高 标

(国网浙江综合能源服务有限公司)

0 引言

在我国社会经济持续增长的新形势背景下, 新能源行业也迎来了全新的发展机遇和挑战, 其中电力储能技术作为现代科技发展的必然产物, 在能源互联网背景下电力储能也被赋予了全新的含义, 该技术不但能保证电网运行的安全性与可靠性, 还能有效优化电能输出的过程, 因此必须对能源互联网背景下的电力储能技术研究予以高度重视。

1 能源互联网背景下电力储能技术的作用

1.1 提高可再生能源的发电效率

能源互联网背景为可再生能源提供了多种利用方式, 有助于满足供热、发电、制氢等多个方面的要求[1]。在现代社会发展中可再生能源呈现出持续增长的发展态势, 但在可再生能源发电间歇性以及大规模波动的影响下, 同样伴随着不确定性的电源侧以及不平衡的电网功率风险。基于此, 在能源互联网背景下可以深入研究电力储能技术的具体应用, 将其与可再生能源发电方式相结合, 通过这种方式降低可再生能源发电的随机性。与此同时, 电网级储能的有效应用还能在一定程度上提高可再生能源发电的适应性, 使得储能成为一种可调度资源, 有助于整体提高电网运行中可再生能源的发电效率。

1.2 实现能源交易自由化

能源互联网背景对原有的能源交易模式创新提供了强有力的支持, 在激烈的能源市场竞争中可以带动能源生产者和消费者参与的积极性, 着重强调两者在能源市场中占据的主体地位, 并且两者之间的角色转换还能有效优化局部区域中的能源配置,综合提高局部区域的能源利用率。最重要的是, 基于能源互联网背景应用电力储能技术, 还能大幅度提高能源配置效率, 同时保证电能资源分配的合理性。

1.3 加强多元能源系统能量管理

在局域多元能源系统支持下, 管理组可以根据价格信息调整能源生产、转换、存储、消费等多个环节, 并将系统运行中产生的成本控制在允许范围内,真正为电网系统运行的安全性与稳定性提供良好保障。在电网系统运行过程中, 可以借助电力储能技术加强储能和释能管理, 并将其作为系统运行决策的重要基础。系统可以根据储能状态的动态变化确定储能功率的大小和方向, 在系统内部形成供需平衡的状态[2]。此外, 对系统不同转换元件的功率进行分配,还能整体提高系统运行效率及企业可获得的经济效益。

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

在大规模能源生产和传输中可以利用广域能源网提供能量缓冲, 以便于系统广域能量调度, 同时维持系统能量的供需平衡。广域能源网作为一种网络骨架结构, 在能源交易市场中可以吸引大容量储能运营主体, 在能量购入或卖出过程中可以结合能源指定使用情况, 以此保证电力储能技术的调节服务水平。

2.2 局域能源网应用模式

局域能源网中的系统运行通常需要以储能和能源转换装置之间的配合为基础, 根据储能状态和供需预测信息判断决策局域网中的能源生产和消耗情况, 从而做出正确的能源生产和消耗决策, 全方位跟踪、管控能源市场的购买和卖出情况。在虚拟能源站中很难预测不同分散生产者的行为, 电动汽车、分布式电源等聚合管理的难度也随之增加。在虚拟能源站管理中可以融合储能基础, 保证虚拟能源站的运行效率[3]。分散的能源生产者可以利用电力储能技术强化自身的能量供应能力, 以潜移默化的方式提高能源生产者在能源市场中的参与程度。

3 能源互联网背景下常见的电力储能技术

3.1 储热技术

储热技术主要包括潜热储能、显热储能、化学储热等多种类型, 当介质温度升高时, 热存储即为显热储能最显著的特点。潜热储能在材料相变的前提下可以吸收热量或释放热量, 如最常见的固-液相变储能模式。相变储能和显热储能之间最大的区别在于前者的温度较为稳定, 且能量密度大。化学储热指利用化学可逆反应实现热能存储, 这种模式下的储能技术具有显著的宽温域阶级储热特点, 并且化学储热的能量密度也远高于潜热储能、显热储能等其他模式的储热技术。化学储热技术在材料选择上提出的要求相对较高, 因此应尽可能选择潜热储能、显热储能等技术类型。

3.2 电化学储能技术

电化学储能技术具有安装灵活、响应速度快的优点, 在电网系统中可以利用电化学储能技术提高能量服务和功率服务效果。与此同时, 电化学储能技术对新能源发电快速波动具有一定的抑制效果, 在保证电网调频的稳定性的同时, 还能强化微电网能量管理,因此电化学储能技术具有明显的技术优势。近年来电化学储能技术已在电力系统运行中得到了广泛应用,如锂离子电池的使用率远高于钠硫电池的使用率。在弱电网或网络连接相对偏远的地区使用电池储能技术, 还能通过太阳能或风能发电的方式缓解该地区面临的电力资源分配压力。此外, 电化学储能项目在新能源场站、微电网、配电网等领域中也得到了广泛应用[4]。但在电化学储能技术实际应用和发展过程中,仍无法摆脱压缩空气储能、抽水蓄能等因素带来的影响, 这也使得该技术在能源市场中面临巨大的竞争压力。针对于此, 在未来发展阶段可以充分发挥电化学储能技术的经济性优势, 进一步提高电化学储能技术在能源市场中占据的份额。

3.3 氢储能技术

氢储能技术在实际应用过程中涉及多道复杂的工序, 我国工业生产中的氢气主要源于煤和天然气。随着现代科技手段的快速发展和进步, 国外发达国家正尝试利用新能源制氢, 如新能源发电电解水制氢的方法, 尽管这种方法很可能造成大量能源损耗, 但在电网负荷低谷时期使用新能源制氢的方法, 可以显著提高新能源所具有的利用价值。目前固体聚合物电解水制氢技术、碱性电解槽技术在风电波动中具有较高的适用性, 而光催化直接裂解水技术的制氢效果最为理想, 该技术中使用的半导体光催化剂材料本身具有较高的利用价值。但我国在制氢技术领域的研究上仍有所欠缺, 其制氢效率也远无法满足工业化发展需求。在氢能输送过程中, 主要利用现存的天然气管网, 将新能源制氢输入天然气管道, 即可实现氢能输送, 尽管这种输送方式的经济适用性强, 但氢气很可能对天然气管道造成腐蚀, 因此在未来发展阶段相关技术人员可以将重心放在氢能专用输送管道的研究上, 通过该项目研究大幅度提高氢能的利用率。

4 能源互联网背景下电力储能技术发展问题

能源互联网背景下的电力储能技术发展面临的问题可以分为技术性和战略性两个层面, 其中技术性问题可以归结为各类储能技术存在的性能指标缺陷, 而战略性问题则指储能产业在实际发展中面临的国家层面的问题[5]。首先, 电力储能技术的技术性问题可以从提高性能、降低成本两个方面着手,围绕着寿命、功率密度、能量密度等性能指标, 以高质量表现上述指标的储能技术为储能产业未来发展的关键技术。其次, 储能技术战略性问题主要体现在核心技术研发、标准体系建设、市场机制、商业化运行等方面。当前我国现行的储能核心技术体系仍缺乏坚实的理论基础, 在顶层设计和底层设计方面仍有待完善, 并且现有的核心技术体系也远无法满足储能行业发展的目标需求, 从而导致技术落后于规划的不利局面。与此同时, 储能产业发展还与工程、环境、消防等领域息息相关, 在储能项目实施过程中既需要以基础为支撑, 又需要不断完善各领域的运行制度及标准体系。

5 能源互联网背景下电力储能技术的未来发展

5.1 储能容量化

在能源互联网背景下可以利用可再生能源完成集中发电、输送、消纳等环节, 在保证储能系统运行的稳定性的基础上提高其获得的经济效益[6]。对大规模储能系统中的可再生能源进行分配和规划时, 必须综合考虑电力资源的总体规划和调配, 重点关注储能选址、容量分配以及选型等要素。其中储能调配主要介于传统能源和新能源之间的匹配,在实践过程中可以利用储能选择、设计、容量分配等手段保证发输电资源分配的合理性, 切实提高电力资源的综合利用率。

5.2 能源流优化

由于多能源耦合局域网中的输入、输出能量配置之间存在明显差异, 因此需要利用CHP 将外界供应的电能转化为热能[7]。能源路径选择和配置很可能加大能源互联网管理的难度, 但其同样可以为能源互联网耦合系统建设以及能源流优化提供强大的推动力。基于此, 设计人员可以根据设备运行状态调节元件功率, 借助优化模型保证能源配置的合理性, 采用软件停机合并的方式有效解决系统运行中出现的能源配置问题, 以此构建储能、释能、闲置三种运行状态。

5.3 交易市场化

在能源互联网背景下使用电力储能技术时, 应在市场竞争中为参与者创造最大化的经济利益, 但这同样使得能源市场交易的无序性和自发性增加, 不利于能源互联网管理。一旦能源局域网系统中的能源价格发生变化, 系统边际价值也会随之发生相应的变动,从而影响整个系统的能源分配情况, 因此企业管理人员在储能行业发展中还需要通过价格控制的方式减少系统能源变化。

6 能源互联网背景下重点发展的电力储能技术

6.1 能量调度和能量优化技术

多能源耦合局域网使得能源输入、输出路径的复杂程度增加, 因此可以通过外部电力供应的方式将电锅炉转化为热能, 或者利用CHP 获取热量。在能源互联网背景下可以采用网络重构的方式处理设备故障, 但其同样会对能源流路径造成一定的影响, 特别是能源路径和能量分配方式就会影响能源互联网的设计和运行效果。基于此, 在实践过程中可以通过能量调度与优化管理的方式降低其对能源互联网设计造成的影响, 如设计人员可以深入研究能量优化分配问题, 基于不同构建建立机组组合模型, 利用该模型还原储能状态、释能状态以及空闲状态, 直观清晰地展示不同工作状态的变化过程, 进而有效减少系统运行产生的成本。

6.2 大容量储能和可再生能源发电协同调度技术

在能源互联网背景下可以实现大规模的可再生能源利用, 但在电网运行中集中式可再生能源发电仍然伴随多个方面的问题, 如系统充裕度、运行安全以及经济性问题等, 但利用储能技术对大容量可能进行科学规划即可避免以上问题, 但需要保证储能选型的合理性, 不断优化储能布局、容量配置等问题, 在输电资源配合下提高可再生能源的利用率。在可再生能源发电的协同调度技术应用过程中, 通常需要关注储能系统的旋转备用容量与调峰调频, 真正将新能源融入到本地或块区域内[8]。目前我国大容量储能规划与可再生能源的协同调度技术发展仍处于探索阶段, 在未来发展阶段仍需深入探索新能源发电方面存在的问题。

6.3 储能与能量转换装置的集成设计和协调配置技术

在能源互联网背景下必须保证各能源之间的耦合关系与时代发展需要相适应, 实现储能容量的合理化配置, 并在多能源耦合系统储能与转换装置中融合系统评价指标, 如能耗、经济、环境等常见的系统评价指标。其中经济指标指初始投资运行成本及整个考察阶段的运行成本, 在模型优化过程中可以从设备负载率、可靠性约束等因素着手进行调整。在电力系统运行中必须考虑储能对运行频率和电压造成的影响, 综合考虑储能动态特性, 以免其对能源利用率及可靠性造成不利影响。基于此, 在未来发展中我国仍需要关注多能源耦合系统中的储能设计与容量规划问题, 这也是该领域研究的主流方向。

7 结束语

电力储能技术在我国现代社会发展中起到至关重要的作用, 尤其体现在带动国民经济增长等方面。在全球能源互联网的智能化发展背景下, 促进电力储能技术与能源互联网的有机融合, 可以对我国传统能源结构体系进行优化和创新, 同时挖掘更多有益于我国国民生活的新能源及可再生能源。但我国能源互联网发展仍具有一定的优化空间, 需要以电力储能技术发展为突破点, 在战略指导下促进电力储能技术的市场化应用。