能源互联网背景下的电力储能技术展望

2020-12-13彭玉丰严海娟

电气技术与经济 2020年5期

韩伟彭玉丰严海娟

(国网喀什供电公司)

0 引言

储能的作用和地位在能源互联网背景下发生了明显变化。电力系统中应用储能技术能有效促进电力系统的高效运行，同时在电力系统中应用储能技术，也给该技术带来了新的发展机遇，对推动电力储能技术的创新有重要意义。现阶段人们在能源互联网背景下，对电力储能技术认识还有待完善，对该技术的应用方式和功能未形成清晰的认识，影响了电力储能技术功能的有效性。因此需要技术人员加强对能源互联网背景下电力储能技术的深入性研究。

1 电力储能技术在能源互联网背景下的作用

1.1 有助于提高电网运行中可再生能源的发电比例

能源互联网中可再生能源的利用方式有多种，利用可再生能源可满足供热、发电以及制氢的多种要求。可再生能源在世界范围内呈现出快速增长的趋势，但是受可再生能源发电间歇性和大规模波动性的影响，明显增加了电源侧不确定性，导致不平衡的电网功率风险明显增加。基于此需要加强对电力储能技术的研究。储能技术联合可再生能源发电，可将随机性减少，增强其可调性。再者应用电网级的储能可提高电网对可再生能源发电的适应性。电网将储能作为一种可调度的资源，可促使其使用价值尽可能的地展现。

1.2 有助于能源交易更加自由

能源互联网背景下可创新原有的能源交易模式，在能源市场竞争中可促使能源生产者和能源消费者纷纷参与进来，可强化两者在能源市场上的主体地位，参与到能源市场上的生产者和消费者两者角色可相互转换，能进一步优化能源在局部区域中的配置，提升能源使用效率。此外，能源互联网背景下应用电力储能技术，还可以将大范围内的能源配置效率提升，促使电能资源可以更加合理的分配。

1.3 有助于强化多元能源系统能量管理

管理者在局域多元能源系统下在能源的生产、转换、存储、消费等环节可以根据价格反映出来的信息合理调整，能明显降低系统在运行过程中产生的成本，提高电网系统运行的安全性和可靠性。在系统运行决策中，可在电力储能技术之下，加强对储能和释能管理，为系统运行决策提供了新的研究对象。再者在储能功率的大小和方向上，系统可依照储能状态的动态变化来确定，促使系统内的供需达到平衡。还有就是分配系统不同转换元件的功率，可以提高系统运行效率，为企业带来更多的经济效益。

2 能源互联网背景下电力储能技术的应用模式

2.1 广域能源网应用模式

广域能源网为大规模能源生产和传输提供了重要的能量缓冲，可便于系统广域能量调度的展开，并保持系统能量在供需上的平衡。广域能源网属于骨干网络结构，此种应用模式下在能源交易市场中大容量储能运营主体可直接参与其中，在能量购入或者卖出问题上可结合能源实际情况，便于提高调节服务水平。

2.2 局域能源网应用模式

局域能源网中系统的高效运行离不开储能和能源转换装置之间的密切配合。决策局域网中的能源生产和消耗时需要结合储能状态和供需预测信息来定，在此基础上可保证能源生产和消耗决策的正确程度，全面掌握能源市场的购买情况和能源卖出情况。虚拟能源站中要想预测不同分散生产者的行为存在较大困难，直接增大了电动汽车、分布式电源等聚合管理上难度系数，在虚拟能源站管理中纳入储能基础可提高虚拟能源站的管理运行效率。分散开来的能源生产者可以在储能作用下，强化自身的能源供应能力，可提高能源生产者在能源市场上的参与度。

3 现阶段能源互联网背景下应用的电力储能技术

3.1 储热技术

潜热储能、显热储能以及化学储热是储热技术主要的类型。其中在介质温度提高的基础上实现热存储是显热储能的显著特点。潜热储能又被称为相变储能，该模式的储能技术主要是在材料发生相变的情况下，吸收热量或者释放热量，现阶段最流行的相变储能模式为固-液相变。相变储能和显热储能最明显的不同在于相变储能的温度较为稳定，产生的能量密度较大。化学储热在存储热能时主要是通过化学可逆反应的方式，能呈现出宽温域梯级储热的特点，化学储热储存的能量密度远远高于其他方式的储热技术，如潜热储能、显热储能。化学储热技术对材料的要求较高，在材料选择上带有较大困难，因此现阶段普遍采取的储热技术以潜热储能、显热储能在为主。

3.2 电化学储能技术

安装较为灵活、响应速度较快是电化学储能技术最为显著的特点，电网系统中利用电化学储能技术可将能量服务和功率服务效果明显提高。此外电化学储能技术可以对新能源发电快速波动产生抑制作用，并能提高电网调频的稳定性，有助于加强微电网能量的管理，可见电化学储能技术带有显著的技术性优势。目前我国电力系统中电化学储能技术呈现出快速发展的趋势，具体表现为锂离子电池被广泛使用，明显高于钠硫电池的使用率。此外，电池储能被应用在弱电网或者离网连接的地区，可提高太阳能或者风能发电的稳定性，解决该地区电力资源利用紧张等问题。此外一些新能源场站、微电网领域、配电网等是电化学储能项目开展最多的领域。电化学储能发展到今天，受压缩空气储能、抽水蓄能等的影响，在能源市场上面临的竞争压力也越来越大。基于此就需要借助电化学储能经济性的优势，在能源市场上占据领先地位。

3.3 氢储能技术

氢储能技术涉及的环节较多，目前我国工业生产中氢气的主要来源为天然气和煤。伴随科学技术的不断发展，国外又研发出了采用新能源来制氢的新技术，如新能源发电电解水制氢，电解水制氢方法需要耗费大量的能源，但是选择电网负荷低谷时期的新能源制氢，可增大新能源利用价值。现阶段对风电波动有很好适用性的是固体聚合物电解水制氢技术和碱性电解槽技术，新技术中制氢最为理想的方法为光催化直接裂解水，该技术选用的材料为半导体光催化剂材料，明显提升了该材料的利用价值。但是我国对该项技术的研究还有待深入，当前的制氢技术，产生的制氢效率远远不能满足工业化发展的要求。氢能的输送环节上经常采取的方式为借助现存的天然气管网，将产生的新能源制氢装入天然气管道中，进行氢能输送，此种输送方法较为经济，但是据相关文献记载氢气可能对天然气管道产生腐蚀作用，因此技术人员也正在加强对氢能专用输送管道的研究，该项研究可极大提高氢能的利用率。

4 能源互联网背景下储能关键技术分析

4.1 能量调度和能量优化技术

能源输出输入路径、配置在多能源耦合局域网中会变得更为复杂，此时可在外部电力供应基础上，促使电锅炉向热能转化，也可以在CHP作用下获取热量。再者能源互联网下的设备发生故障可进行网络重构，此种情况下也会促使能量流路径发生变化。可见选择何种形式的能源路径以及如何分配能量等都会影响能源互联网的设计和运行。加强能量调度和优化管理，可解决上述因素对能源互联网设计和运行带来的影响。比如技术人员向外拓展能量优化分配问题，构建起不同元件的机组组合模型，该模型下可呈现出三种工作状态，分别是储能状态、释能状态以及空闲状态，积极优化不同工作状态的变化过程，可明显降低系统整体的运行费用。

4.2 大容量储能的规划及与可再生能源发电的协同调度技术

能源互联网下建设的主要目的是对可再生资源进行大规模的高效利用。电网对集中式可再生能源发电可产生一系列的问题，如系统充裕度、运行的安全性以及经济性等。借助储能技术可解决上述问题，加强对大容量储能的合理规划，需要提高储能选型的合理性，在储能布局和容量配置等问题上要不断优化，在输电资源相互配合的基础下，提高可再生能源的利用率。可再生能源发电的协同调度技术需要对储能系统的旋转备用容量和调峰调频进行安排，以便可以在本地或者块区域消纳新能源。我国目前对大容量储能的规划和可再生能源的协同调度技术研究还处于不断发展的阶段，在新能源发电上还存在不少的问题，该方面的问题是今后研究的重点。

4.3 储能与能量转换装置的集成设计和协调配置技术

能源互联网背景下需要急需解决的问题就是怎样借助各能源之间的耦合关系更好适应时代的发展，提高储能容量配置的合理性。基于此需要将系统评价指标纳入多能源耦合系统储能和转换装置中，常见的系统评价指标主要有能耗、经济以及环境指标。其中经济性指标主要包括初始投资运行成本以及整个考察周期内的运行成本，设备负载率、系统潮流约束以及可靠性约束等是模型优化中的有效条件。电力运行系统中系统运行频率和电压受储能的影响较大。此种情况下储能动态特性是必须考虑的内容，该方面会对能源利用率和可靠性产生影响。现阶段我国对多能源耦合系统中储能的设计和容量规划问题研究还有待深入，今后该方面也是研究的重点。