能源互联网背景下储能应用的研究现状与展望

张栋

摘要：大规模新能源发电和众多分布式可再生能源接入电网给电力系统运行与规划带来了新的问题和挑战。储能是电力系统实现高比例新能源发电消纳不可或缺的资源。首先简要分析主要储能类型的转换原理、技术优缺点、适用范围，重点探讨了热能储能以及电制氢气、电制天然气等储能技术。在此基础上，对能源互联网背景下储能系统在发电、输电、配用电以及多能源系统互联中的研究现状进行了梳理和分析。最后对储能应用面临的挑战和主要研究方向进行了总结与展望。

关键词：能源互联网背景；储能应用；现状；展望

中途分类号：P754.1

1 主要储能类型的发展现状

1.1 电化学储能

化学储能即利用可双向进行的化学反应，配合恰当的两极材料，在特殊环境下进行能量双向转化，被誉为改变未来世界的十大科技之首。其产品主要包括铅酸电池、锂电池、燃料电池等。化学储能是使用最多最广泛的一种储能方式，使用方便，产品种类多，循环使用次数，并且电能转化效率高等优点。

1.2 物理储能

物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等形式。其中，抽水蓄能是目前电力系统中应用最为广泛、循环寿命周期最长、容量最大的一种储能技术，通过水泵将下水库的水抽送到上水库存储电能，通过上水库水流冲击水轮机组发电释放能量。抽水蓄能电站技术成熟可靠，单位容量成本相对较低，在各国电力系统中不仅发挥了削峰填谷、黑启动、调频调相等作用，还能够优化电源结构、有效提高电网消纳新能源发电的能力。其缺点是受地理条件的制约，选址困难且建设周期较长；一般距离用电负荷较远，输电损耗较大。

1.3 机械储能

机械储能也称为物理储能，利用天然资源来实现储能，其能量转换过程中涉及到势能、动能的转换，是一种间接储能方式。其储能方式主要表现为抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、高温熔盐储能等。尽管机械储能转换效率不高，但绿色环保，循环次数高。

1.4 热能储能

热能储能是将电能与热能互相转换的装置，历史悠久、使用场合广泛。热能储能按照工作温度分为高温储能（储热）与低温储能（储冷），可进一步分为工业制冷（低于-18℃）、建筑制冷（0-12℃）、建筑制热（25-50℃）、工业制热（高于175℃）。一般把物质内能随温度升高而增大的部分称为显热，把相变的热效应称为潜热，把化学反应的热效应称为化学反应热，把溶液浓度变化的热效应称为溶解热或稀释热。目前便于大规模使用的有显热和潜热2类。显热储能技术是利用比热容较大的物质（如水、岩石、土壤等），在物质形态不变的情况下随着温度的变化会吸收或放出热量的性质进行储能。潜热一般是在物质相变时才有，这种相变一般包括：固体物质的晶体结构发生变化；固、液相间的相变；液、气相间的相变；固、气相间的相变。固-液相变储能材料分为无机类（无机水合盐）和有机类（高级脂肪烃类、脂肪酸及其衍生物），其具有较高的相变潜热，但是会产生液体，其封装成本和适用性都受到很大限制，因此常用的相变储能为固-固储能。

1.5 电磁储能

电磁储能分为超级电容储能和超导储能两大类，超级电容储能利用活性炭的特殊结构和电解质组成的特殊结构获得大容量，尽管成本较高，但其预期特性明显优于蓄电池，寿命长，能量密度高等，是较理想的储能介质。超导储能装置利用超导线圈产生的磁场实现电磁相互转化，从而实现充放电，其能量损耗非常小，对环境不产生影响。但超导储能条件要求较高，技术发展缓慢，应用起来比较困难。

1.6 制气储能

因为新能源发电消纳的需要，电能和化石能源的相互转化也成为研究的热点。氢气、天然气等化石能源大规模存储的技术相对于电能更加成熟。因此，电力制天然气以及电力制氢气逐渐成为新兴的储能形式。和传统的电力储能不同，制得的氢气或天然气一方面可以用来发电，以供应电网的高峰负荷，另一方面可以直接进入输气管道或封装出售，参与氢气市场和天然气市场的流动。

2 能源互联网背景下储能技术的发展

2.1 储能技术特性分析

现有的几种储能技术发展时间、成熟程度、表现方式和适用范围均各有所不同。尽管机械储能最为清洁环保，但一般用于大规模储能领域，对于具有分布式特点的能源存储来说，并不适用，未来能源互联网的储能很难采取这种方式。电磁储能的两种储能方式在价格上没有竞争力，不能达到解决能源存储问题的同时不对经济产生影响的目的，并且电磁储能技术发展缓慢，距离推广应用阶段尚有很大的距离。而电化学储能技术发展历史悠久，价格低廉，适用范围极广，并且电化学储能有良好的技术基础，能够快速发展并适应分布式能量的存储。从能源互联网架构及特性，其存储技术发展也有一定的特性和适用范围。

2.2 基于能源互联的储能技术特性

从能源互联网的工作机制来看，能源互联是将大量由分布式能量采集装置，分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。所以基于能源互联网的能源存储应当具有就地性和对环境高适应性，应当对地理位置没有特殊要求，能够在各个区域投入使用，可适应各种环境，方便对风、光、热等转化后的能量的存储。

能源互联网的出现是为了更好地解决能源危机，保障及促进经济的发展，所以基于能源互联网的储能在成本上需要控制得当，不能以牺牲经济利益为代价，否则将背道而驰。基于能源互联网的能源存储应当具有价格低、转换率高、能量密度高、环保友好的特性。随着能源互联的深入，其服务范围不仅仅是电网及相关单位，而是能源的真正使用者例如企业、工厂、家庭等，而储能和节能服务的受益者也将细化到用电单位级别，相应的储能产品运行环境复杂，客户需求广而需求种类多，基于能源互联网的储能技术应当有非常高的安全性和可靠性，并且储能量与工作方式灵活多变，适应性强。

结论

本文围绕能源及相关研究的发展趋势做了简述，分别对目前储能技术和节能技术发展现状进行了研究总结，结合能源互联网的发展特性，对基于能源互联网架构下的储能技术特性做了总结，随着能源互联的不断深入，智能电网的建设及完善，能源存储和节约技术必将迈进一个新时代。

参考文献

[1]田世明，栾文鹏，张东霞，等.能源互联网技术形态与关键技术[J].中国电机工程学报，2015，（14）：347-349.

[2]陈玉和.储能技术发展概况研究[J].能源研究与信息，2012，（03）：147-149.