淺談能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

劉彥婧

【摘 要】能源緊缺是各國(guó)面臨的巨大挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)的建設(shè)是各國(guó)電力發(fā)展的必然趨勢(shì)，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)等發(fā)展壯大，能源互聯(lián)概念應(yīng)運(yùn)而生。能源的存儲(chǔ)技術(shù)是緩解能源危機(jī)的重要方面，國(guó)家電網(wǎng)在對(duì)未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)方案方面還未有一個(gè)完整的定論。本文就儲(chǔ)能技術(shù)做了深入研究，分析比較，總結(jié)了儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)，指出了未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向和應(yīng)用范圍。并對(duì)能源的分析和節(jié)約技術(shù)做了研究探討，對(duì)應(yīng)用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收，緩解能源危機(jī)等方面有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】能源互聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能技術(shù)；儲(chǔ)能技術(shù)；節(jié)能創(chuàng)收

The Development And Application of Energy Saving Technology And Energy Storage Technology About Energy Internet

LIU Yan-jing

（State Grid Tianjin Electric Power Co.，LTD. Jixian Power Supply Company. Tianjin 300000，China）

【Abstract】Energy shortage is a great challenge to all countries， the construction of smart grid is the inevitable trend of the development of the power of the country， along with the development of Internet technology， Internet + technology and so on. Energy storage technology is an important aspect to ease the energy crisis， the national power grid in the future energy storage technology program has not been a complete conclusion. In this paper， the energy storage technology has been studied， the analysis and comparison， the development characteristics of the energy storage technology， and the development direction and the application range of future energy storage technology are pointed out. And the research on energy saving and energy saving technology is discussed， which has a certain reference value for the application of energy Internet technology to achieve economic income， alleviate the energy crisis and so on.

【Key words】Energy Internet； Energy Saving Technology； Energy shortage Technology； Create Income by Energy Saving

0 引言

隨著能源消耗的增加和不可再生能源的缺乏，能源供應(yīng)短缺或?qū)⒊蔀槿蜃畲蟮奶魬?zhàn)之一[1][2]。為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，各國(guó)積極研究新能源技術(shù)，特別是太陽(yáng)能，風(fēng)能，生物能等可再生能源。可再生能源存在地理上分散、生產(chǎn)不連續(xù)、隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可控等特點(diǎn)。傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的集中統(tǒng)一的管理方式， 難于適應(yīng)可再生能源大規(guī)模利用的要求。對(duì)于可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集， 就地存儲(chǔ)， 就地使用”[3]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，信息技術(shù)與可再生能源相結(jié)合形成的能源互聯(lián)網(wǎng)為未來(lái)能源發(fā)展提供了可行的技術(shù)方案，對(duì)智能電網(wǎng)、分布式發(fā)電、微網(wǎng)研究等各個(gè)領(lǐng)域起著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

能量的存儲(chǔ)和節(jié)約技術(shù)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，如何發(fā)展儲(chǔ)能節(jié)能技術(shù)，并將其很好地應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值或創(chuàng)收是能源互聯(lián)網(wǎng)研究與發(fā)展的一個(gè)重要課題。

1 能源存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀

能源存儲(chǔ)主要指電能的存儲(chǔ)，即將電能通過(guò)某種裝置轉(zhuǎn)換成其他便于存儲(chǔ)的能量高效存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)，可以將所存儲(chǔ)的能量方便地?fù)Q成所需形式能量的一種技術(shù)。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是高效大容量存儲(chǔ)能量的方法，二是快速高效的能量轉(zhuǎn)換。目前發(fā)展較為成熟的能源存儲(chǔ)技術(shù)可分為三大類(lèi)：電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能[4][5]。

1.1 電化學(xué)儲(chǔ)能

化學(xué)儲(chǔ)能即利用可雙向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，配合恰當(dāng)?shù)膬蓸O材料，在特殊環(huán)境下進(jìn)行能量雙向轉(zhuǎn)化，被譽(yù)為改變未來(lái)世界的十大科技之首[6]。其產(chǎn)品主要包括鉛酸電池、鋰電池、燃料電池等。化學(xué)儲(chǔ)能是使用最多最廣泛的一種儲(chǔ)能方式，使用方便，產(chǎn)品種類(lèi)多，循環(huán)使用次數(shù)，并且電能轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 機(jī)械儲(chǔ)能

機(jī)械儲(chǔ)能也稱為物理儲(chǔ)能，利用天然資源來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中涉及到勢(shì)能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，是一種間接儲(chǔ)能方式。其儲(chǔ)能方式主要表現(xiàn)為抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、高溫熔鹽儲(chǔ)能等。盡管機(jī)械儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率不高，但綠色環(huán)保，循環(huán)次數(shù)高。

1.3 電磁儲(chǔ)能

電磁儲(chǔ)能分為超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能兩大類(lèi)，超級(jí)電容儲(chǔ)能利用活性炭的特殊結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)組成的特殊結(jié)構(gòu)獲得大容量，盡管成本較高，但其預(yù)期特性明顯優(yōu)于蓄電池，壽命長(zhǎng)，能量密度高等，是較理想的儲(chǔ)能介質(zhì)。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置利用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電磁相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)充放電，其能量損耗非常小，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生影響。但超導(dǎo)儲(chǔ)能條件要求較高，技術(shù)發(fā)展緩慢，應(yīng)用起來(lái)比較困難。

2 基于能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展

2.1 儲(chǔ)能技術(shù)特性分析

現(xiàn)有的幾種儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展時(shí)間、成熟程度、表現(xiàn)方式和適用范圍均各有所不同。盡管機(jī)械儲(chǔ)能最為清潔環(huán)保，但一般用于大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，對(duì)于具有分布式特點(diǎn)的能源存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，并不適用，未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能很難采取這種方式。電磁儲(chǔ)能的兩種儲(chǔ)能方式在價(jià)格上沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，不能達(dá)到解決能源存儲(chǔ)問(wèn)題的同時(shí)不對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響的目的，并且電磁儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展緩慢，距離推廣應(yīng)用階段尚有很大的距離。而電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展歷史悠久，價(jià)格低廉，適用范圍極廣，并且電化學(xué)儲(chǔ)能有良好的技術(shù)基礎(chǔ)，能夠快速發(fā)展并適應(yīng)分布式能量的存儲(chǔ)。從能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及特性，其存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展也有一定的特性和適用范圍。

2.2 基于能源互聯(lián)的儲(chǔ)能技術(shù)特性

從能源互聯(lián)網(wǎng)的工作機(jī)制來(lái)看，能源互聯(lián)是將大量由分布式能量采集裝置， 分布式能量?jī)?chǔ)存裝置和各種類(lèi)型負(fù)載構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)、石油網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)等能源節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來(lái)， 以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的能量對(duì)等交換與共享網(wǎng)絡(luò)。所以基于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源存儲(chǔ)應(yīng)當(dāng)具有就地性和對(duì)環(huán)境高適應(yīng)性，應(yīng)當(dāng)對(duì)地理位置沒(méi)有特殊要求，能夠在各個(gè)區(qū)域投入使用，可適應(yīng)各種環(huán)境，方便對(duì)風(fēng)、光、熱等轉(zhuǎn)化后的能量的存儲(chǔ)。

能源互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是為了更好地解決能源危機(jī)，保障及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，所以基于能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能在成本上需要控制得當(dāng)，不能以犧牲經(jīng)濟(jì)利益為代價(jià)，否則將背道而馳。基于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源存儲(chǔ)應(yīng)當(dāng)具有價(jià)格低、轉(zhuǎn)換率高、能量密度高、環(huán)保友好的特性。

隨著能源互聯(lián)的深入，其服務(wù)范圍不僅僅是電網(wǎng)及相關(guān)單位，而是能源的真正使用者例如企業(yè)、工廠、家庭等，而儲(chǔ)能和節(jié)能服務(wù)的受益者也將細(xì)化到用電單位級(jí)別，相應(yīng)的儲(chǔ)能產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，客戶需求廣而需求種類(lèi)多，基于能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)當(dāng)有非常高的安全性和可靠性，并且儲(chǔ)能量與工作方式靈活多變，適應(yīng)性強(qiáng)。

3 節(jié)能技術(shù)創(chuàng)收模式

能源互聯(lián)網(wǎng)的最終目的是保障和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其架構(gòu)下的儲(chǔ)能技術(shù)與節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)物最終還要實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值或創(chuàng)收的技術(shù)，是沒(méi)有研究?jī)r(jià)值與前景的。未來(lái)節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收是建立在能源互聯(lián)的基礎(chǔ)上，以大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用為依托的。其受益者是電能消耗的基本單元例如家庭、樓宇、商場(chǎng)、企業(yè)、工廠等。

3.1 節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)節(jié)能進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)檢索不難看到，關(guān)于節(jié)能的研究始于19世紀(jì)80年代，并且愈演愈烈，在2010年其研究相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)多達(dá)24萬(wàn)余篇，其研究趨勢(shì)也從工程節(jié)能逐漸細(xì)化到裝備節(jié)能、工序節(jié)能燈，例如油氣田節(jié)能、煉油化工節(jié)能、建筑節(jié)能、空調(diào)節(jié)能、電燈節(jié)能等，凡是耗電的裝備技術(shù)都有進(jìn)一步節(jié)能的空間。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的深入和完善，能源節(jié)約技術(shù)也將掀起新一輪的研究與探索熱潮，未來(lái)節(jié)能模式和節(jié)能方法也將隨著能源互聯(lián)的步伐逐步改變。

3.2 基于能源互聯(lián)的節(jié)能創(chuàng)收模式

未來(lái)節(jié)能創(chuàng)收將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其商業(yè)模式大致分為四個(gè)層次：基礎(chǔ)裝置層，建模層，管理控制層，反饋層。

基礎(chǔ)裝置層是基礎(chǔ)裝置安裝，是整個(gè)系統(tǒng)的硬件單元，用于耗能數(shù)據(jù)的測(cè)量及采集。這是能源節(jié)約的前提基礎(chǔ)，全面掌握能源消耗的產(chǎn)生，才能對(duì)其進(jìn)行改善。

建模層是對(duì)基礎(chǔ)裝置層的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理，從各個(gè)方面對(duì)能耗的特征加以分析，并能在一定方面給予能耗預(yù)算、資源消耗預(yù)算供參考。

管理控制層是在前兩者基礎(chǔ)上，對(duì)受益單位的用電設(shè)備或用電動(dòng)作加以規(guī)范或優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)收的關(guān)鍵，通過(guò)合理規(guī)劃能耗設(shè)備的耗能時(shí)段、優(yōu)化耗能工序等，實(shí)現(xiàn)能耗下降，其創(chuàng)收即能耗差價(jià)。

反饋層的作用是對(duì)管理控制層的能耗管理效果進(jìn)行分析，通過(guò)將管理控制層動(dòng)作前后的基礎(chǔ)裝置層的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，得出能耗改善綜合評(píng)價(jià)，幫助優(yōu)化建模，完善能耗管理機(jī)制。

除此之外，該模式可有助于刺激節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，為節(jié)能技術(shù)提供研究數(shù)據(jù)，幫助客戶科學(xué)合理地選擇和使用耗能設(shè)備。

3.3 節(jié)能創(chuàng)收的條件和基礎(chǔ)

節(jié)能創(chuàng)收是建立在能耗測(cè)量技術(shù)、建模分析技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)發(fā)展、大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用等的基礎(chǔ)上的。節(jié)能創(chuàng)收模式的出現(xiàn)基于能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷完善和深入，能源存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)改革與優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞能源及相關(guān)研究的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)述，提出能源存儲(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的重要性。分別對(duì)目前儲(chǔ)能技術(shù)和節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究總結(jié)，結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展特性，對(duì)基于能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的儲(chǔ)能技術(shù)特性做了總結(jié)，提出基于能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的節(jié)能技術(shù)創(chuàng)收模式并進(jìn)行分析。隨著能源互聯(lián)的不斷深入，智能電網(wǎng)的建設(shè)及完善，能源存儲(chǔ)和節(jié)約技術(shù)必將邁進(jìn)一個(gè)新時(shí)代。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江澤民.對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（3）：6-20.

[2]張麗峰.中國(guó)新能供求預(yù)測(cè)模型及發(fā)展對(duì)策研究[D].2006，04.

[3]張海龍.中國(guó)新能源發(fā)展研究[D].吉林大學(xué)，2014.

[4]駱妮，李建林.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究應(yīng)用[J].2012（02）：77-85.

[5]王承民，孫偉卿，衣濤，等.智能電網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用規(guī)劃及其效益評(píng)估方法綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（03）：62-70.

[6]陳玉和.儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展概況研究[J].能源研究與信息，2012，28（03）：147-152.

[責(zé)任編輯：王偉平]