大数据技术在储能发展中的应用研究

刘洋

一、引言

在碳减排压力下，清洁能源的开发和利用在我国得到了迅猛的发展。然而，风电和光伏接入电网时受地理环境、天气等影响，具有较强的波动性、随机性和间歇性，严重影响了电网安全稳定运行。储能技术通过高储低发的原理有效提高系统运行灵活性，消除风电、光伏发电等波动性能源的不利影响。

2020年以来，国家层面连续出台文件鼓励推动储能建设，促进清洁能源高质量发展。明确储能技术在未来能源体系中扮演的重要角色。要求提高电力系统调节能力，推动储能技术应用。鼓励多元化社会资源投资的储能建设，鼓励在电源侧、电网侧、用户侧的储能应用。大数据、物联网、人工智能等技术的优化顶层设计，支持储能技术发展，巩固未来能源供应安全。

二、储能发展现状及趋势

（一）我国储能发展现状

“5.31新政之后” 我国储能产业发展迅猛。储能应用在可再生能源并网、智能微电网、辅助服务、电网侧、用户侧等领域发展迅速。截止2019年12月底，我国已投运储能项目装机规模为32.4，比2018年增长3.6%。其中，电化学储能项目同比增长59.4%，累计装机规模为1709.6MW。我国储能产业从原材料生产、储能设备制造、系统集成、资源回收已经建立较为完备产业链。虽然部分关键环节依赖国外技术，但是无论前沿技术还是主流技术我国都已经布局，并且培育出了以比亚迪、宁德时代、中科储能、中车新能源、大连融科等一批技术领先的储能厂商，这些都是实现我国储能产业规模化发展的坚实基础。

（二）国外储能发展现状

全球储能项目装机主要分布在欧洲的西班牙、法国、德国、意大利、奥地利，北美的美国，亚洲的中国、印度、韩国和日本，这些国家储能项目装机容量累计占全球近五分之四。

德国和日本用户储能销售蓬勃发展，是支撑储能系统装机规模重要支柱。2019年，全球储能装机规模为2.7GW/ 5.5GWh。欧洲储能项目工期较短、规模较小、成本较高。发电企业倾向于天然气填补由于煤电退役而带来的装机缺口。2020年受全球疫情影响，全球经济遭受到较大的冲击，很多行业出现衰退，值得庆幸的是储能行业受到的冲击较小。未来，随着能源转型普遍得到认识，储能行业将会蓬勃发展。预计2025年，全球分布式储能市场用户储能模将达到 130 亿美元。在未来智能电网发展中，可再生能源发电独立运行和大规模储能应用后，信息技术的应用将是大新兴浪潮。

三、大数据技术下我国储能发展

（一）发电侧

储能技术在发电侧可发挥平滑波动、一次调频、减少弃电的功能，提高紧急无功支撑等，解决大规模新能源并网问题，从而，提高电网对新能源的消纳能力。储能技术响应速度极快， 可实现信息化、自动化和智能化，储能的调峰调频能力方便电网进行调度。

大数据分析技术通过能源互联网的数据采集、分析及动态服务功能，支持新能源配额交易、电能交易、分布式电源设施监测与运维、互动用电、节能服务、等多种新型业务，将不同运行状态和类型的机组优化组合，动态调整发电状态，提高能源利用率，实现资源有效配置，从而提高发电商的发电补偿效益，达到节能减排目标。建立发电侧机组节能调度多目标优化模型，运用遗传算法等大数据分析算法进行求解。运用大数据分析方法提出储能充放电策略，以成本最低、低碳效益最大等为优化目标，利用粒子群算法、遗传算法等解决储能系统容量配置的一系列优化问题。

（二）电网侧

在电网侧配置分布式或独立式電池储能电站，可以代替现有火电调频机组、调峰机组、无功发电机组、事故备用机组、可控负荷等，具有一定的经济价值。

通过数据采集、传输、处理、服务等大数据技术，获取能源互联网中电网、天然气网、信息通信网、电气化交通网、运行状态数据，经过数据处理、聚类、数据分析，提供改进的控制策略。大数据的价值主要体现为提升电网企业经营管理效率以及服务电网企业用户。例如，在输电阶段，通过数据采集输电环节的各个线路实时信息数据，制定合理的输电方案，大大降低电力线损率。我国电力行业目前处在建造智能电网时期，大数据技术可以加强电力系统中的输电能力，降低输电环节电力的损耗。

（三）用户侧

用户侧储能是商业化应用最早领域。储能可通过“削峰填谷”，为用户节省用电成本、降低用户停电风险、降低容量电费、提高电能质量、并参与需求侧响应，可通过节省扩容费率、峰谷电价差、用电响应、等降低用电成本，从而发挥多重价值。

目前，用户侧储能产业领域缺乏规范的互联网平台来拓展业务。设计以云服务器为主站，移动端应用作为交互前端，以“政府、电网、用户、商家”为服务对象，采集系统的大数据，接入用电信息，贯通储能从“设计、接口、建设、运维”环节，实现引导用户侧储能合理布局，精准测算出用户储能经济效益，并智能感知工商业用户储能配置需求。实现储能主体广泛互联、储能运营主体智慧互动、储能效益价值共创产业生态圈。以储能基础设施和电网为依托，以大数据技术为基础，储能电力云交易作为主要业务收入盈利模式，构建大数据平台商业运营模式。

四、新一代信息技术促进储能产业发展

（一）物联网技术对储能产业经济安全问题促进

物联网技术在清洁能源生产中连接发电、输电、配电和储电设备上的传感器，远程实时监控设备工作，可以降低运营成本。通过能源物联网连接各类新型业务需要深广度和广度的数据连接支持（包括智能电表、碳排放、智能运维、能效管理、能耗监测、用户侧电器、充电桩等），可以为智慧储能的许多应用场景提供基础数据连接，实现高效化、清洁化、市场化的开发应用，促进节能减排，辅助实现能源电力的高效化消费。目前，智能小区是物联网重要应用之一，包含用电信息采集、互动服务、配电自动化、储能用户侧分布式电源、电动汽车充电、智能家居等新技术，综合计算机技术、通信技术、测量技术、控制技术等多学科技术领域，是多系统、多领域协调的集成应用。用户可以利用这些信息识别用电浪费，尤其是一些耗电设备，从而节省能源费用。

（二）区块链技术对储能商业模式影响

关于商业模式问题是近几年实践者和学者们重要研究问题之一，区块链技术的迅猛发展为商业模的式创新注入新的信息驱动力。利用区块链的共识算法、加密技术、分布式存储、智能合约实现多主体交易的智能研判、快速融合形成交易全过程的大账本，实现能源数据的不可篡改、精准追溯、最终满足能源交易公正、公平、公开的要求。

“区块链+共享储能”作为储能的一种创新商业模式，可以分别用在电源侧、电网侧和用户侧。电源侧共享储能：通过整合电源侧储能站，为新能源电厂提供弃风弃光的电量释放与存储，缓解清洁能源高峰时段的电力电量消纳困难，从而实现电源侧“储能于厂”。电网侧共享储能：利用电网现有资源，在变电站设置可供储能接入标准的插座，整合中小储能企业移动式储能资源，吸收弃风弃光的电量，根据国网三站合一建设要求及电网需求放电，实现灵活移动的共享储能在电网侧“储能于站”。用户侧共享储能：当新能源高发时段吸收电力，利用智能楼宇或电动汽车等储能装置，对电动汽车进行充电，其他时段释放电力，实现用户侧“储能于民”。在区块链技术的保障下，新能源和储能就像买卖股票一样，轻松便捷的进行市场竞价交易。

（三）人工在智能对储能的未来发展

人工智能技术通过集成简化技术的方式改善现有的储能技术，包括可再生能源的微电网、抽水蓄能、公用事业规模的电池储能等。随着储能技术的进步和成本的逐渐下降，智能储能在电网中的辅助服务中作用越来越重要。当供应、需求缺口的时候，AI可以实现有效分配，并且可以节省功耗供以后使用。集成不同的多个存储系统可以最大程度地发挥作用，而且智能能量存储系统通过改善间歇性发电引起的电压控制和频率可以进一步提高安全性。

人工智能技术显著地应用是创建自主机器人，机器人在其他危险情况下可以代替人类。无人驾驶机器可测量高压电力线路、记录并报告其所在位置，以便提取而不会危及人的生命。能源市场参与者使用机器学习提高提高能源交易的透明度、预测能力，集成清洁能源、存储并赋予无人机以生命。强大的人工智能技术和能源行业的融合将对全球能源产生广泛而巨大的影响。

五、结语

全球新一轮产业变革和科技革命蓬勃兴起。大数据、储能等技术方兴未艾，相互融合，具有广阔应用前景。本文基于国内外储能技术发展现状，剖析大数据技术在发电侧、电网侧和用户侧的应用，并扩展到物联网技术、区块链技术和人工智能技术等其他信息技术在储能产业中的应用，以期望对我国储能产业信息化发展提供思路。

可以预见“十四五”时期，全国电力需求将维持低速增长态势，而新能源电源装机将仍维持一定比例快速增长。随着新能源装机与电力消费占比进一步提升，平均发电的成本将被抬高，在整体电力需求增长的环境下，新增消纳成本无法通过限价的电力市场解决。构建全国范围的储能大数据中心尤为重要。依托此数据中心，开展储能电站的并网检测，对不同厂商设备的技术评估。建立储能标準体系有助于该行业有序的参与电力市场交易，提升储能效益、效用价值，助力储能产业的商业化进程。

作者单位：内蒙古师范大学 华北电力大学