能的作用和需求，并對儲能在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：儲能;能源互聯(lián)網(wǎng);可再生能源發(fā)電

1能源互聯(lián)網(wǎng)中儲能的作用和需求分析

1.1支撐大規(guī)?？稍偕茉从押貌⒕W(wǎng)

大規(guī)模波動性及間歇性可再生能源發(fā)電的接入使得電源側(cè)的不確定性增加，加大了電網(wǎng)功率不平衡造成的風(fēng)險。針對大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的接入，儲能有兩個層面的應(yīng)用途徑：一方面，在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過儲能技術(shù)與可再生能源發(fā)電的聯(lián)合，減少其隨機(jī)性并提高其可調(diào)性;另一方面，在并網(wǎng)層面通過電網(wǎng)級的儲能應(yīng)用增強(qiáng)電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電的適應(yīng)性。對于后者，作為電網(wǎng)的可調(diào)度資源，儲能將具有更大規(guī)模的應(yīng)用價值和應(yīng)用空間。在電網(wǎng)層面的應(yīng)用中，儲能的應(yīng)用需求可分為功率服務(wù)和能量服務(wù)：第一，功率服務(wù)中儲能應(yīng)對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定和短時功率平衡需求，作用時間從數(shù)秒至數(shù)分鐘。對于功率服務(wù)，需要響應(yīng)快速的大容量儲能技術(shù)，如飛輪儲能、超級電容儲能等，這些儲能技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合，具有四象限調(diào)節(jié)能力，可以對有功功率和無功功率進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)，對電網(wǎng)的電壓和頻率進(jìn)行支撐。第二，能量服務(wù)中，儲能用于長時間尺度的功率調(diào)節(jié)，作用時間可以從數(shù)小時延伸至季節(jié)時間尺度，用于應(yīng)對系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)以及輸配電線路的阻塞問題。對于能量服務(wù)，雙向的電力儲能需要具有長時間尺度的存儲能力、較高的循環(huán)效率及較低的成本，實現(xiàn)可再生能源發(fā)電在時間維度上的轉(zhuǎn)移。

1.2支持多元能源系統(tǒng)能量管理和路徑優(yōu)化

在局域多能源系統(tǒng)，管理者可以根據(jù)價格信息合理安排各能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲及消費(fèi)，使得系統(tǒng)運(yùn)行成本最低，并保證系統(tǒng)可靠和高效運(yùn)行。儲能和釋能管理是系統(tǒng)運(yùn)行決策的重要對象。系統(tǒng)可以依據(jù)儲能狀態(tài)的動態(tài)變化，確定儲能的功率方向和大小，維持系統(tǒng)內(nèi)供需平衡。同時，系統(tǒng)潮流的分布將影響系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和效率。儲能的功率流向和大小是系統(tǒng)潮流優(yōu)化的重要控制變量，可以使系統(tǒng)獲得最優(yōu)的能量流路徑。儲能的安裝位置、容量大小和儲能釋能過程的優(yōu)化對局域能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行起到重要的作用。要求儲能具有動態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力、較高的轉(zhuǎn)換效率及便利的安裝條件。

1.3維持系統(tǒng)內(nèi)多能源系統(tǒng)的能量平衡

隨著各類型能源網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展，能源互聯(lián)網(wǎng)中存在多種能量流的相互耦合和影響，能量供應(yīng)不平衡問題日益凸顯，尤其在當(dāng)前各能源網(wǎng)絡(luò)普遍存在用能峰谷問題時，供能不平衡帶來的不便和隱患被進(jìn)一步放大，需要儲能弱化多種能源間的強(qiáng)相關(guān)和緊密耦合關(guān)系，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)多能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性，同時儲能的技術(shù)類型和作用時間尺度要與系統(tǒng)的能源供應(yīng)需求和轉(zhuǎn)化元件的技術(shù)特性相匹配。

1.4提高能源交易的自由度

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，儲能實現(xiàn)能源供應(yīng)和消費(fèi)在時間和空間上的解耦，改變了傳統(tǒng)能源供應(yīng)及消費(fèi)模式，能源的生產(chǎn)者和消費(fèi)者作為交易主體都將參與到市場競爭中，并且其角色可相互轉(zhuǎn)換。理想的能源交易市場不僅可以促進(jìn)能源在局部區(qū)域的優(yōu)化分配，也可以在廣域范圍內(nèi)提升資源配置的效率，使多能源自發(fā)形成合理高效的分配格局。對于大型的能源供應(yīng)商，利用大規(guī)模儲能的“庫存”能力，響應(yīng)市場價格的變動，促進(jìn)了資源的合理分配和布局。與此同時，分布式儲能與能源生產(chǎn)的存在改變了用戶與能源供應(yīng)商之間固有的供需關(guān)系，使用戶具有自由選擇參與或退出市場的權(quán)利。儲能的存在提供用戶參與能源交易的可能性，用戶根據(jù)自身的能源消耗需求和生產(chǎn)能力，結(jié)合儲能的配置，向能源市場發(fā)出定制的能源需求，在一些時段，將以生產(chǎn)者的角色向市場提供可靠的能源供給。儲能技術(shù)水平的不斷提升，催化出新的用能模式，如電動汽車，家用分布式儲能裝置等，有助于推動能源消費(fèi)市場的變革，加速能源行業(yè)的進(jìn)步。在良好的市場機(jī)制下，儲能的經(jīng)濟(jì)性對能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建具有關(guān)鍵性的作用。

2能源互聯(lián)網(wǎng)中儲能應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1儲能的規(guī)劃及協(xié)同技術(shù)

大規(guī)?？稍偕茉吹母咝Ю檬悄茉椿ヂ?lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。集中式可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)消納涉及電力系統(tǒng)充裕度、安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面的問題，如何利用儲能解決上述問題是目前各相關(guān)方關(guān)注的熱點。大規(guī)?；瘍δ芘c可再生能源發(fā)電的協(xié)同規(guī)劃與調(diào)度是實現(xiàn)電網(wǎng)級儲能應(yīng)用的兩個關(guān)鍵問題：第一，儲能的規(guī)劃，包括儲能的選址、選型和容量配置幾個層次的內(nèi)容，在規(guī)劃層面，通過儲能的合理選型、布局和容量配置，實現(xiàn)發(fā)輸電資源的協(xié)調(diào)配合和高效利用;第二，儲能的調(diào)度，涉及包含儲能、新能源、常規(guī)電源、可控負(fù)荷在內(nèi)的機(jī)組組合問題，在調(diào)度層面合理安排儲能系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用容量，實現(xiàn)新能源本地和跨區(qū)域消納。概括起來可歸納為兩層優(yōu)化問題：外層為電網(wǎng)潮流約束下的儲能選址和容量配置優(yōu)化，內(nèi)層為以新能源送出消納或經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的儲能充放電運(yùn)行優(yōu)化。

2.2與能量轉(zhuǎn)換裝置協(xié)調(diào)

能源互聯(lián)網(wǎng)中如何利用儲能建立各多元能源之間的耦合關(guān)系滿足潮流約束，并合理配置儲能容量，是能源互聯(lián)網(wǎng)中有待解決的一項關(guān)鍵技術(shù)。儲能動態(tài)特性對可靠性、能源利用率等指標(biāo)的影響不能忽略，儲能對系統(tǒng)能量傳輸和轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性、效率、可靠性等方面的影響也待評估。

2.3能量流優(yōu)化與調(diào)度技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)中多元能源的耦合，使得能源輸入輸出路徑和配置變得復(fù)雜。此外各類設(shè)備的“即插即用”及故障時的“網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)”，都使得能量流路徑具有多變的特征。能源路徑選擇、能源分配的多元化和多變性為能源互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計和運(yùn)行管理帶來挑戰(zhàn)。

3結(jié)語

總之，儲能技術(shù)的提高可以增加我國能源的使用率，能源互聯(lián)網(wǎng)的建立可以完善我國的能源調(diào)配，將儲能技術(shù)與能源互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，可以提高我國資源的利用效率，實現(xiàn)資源的合理配置。因此要不斷加強(qiáng)能源信息之間的交流，促進(jìn)能源的市場化，建立一套完整的能源分配標(biāo)準(zhǔn)，加大政策補(bǔ)貼，為我國儲能技術(shù)的進(jìn)步提供經(jīng)濟(jì)和信息基礎(chǔ)。

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作者簡介：

姓名：張波琦

出生年月：1983

學(xué)歷：碩士研究生

職稱：工程師

單位：國網(wǎng)西藏電科院