能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望

胡澤春，丁華杰，宋永華，張放

(1.清華大學(xué)電機(jī)系，北京市100084；2.國(guó)家電力調(diào)度控制中心，北京市100031)

能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望

胡澤春1，丁華杰1，宋永華1，張放2

(1.清華大學(xué)電機(jī)系，北京市100084；2.國(guó)家電力調(diào)度控制中心，北京市100031)

大規(guī)模新能源發(fā)電和眾多分布式可再生能源接入電網(wǎng)給電力系統(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高比例新能源發(fā)電消納不可或缺的資源。首先簡(jiǎn)要分析主要儲(chǔ)能類型的轉(zhuǎn)換原理、技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍，重點(diǎn)探討了熱能儲(chǔ)能以及電制氫氣、電制天然氣等儲(chǔ)能技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電、輸電、配用電以及多能源系統(tǒng)互聯(lián)中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理和分析。最后對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)和主要研究方向進(jìn)行了總結(jié)與展望。

儲(chǔ)能；新能源發(fā)電；能源互聯(lián)網(wǎng)；電動(dòng)汽車

0 引 言

受化石能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的驅(qū)動(dòng)，世界各國(guó)正在大力推動(dòng)可再生能源和清潔交通的發(fā)展。近些年，以風(fēng)電和光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)展迅猛。截至2015年底，全球風(fēng)電和光伏累計(jì)裝機(jī)容量已分別達(dá)到431.9 GW和227.0 GW[1]。其中，我國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電增長(zhǎng)很快，裝機(jī)總?cè)萘糠謩e為 145.1,43.1 GW，均居全球第1位。然而，隨著新能源發(fā)電容量的不斷增大，其隨機(jī)性、波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全穩(wěn)定帶來較大的壓力。雖然我國(guó)的風(fēng)電和光伏發(fā)電總量占總發(fā)電量的比例只有4%左右，但多個(gè)地區(qū)已面臨非常嚴(yán)峻的新能源發(fā)電消納問題，棄風(fēng)、棄光問題突出，造成了巨大的損失和負(fù)面影響。為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對(duì)高比例新能源發(fā)電的消納，發(fā)展儲(chǔ)能是不可或缺的路徑。

在新能源發(fā)電大規(guī)模發(fā)展之前，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已進(jìn)行了大量研究[2]。在新能源大規(guī)模發(fā)展和智能電網(wǎng)背景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)受到了更為廣泛深入的關(guān)注與研究。里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中提出能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。能源互聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)理念和技術(shù)構(gòu)建的融合能源與信息的新型開放系統(tǒng)[3]。能源互聯(lián)網(wǎng)的五大重要元素包括可再生能源、分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能、能源互聯(lián)以及零排放交通。以可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)為核心，能源互聯(lián)網(wǎng)在保障能源系統(tǒng)安全的前提下，最大限度地開發(fā)利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車的廣泛接入，提高能源利用的效率和用戶的便捷性[4]。構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)能夠從系統(tǒng)角度解決社會(huì)能源單耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，促進(jìn)能源及其相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，催生能源生產(chǎn)、消費(fèi)、服務(wù)等新業(yè)態(tài)和商業(yè)模式[5]。

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，新能源將逐漸成為發(fā)電主體，電動(dòng)汽車將成為新興的重要用電負(fù)荷。考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)具有靈活的充放電能力，有學(xué)者提出利用儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的能力，構(gòu)建包含電、氣、熱、氫的能源服務(wù)器和緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)能量的“分組包交換”，從而構(gòu)建與互聯(lián)網(wǎng)類似的能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[4]。在此架構(gòu)之下，集中式或分布式的新能源發(fā)電資源、可控的負(fù)荷資源等通過儲(chǔ)能單元的緩沖進(jìn)行互聯(lián)，這樣不僅能夠通過儲(chǔ)能減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，更能夠相互隔離，有效阻隔級(jí)聯(lián)故障[6]。由此可見，儲(chǔ)能技術(shù)作為連接電力系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、天然氣等化石燃料網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將成為能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、發(fā)展的基礎(chǔ)。

本文首先分類介紹主要儲(chǔ)能技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的領(lǐng)域。其中，重點(diǎn)對(duì)熱能儲(chǔ)能系統(tǒng)以及電制氫氣、電制天然氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電、輸電、配用電以及多能源系統(tǒng)互聯(lián)中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理和分析，并展望儲(chǔ)能應(yīng)用主要的挑戰(zhàn)和重點(diǎn)的研究方向。

1 主要儲(chǔ)能類型的發(fā)展現(xiàn)狀

電能可以轉(zhuǎn)換為化學(xué)能、勢(shì)能、動(dòng)能、電磁能等形態(tài)存儲(chǔ)，按照其具體方式可分為物理、電磁、電化學(xué)和熱能儲(chǔ)能四大傳統(tǒng)類型。近些年隨著技術(shù)的發(fā)展，誕生了電制氫、電制天然氣等新的儲(chǔ)能形式[7]。本節(jié)對(duì)主要的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1.1 物理儲(chǔ)能

物理儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等形式。其中，抽水蓄能是目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、循環(huán)壽命周期最長(zhǎng)、容量最大的一種儲(chǔ)能技術(shù)，通過水泵將下水庫(kù)的水抽送到上水庫(kù)存儲(chǔ)電能，通過上水庫(kù)水流沖擊水輪機(jī)組發(fā)電釋放能量。抽水蓄能電站技術(shù)成熟可靠，單位容量成本相對(duì)較低，在各國(guó)電力系統(tǒng)中不僅發(fā)揮了削峰填谷、黑啟動(dòng)、調(diào)頻調(diào)相等作用，還能夠優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、有效提高電網(wǎng)消納新能源發(fā)電的能力。其缺點(diǎn)是受地理?xiàng)l件的制約，選址困難且建設(shè)周期較長(zhǎng)；一般距離用電負(fù)荷較遠(yuǎn)，輸電損耗較大。

壓縮空氣儲(chǔ)能電站在充電時(shí)用電力壓縮空氣并將其儲(chǔ)藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，放電時(shí)釋放高壓氣體驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電[8]。但其能量密度較低，并受巖層等地形條件的限制。近幾年，研究人員進(jìn)一步優(yōu)化熱力循環(huán)，改變介質(zhì)及其狀態(tài)，開發(fā)出先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等多種新型的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。這些新系統(tǒng)具有儲(chǔ)能規(guī)模大、效率高、不需要大的儲(chǔ)存裝置等優(yōu)點(diǎn)[9]，可用于消納新能源、削峰填谷、頻率調(diào)節(jié)等。

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由一個(gè)圓柱形旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊和通過磁懸浮軸承組成的支撐機(jī)構(gòu)組成。飛輪充電時(shí)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，發(fā)電時(shí)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。飛輪儲(chǔ)能的突出優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行維護(hù)需求小、設(shè)備壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好，適用于高功率、短時(shí)間的場(chǎng)合。其缺點(diǎn)主要在于受材料性能制約，單個(gè)飛輪的容量難以做大。

1.2 電磁儲(chǔ)能

電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器等。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能單元的能源來自于超導(dǎo)線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)[10]。存儲(chǔ)的能量能夠近乎瞬時(shí)地通過功率變換系統(tǒng)釋放至電力系統(tǒng)，并且可以根據(jù)電力系統(tǒng)的需要對(duì)儲(chǔ)能線圈進(jìn)行充放電。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能具有快速響應(yīng)特性、極高的儲(chǔ)能效率、極長(zhǎng)的循環(huán)壽命和較大的功率等顯著優(yōu)點(diǎn)，適用于暫態(tài)穩(wěn)定控制和電能質(zhì)量提升等場(chǎng)景，但目前造價(jià)非常昂貴，仍處于研發(fā)和示范運(yùn)行階段。

超級(jí)電容器采用多孔的碳或其他表面積很大的材料做電極，正負(fù)極板距離極小，可提高容量達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)。其與常規(guī)電容器相比具有更高的介電常數(shù)、更大的表面積或者更高的耐壓能力。其優(yōu)點(diǎn)在于壽命長(zhǎng)、效率高、功率密度大，缺點(diǎn)在于放電時(shí)間短、自放電率較高，且價(jià)格昂貴，因此主要用于需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合，如功率因數(shù)調(diào)整、無(wú)功電壓支撐等。

1.3 電化學(xué)儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)，主要是利用氧化還原化學(xué)反應(yīng)。在氧化和還原反應(yīng)的可逆過程中，離子的轉(zhuǎn)移帶來電荷的流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放。具體形式包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池等。

鉛酸電池是最古老也最廣泛使用的電化學(xué)裝置，其總體投資規(guī)模在化學(xué)儲(chǔ)能中是最小的，自放電率低、維護(hù)成本低，但是壽命短、存在環(huán)境污染問題。鋰離子電池環(huán)境污染小，同時(shí)充放電效率高、壽命長(zhǎng)，能量和功率密度高，但目前價(jià)格偏高，不耐受過充過放，對(duì)溫度較敏感，需要多重保護(hù)機(jī)制，電池管理系統(tǒng)復(fù)雜。

液流電池將正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)。液流電池能夠100%深度放電，循環(huán)壽命長(zhǎng)。由于其電解液存儲(chǔ)在2個(gè)獨(dú)立的容器中，可以通過增加電解液的量或提高電解質(zhì)的濃度達(dá)到增加電池容量的目標(biāo)，因此額定功率和容量相互獨(dú)立[11]。液流電池系統(tǒng)主要應(yīng)用于電站調(diào)峰、不間斷電不間斷電源(uninterruptable power system，UPS)和可再生能源的接入。

鈉硫電池是以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。其能量密度很高，具有大電流、高功率放電以及短時(shí)過載等能力，自放電及副反應(yīng)很弱，充放電效率可高達(dá)90%。目前，鈉硫電池已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。但其工作溫度較高，加熱保溫裝置大大提高了成本，同時(shí)有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 熱能儲(chǔ)能

熱能儲(chǔ)能是將電能與熱能互相轉(zhuǎn)換的裝置，歷史悠久、使用場(chǎng)合廣泛。熱能儲(chǔ)能按照工作溫度分為高溫儲(chǔ)能(儲(chǔ)熱)與低溫儲(chǔ)能(儲(chǔ)冷)，可進(jìn)一步分為工業(yè)制冷(低于-18 ℃)、建筑制冷(0～12 ℃)、建筑制熱(25～50 ℃)、工業(yè)制熱(高于175 ℃)。一般把物質(zhì)內(nèi)能隨溫度升高而增大的部分稱為顯熱，把相變的熱效應(yīng)稱為潛熱，把化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為化學(xué)反應(yīng)熱，把溶液濃度變化的熱效應(yīng)稱為溶解熱或稀釋熱。目前便于大規(guī)模使用的有顯熱和潛熱2類。

顯熱儲(chǔ)能技術(shù)是利用比熱容較大的物質(zhì)(如水、巖石、土壤等)，在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下隨著溫度的變化會(huì)吸收或放出熱量的性質(zhì)進(jìn)行儲(chǔ)能。潛熱一般是在物質(zhì)相變時(shí)才有，這種相變一般包括：固體物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；固、液相間的相變；液、氣相間的相變；固、氣相間的相變。

固-液相變儲(chǔ)能材料分為無(wú)機(jī)類(無(wú)機(jī)水合鹽)和有機(jī)類(高級(jí)脂肪烴類、脂肪酸及其衍生物)，其具有較高的相變潛熱，但是會(huì)產(chǎn)生液體，其封裝成本和適用性都受到很大限制，因此常用的相變儲(chǔ)能為固-固儲(chǔ)能。固-固儲(chǔ)能材料主要有高分子類交聯(lián)儲(chǔ)能材料、層狀鈦鈣礦吸附相變儲(chǔ)能材料復(fù)合體系、多孔基體復(fù)合相變儲(chǔ)能材料等。由于固-固儲(chǔ)能體積變化小，對(duì)容器的要求較低。

熱儲(chǔ)能一般用于為用戶提供冷、熱負(fù)荷。例如采

用空調(diào)蓄冷技術(shù)能夠在用戶側(cè)提供削峰填谷服務(wù)。利用低谷電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)制冷機(jī)制冰，白天用電高峰期將冷量釋放出來。蓄熱技術(shù)還可以用來回收電爐的煙氣余熱及廢熱，能夠節(jié)約能源。在發(fā)電側(cè)則大規(guī)模地用于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和光熱電站[12]，如果與核電站配合運(yùn)行可以使核電站按基本負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)燃料元件的損害就可以降到最低。

1.5 制氣儲(chǔ)能

因?yàn)樾履茉窗l(fā)電消納的需要，電能和化石能源的相互轉(zhuǎn)化也成為研究的熱點(diǎn)。氫氣、天然氣等化石能源大規(guī)模存儲(chǔ)的技術(shù)相對(duì)于電能更加成熟。因此，電力制天然氣[13-14]以及電力制氫氣[15]逐漸成為新興的儲(chǔ)能形式。和傳統(tǒng)的電力儲(chǔ)能不同，制得的氫氣或天然氣一方面可以用來發(fā)電，以供應(yīng)電網(wǎng)的高峰負(fù)荷，另一方面可以直接進(jìn)入輸氣管道或封裝出售，參與氫氣市場(chǎng)和天然氣市場(chǎng)的流動(dòng)。制氣儲(chǔ)能最大的優(yōu)勢(shì)在于將電能以化石能源的形式存儲(chǔ)和輸送，能夠有效減少電網(wǎng)的擴(kuò)建需求。

1.5.1 電制氫氣儲(chǔ)能

氫氣是一種蓄能密度很高的物質(zhì)，具有熱值高、環(huán)保、無(wú)碳排放等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的二次能源。常用的制氫方法有礦物燃料制氫法、電解水制氫法、熱化學(xué)制氫法、生物質(zhì)制氫法等。其中，礦物燃料制氫法，尤其是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)制法是最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法，但是該方法對(duì)化石燃料有著供應(yīng)的要求。電解水制氫是一種成熟的制氫方法，其優(yōu)點(diǎn)在于制氫純度高，缺點(diǎn)在于成本很高，其中電費(fèi)占整個(gè)制氫生產(chǎn)費(fèi)用的絕大部分，一般而言很難和礦物燃料制氫法競(jìng)爭(zhēng)。但是對(duì)于可再生能源豐富的地區(qū)，電解水不僅可以制得廉價(jià)的氫氣，還可以實(shí)現(xiàn)資源的再生利用，因此利用新能源電解水制氫被認(rèn)為是最有前景的技術(shù)之一[16]。

通常采用的電解水制氫儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在發(fā)電部分輸出富余時(shí)，使用電解水制氫并儲(chǔ)存氫氣；在發(fā)電部分功率不足時(shí)，氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)，發(fā)出電力供給負(fù)載使用。由于氫氣在發(fā)電過程中不會(huì)發(fā)生燃燒反應(yīng)，不受卡諾循環(huán)限制，因此其能量轉(zhuǎn)化效率理論上比電池儲(chǔ)能高。同時(shí)，制氫儲(chǔ)能的日常維護(hù)工作量少，維護(hù)周期比電池儲(chǔ)能長(zhǎng)[17]。

1.5.2 電制天然氣儲(chǔ)能

在電制氫氣的基礎(chǔ)上，研究人員提出了電制天然氣的概念，如圖1所示[18]。首先通過使用電力制備氫氣，氫氣可以封裝出售，注入天然氣管網(wǎng)或?qū)Ｓ玫墓艿溃部梢杂糜诎l(fā)電。同時(shí)，可使用產(chǎn)生的氫氣與二氧化碳合成甲烷，并將生成的甲烷注入管網(wǎng)中輸送到終端用戶。

圖1 電制天然氣示意圖Fig.1 Power-to-gas concept

電制天然氣的最大優(yōu)勢(shì)在于其雙向連接了電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)，能夠?qū)㈦娏σ蕴烊粴獾男问酱鎯?chǔ)和運(yùn)輸，利用現(xiàn)有的天然氣存儲(chǔ)和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供靈活性[19]。這樣可避免新增基礎(chǔ)投資(如增設(shè)電力線路)，同時(shí)解決了新能源消納的問題。

2 儲(chǔ)能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要元素之一，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源的融合運(yùn)轉(zhuǎn)，確保綜合能效的最大化[20]。具體而言，物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能本質(zhì)上均為電力儲(chǔ)能，即電能在富余時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，在需要時(shí)再轉(zhuǎn)化為電能。而熱能儲(chǔ)能和制氣儲(chǔ)能則是“跨系統(tǒng)”的儲(chǔ)能形式，熱能和氫氣、天然氣等能源盡管也可以轉(zhuǎn)化為電能，但是更多地直接滿足熱負(fù)荷和化工負(fù)荷。因此，物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能一般僅用于電力系統(tǒng)，而熱能儲(chǔ)能和制氣儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)不同能源系統(tǒng)的互聯(lián)。

2.1 輔助消納新能源

2.1.1 提升新能源發(fā)電的電網(wǎng)友好性

儲(chǔ)能系統(tǒng)具有靈活的充放電能力，配置于風(fēng)電場(chǎng)或光伏電站中能夠平滑新能源出力[21]，減少其對(duì)電網(wǎng)的沖擊[22-24]。對(duì)于單臺(tái)風(fēng)機(jī)，將儲(chǔ)能系統(tǒng)配置于風(fēng)電機(jī)組背靠背換流器的直流端，通過一定的控制策略能夠有效緩解風(fēng)機(jī)出力波動(dòng)[25]。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)，文獻(xiàn)[26]提出使用超級(jí)電容器和鋰電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑其出力。文章采用了基于小波分解的控制算法，有效降低了風(fēng)電場(chǎng)在1 min和30 min內(nèi)的出力波動(dòng)。文獻(xiàn)[27]研究了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的有功控制策略，同時(shí)評(píng)估了儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量對(duì)該發(fā)電系統(tǒng)供電可靠性的影響。文獻(xiàn)[15, 19]研究了使用制氫儲(chǔ)能和制天然氣儲(chǔ)能平滑風(fēng)電出力。

儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速地四象限調(diào)節(jié)，因此可靈活地與電網(wǎng)雙向交換無(wú)功。文獻(xiàn)[28]研究了在輸電網(wǎng)中

投運(yùn)儲(chǔ)能系統(tǒng)以平抑由風(fēng)電場(chǎng)造成的電壓波動(dòng)。文獻(xiàn)[29]采用了模糊邏輯策略對(duì)風(fēng)電場(chǎng)配置的儲(chǔ)能進(jìn)行控制。研究表明，配置儲(chǔ)能可有效地提升電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，進(jìn)而能夠提高風(fēng)電場(chǎng)的接入容量。未來對(duì)儲(chǔ)能輔助新能源并網(wǎng)控制的研究將著重于儲(chǔ)能有功和無(wú)功功率的優(yōu)化控制[30]，通過多目標(biāo)的控制方案降低儲(chǔ)能的使用成本。

2.1.2 提升新能源發(fā)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提升新能源在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。在各國(guó)逐漸降低新能源發(fā)電補(bǔ)貼的前提下，提高新能源在電力市場(chǎng)中的收益能夠保證投資者對(duì)新能源開發(fā)的積極性。風(fēng)電、光伏等新能源由于預(yù)測(cè)精度較低、可控性較差，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中會(huì)面臨由于出力偏差而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)懲罰[31]。如何通過儲(chǔ)能系統(tǒng)提高新能源發(fā)電收益、減小懲罰成為重要的研究課題。文獻(xiàn)[32-33]基于國(guó)內(nèi)電力體制探索了風(fēng)電-儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的新模式，并提出對(duì)應(yīng)的隨機(jī)優(yōu)化模型。新的運(yùn)行模式不僅能夠使新能源出力跟隨負(fù)荷，還能提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

在歐美電力市場(chǎng)環(huán)境下，文獻(xiàn)[34-36]等提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)配合新能源在日前市場(chǎng)上的報(bào)價(jià)策略。通過預(yù)測(cè)次日的電價(jià)和風(fēng)功率出力生成多個(gè)隨機(jī)場(chǎng)景，采用隨機(jī)優(yōu)化的方法確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的次日出力計(jì)劃。目標(biāo)函數(shù)一般為最大化收益期望，約束中可以采用機(jī)會(huì)約束限制風(fēng)電出力不足的風(fēng)險(xiǎn)[33]。大型的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以發(fā)揮其市場(chǎng)力影響最終的成交價(jià)格，文獻(xiàn)[37]研究了儲(chǔ)能系統(tǒng)配合可再生能源作為日前市場(chǎng)價(jià)格制定者的報(bào)價(jià)策略。文獻(xiàn)[38-42]等研究了新能源發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中的最佳控制策略。常用的控制策略包括線性控制策略、動(dòng)態(tài)規(guī)劃策略、基于備用容量的控制策略等。文獻(xiàn)[43]將日前和實(shí)時(shí)2個(gè)市場(chǎng)結(jié)合起來，在日前上報(bào)策略中考慮實(shí)時(shí)控制策略，提出了整合的風(fēng)-儲(chǔ)上報(bào)及控制策略，進(jìn)一步提高整體的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，利用風(fēng)電等新能源預(yù)測(cè)精度隨時(shí)間臨近不斷提高的特點(diǎn)，文獻(xiàn)[44-46]研究了考慮日內(nèi)市場(chǎng)的滾動(dòng)優(yōu)化模型。通過不斷地修正出力計(jì)劃，減小出力偏差，從而提高整體的經(jīng)濟(jì)效益。圖2為滾動(dòng)優(yōu)化策略示意圖。

2.2 參與電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度

由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量受限，對(duì)于其參與電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究重點(diǎn)考慮其能量耦合約束。文獻(xiàn)[47]提出了理想儲(chǔ)能系統(tǒng)的一般模型，建立了其參與機(jī)組組合的確定性和隨機(jī)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[48]采用分支定界結(jié)合內(nèi)點(diǎn)法求解含儲(chǔ)能的機(jī)組組合問題，研究?jī)?chǔ)能對(duì)含風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)組組合的影響。含儲(chǔ)能的最優(yōu)潮流(optimal power flow，OPF)模型需考慮多個(gè)負(fù)荷斷面。文獻(xiàn)[49]建立了考慮儲(chǔ)能參與的OPF模型，通過忽略無(wú)功潮流將OPF轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題。文獻(xiàn)[50]在OPF半正定規(guī)劃模型研究的基礎(chǔ)上，建立了考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的OPF模型，并證明在引入儲(chǔ)能之后仍能滿足對(duì)偶間隙為0的條件。文獻(xiàn)[51]改進(jìn)了儲(chǔ)能模型，并對(duì)剩余能量約束進(jìn)行了松弛與自適應(yīng)調(diào)整。

圖2 在日前、日內(nèi)和平衡市場(chǎng)中風(fēng)電-儲(chǔ)能的滾動(dòng)優(yōu)化策略示意圖Fig.2 Illustration of rolling optimization strategies that union of wind farm and energy storage applies in day-ahead, intraday and real-time markets

由于電池、飛輪等類型儲(chǔ)能的功率能夠快速調(diào)整，是優(yōu)越的調(diào)頻資源，其控制策略是研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[52]針對(duì)安裝儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)，提出了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的模糊邏輯控制策略。文獻(xiàn)[53]考慮電池的能量限制，提出其動(dòng)態(tài)可用自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)概念并根據(jù)區(qū)域控制偏差大小調(diào)整儲(chǔ)能的功率輸出。文獻(xiàn)[54]對(duì)儲(chǔ)能參與AGC提出了二類控制策略，并采用實(shí)際電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較和分析。圖3示意了將區(qū)域控制偏差(area control error，ACE)高低頻分量分解，由儲(chǔ)能承擔(dān)變化較快的高頻分量的AGC控制策略。

圖3 儲(chǔ)能承擔(dān)高頻分量的AGC控制策略示意圖Fig.3 Schematic illustration of AGC control strategy that energy storage response to high-frequency component

近幾年，美國(guó)通過修改市場(chǎng)規(guī)則，允許儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)[55]。文獻(xiàn)[56]研究能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化，最大化儲(chǔ)能調(diào)頻可用容量的方法。另外，文獻(xiàn)[57]對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量?jī)r(jià)值開展了研究。

2.3 部署儲(chǔ)能提高傳輸能力和穩(wěn)定性

文獻(xiàn)[58]針對(duì)智利電網(wǎng)風(fēng)電送出阻塞的情況，研究?jī)?chǔ)能對(duì)減小棄風(fēng)/阻塞的作用，考慮了傳統(tǒng)機(jī)組爬坡速率的限制。文獻(xiàn)[59]研究抽蓄電站和電網(wǎng)升級(jí)的協(xié)調(diào)規(guī)劃問題，考慮棄風(fēng)損失最小、社會(huì)成本最低等目標(biāo)，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法求解。美國(guó)電科院的研究[60]重點(diǎn)考慮了儲(chǔ)能對(duì)于緩解N-1條件下電網(wǎng)熱極限約束的作用，認(rèn)為鉛酸電池較有吸引力；而對(duì)于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，認(rèn)為超導(dǎo)磁儲(chǔ)能具有明顯優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[61]對(duì)應(yīng)用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[62]提出了采用儲(chǔ)能提高交流互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制的方法。文獻(xiàn)[63]采用飽和控制理論，提出了提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法。

2.4 分布式儲(chǔ)能資源與電動(dòng)汽車V2G

分布式儲(chǔ)能主要包括安裝在配電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)、用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)和分散的電動(dòng)汽車電池資源等。分布式儲(chǔ)能可以提升配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，從而提高配電網(wǎng)接納分布式電源的能力。目前主要的研究熱點(diǎn)在于分布式儲(chǔ)能的選址定容優(yōu)化和優(yōu)化運(yùn)行策略。文獻(xiàn)[64]從減少阻塞成本、延緩配網(wǎng)升級(jí)和實(shí)現(xiàn)低儲(chǔ)高發(fā)套利3個(gè)方面分析了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的效益并建立了以收益最大化為目標(biāo)的優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[65]研究了包含分布式儲(chǔ)能和分布式電源的需求側(cè)管理問題，提出了一種非合作博弈情景下的分布式優(yōu)化算法。文獻(xiàn)[66]則研究了在家庭安裝儲(chǔ)能且與配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商共享的情景下，如何優(yōu)化分布式儲(chǔ)能的運(yùn)行以同時(shí)滿足家庭用戶節(jié)約用電費(fèi)用和保證低壓配電網(wǎng)安全運(yùn)行的需求。

大量分布式儲(chǔ)能資源通過聚合，可以向電網(wǎng)提供可觀的儲(chǔ)能容量。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)削峰填谷[67]、調(diào)頻服務(wù)[68]等成為研究的熱點(diǎn)。對(duì)電動(dòng)汽車充放電與新能源發(fā)電配合，文獻(xiàn)[69]在配電網(wǎng)層面進(jìn)行了研究。電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)(V2G)消納新能源發(fā)電的潛力巨大，但目前面臨電池技術(shù)、市場(chǎng)手段與調(diào)控技術(shù)、接口標(biāo)準(zhǔn)等多方面的挑戰(zhàn)。另一類具有潛力的儲(chǔ)能資源是分布式熱負(fù)荷[70-71]，在控制策略方面已有較多文獻(xiàn)發(fā)表，但其與新能源發(fā)電配合面臨與V2G類似的挑戰(zhàn)。圖4示意了多類型分布式儲(chǔ)能資源參與電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化、提高新能源發(fā)電消納能力的控制構(gòu)架。該構(gòu)架包括輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和本地資源3個(gè)層級(jí)，在時(shí)序上包括日前計(jì)劃、日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化和實(shí)時(shí)控制3個(gè)階段。其中二級(jí)控制中心可以是配電網(wǎng)調(diào)度部門，也可以是集中商。該構(gòu)架還可包括分布式電源和其他類型的可控負(fù)荷資源。

圖4 多類型分布式儲(chǔ)能資源的協(xié)調(diào)控制構(gòu)架示意圖Fig.4 Schematic illustration of coordinated control architecture for multi-type distributed energy storage resources

2.5 多能源系統(tǒng)互聯(lián)與協(xié)調(diào)運(yùn)行

隨著新能源在發(fā)電資源中占比的不斷增加，供需不匹配的情況將日益嚴(yán)重[10]。通過電能和化石能源、熱能的相互轉(zhuǎn)化，不僅能夠有效吸納新能源，緩解電網(wǎng)壓力，更能充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施資源，提高能源系統(tǒng)整體的安全性和利用效率。

2.5.1 電-氣協(xié)調(diào)

近年來，新興的制氣儲(chǔ)能能夠利用多余的電能(主要來自于新能源)制造氫氣、天然氣等，產(chǎn)生的化石能源不僅可以應(yīng)用到其他工業(yè)場(chǎng)合，還能夠反向發(fā)電。如圖5所示，氫氣通過輸、配氫網(wǎng)絡(luò)能夠和電網(wǎng)緊密耦合，在發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)為電網(wǎng)提供支持。

圖5 氫能源網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)耦合示意圖Fig.5 Schematic diagram of hydrogen network coupled with power systems

文獻(xiàn)[72]提出了自備電廠且氫氣就地利用、自備電廠且氫氣外輸利用、直供且氫氣就地利用、自備電廠且氫氣接入天然氣管網(wǎng)4種模式，分析了制氫的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[15]研究了風(fēng)電和電解制氫儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行模式，算例分析表明，兩者協(xié)調(diào)生產(chǎn)不僅能夠提高風(fēng)電在電力市場(chǎng)中的收益，還能夠通過使用可再生能源降低電解氫的生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)[73]首次構(gòu)建了風(fēng)電-氫儲(chǔ)能與煤化工多能耦合系統(tǒng)的基本架構(gòu)，不僅就近為高耗能的煤化工產(chǎn)業(yè)用戶供電，最大限度地利用了可再生風(fēng)能源，還能有效緩和新能源直接并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)最大限度地減少了煤化工生產(chǎn)過程中的原料煤和能源煤的消耗，提高了整體的社會(huì)效益。文獻(xiàn)[13]以英國(guó)實(shí)際系統(tǒng)為例，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面評(píng)估了電制天然氣儲(chǔ)能對(duì)英國(guó)電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)作用。研究表明，電制天然氣儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅提高了各自網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的靈活性，更減少了能源網(wǎng)絡(luò)的投資需求。

2.5.2 電-熱協(xié)調(diào)

電能容易傳輸不易存儲(chǔ)，而熱能容易存儲(chǔ)而不易運(yùn)輸。熱力系統(tǒng)相比電力系統(tǒng)是一個(gè)慣性很大的系統(tǒng)[74]。通過儲(chǔ)熱系統(tǒng)能夠有效地將電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)互聯(lián)，充分發(fā)揮兩者在存儲(chǔ)和傳輸方面的優(yōu)勢(shì)。更重要的是互聯(lián)后的兩個(gè)系統(tǒng)整合為一個(gè)慣性更大的系統(tǒng)，有助于保證自身的穩(wěn)定。

如圖6所示，熱能儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)和熱力系統(tǒng)的源、網(wǎng)、荷三端發(fā)揮其耦合效應(yīng)。在電源側(cè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要有2項(xiàng)應(yīng)用，分別是應(yīng)用于光熱電站和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。儲(chǔ)熱系統(tǒng)是光熱電站的核心組件之一，可以保證光熱電站發(fā)電的連續(xù)性和可調(diào)度性，進(jìn)而保證其可在高電價(jià)時(shí)段發(fā)電以提高經(jīng)濟(jì)性[75]。儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的主要作用是解耦熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱-電耦合特性，弱化其“以熱定電”的約束，提升機(jī)組的調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)的靈活性，以及新能源的消納能力[74]。

圖6 儲(chǔ)熱系統(tǒng)在電力-熱力系統(tǒng)源網(wǎng)荷三端的耦合效應(yīng)Fig.6 Coupling effect of thermal storage on source, network, and load sides of power and thermal systems

在網(wǎng)側(cè)，通過儲(chǔ)熱系統(tǒng)的作用可以將風(fēng)電等新能源就地消納，減少電力的外送容量。由于線路阻塞、調(diào)峰能力不足等原因，我國(guó)“三北”地區(qū)的風(fēng)電限電損失較為嚴(yán)重。同時(shí)，我國(guó)供熱采暖一直以燃煤為主，煙塵、粉塵和SO2是構(gòu)成我國(guó)大氣污染的主要因素。風(fēng)電供暖對(duì)于解決我國(guó)的環(huán)境污染問題和“三北”地區(qū)的棄風(fēng)限電問題具有極高的價(jià)值。除了保證優(yōu)先調(diào)度、建設(shè)外送線路外，我國(guó)有關(guān)部門在2011年后推動(dòng)實(shí)行北方地區(qū)風(fēng)電供暖[72]，有望有效緩解供暖污染和棄風(fēng)問題。大容量的儲(chǔ)熱系統(tǒng)是風(fēng)電供暖系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，能夠緩沖風(fēng)電的出力波動(dòng)，提供較為可靠的熱力供應(yīng)[74]。

在負(fù)荷側(cè)，智能樓宇通過蓄冷空調(diào)技術(shù)進(jìn)行電-熱耦合。當(dāng)電價(jià)較低或樓宇安裝的分布式新能源多發(fā)時(shí)，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)耗電蓄冷；在電價(jià)較高或樓宇安裝的分布式新能源少發(fā)時(shí)，蓄冷空調(diào)釋放冷氣，節(jié)約電能。負(fù)荷端智能樓宇利用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)不僅能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供可觀的調(diào)峰能力，還能就地消納分布式新能源。

3 總結(jié)與展望

本文結(jié)合各類儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)特征，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和探討。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)儲(chǔ)能有助于緩解發(fā)電-用電之間的不平衡，有助于電網(wǎng)進(jìn)行阻塞管理，延緩輸變電設(shè)備的擴(kuò)容投資，提高整體的社會(huì)效益。儲(chǔ)能還能夠?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰調(diào)頻、無(wú)功支持和黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)。

(2)儲(chǔ)能有助于新能源的消納。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有靈活的四象限運(yùn)行能力，能夠平滑新能源出力、維持電壓穩(wěn)定，有助于新能源的友好并網(wǎng)。在風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站中配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提高新能源發(fā)電商在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，提高其經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)新能源的投資和發(fā)展。

(3)儲(chǔ)能與電動(dòng)汽車協(xié)同發(fā)展。隨著大規(guī)模電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充電，其對(duì)電網(wǎng)的影響不容忽視。對(duì)快速充電設(shè)施，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠平滑負(fù)荷波動(dòng)，減少并網(wǎng)沖擊；同時(shí)作為分布式的儲(chǔ)能資源，電動(dòng)汽車能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供多種輔助服務(wù)，協(xié)助消納分布式新能源，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

(4)儲(chǔ)能系統(tǒng)有助于多種能源系統(tǒng)的互聯(lián)互通。成熟的儲(chǔ)熱技術(shù)和新興的電力制氫、電力制天然氣儲(chǔ)能可連接電力系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)與化石能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮各個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。電力、熱力、天然氣網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)不僅能保證各個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，更有助于消納新能源、生產(chǎn)清潔燃料、減少碳排放，提高整體的能源利用效率。

然而，儲(chǔ)能系統(tǒng)充分發(fā)揮其效用還面臨著諸多挑戰(zhàn)，潛在的研究工作包含以下幾個(gè)方面。

(1)儲(chǔ)能系統(tǒng)的建模。目前，對(duì)于電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能的建模已有一定的研究。但是電力儲(chǔ)能系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)乃至電制氫氣、天然氣系統(tǒng)有著很大的不同。如何構(gòu)建適用于實(shí)際的規(guī)劃和運(yùn)行控制的儲(chǔ)能模型是值得深入研究的方向。

(2)考慮多類儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃問題。能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的規(guī)劃問題不僅要考慮電網(wǎng)，還需要考慮熱力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)，乃至交通網(wǎng)絡(luò)等。如何在綜合建模的基礎(chǔ)上，充分協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃，并在規(guī)劃中考慮各類儲(chǔ)能的交互影響將是一個(gè)極其復(fù)雜的問題。

(3)大量?jī)?chǔ)能的分布式控制問題。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將推動(dòng)分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能的快速發(fā)展。隨著發(fā)電和儲(chǔ)能單元數(shù)量的增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的集中式控制模式將不能滿足未來的發(fā)展要求。因此需要研究和開發(fā)新的能源管理系統(tǒng)和分布式控制策略，使其在保證電力以及熱力等系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，能夠充分發(fā)揮各系統(tǒng)間的互補(bǔ)作用。

(4)儲(chǔ)能資源的商業(yè)模式和市場(chǎng)機(jī)制。儲(chǔ)能包含多種能源形式，其成本效益、價(jià)格響應(yīng)等涉及的因素非常復(fù)雜。考慮多種類型儲(chǔ)能的市場(chǎng)和價(jià)格機(jī)制是重要的研究方向，也是目前研究的薄弱環(huán)節(jié)。除研究規(guī)模化儲(chǔ)能為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的市場(chǎng)和補(bǔ)償機(jī)制外，還需要基于微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)、機(jī)制設(shè)計(jì)等理論，研究分布式儲(chǔ)能資源參與大規(guī)模新能源消納和需求側(cè)用能優(yōu)化的商業(yè)模式和價(jià)格激勵(lì)機(jī)制。

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(編輯 劉文瑩)

Research Status and Prospect of Energy Storage Application under Energy Internet Background

HU Zechun1, DING Huajie1, SONG Yonghua1, ZHANG Fang2

(1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2.National Electric Power Dispatching and Control Center, Beijing 100031, China)

The integration of more and more large-scale renewable energy generation and distributed renewable energy generation brings new problems and challenges for the power system operation and planning. Energy storage is the indispensable resource to achieve the absorption of renewable energy generation with the high ratio integration. This paper firstly introduces main types of electric storage systems from the perspectives of energy conversion principles, technical advantages and disadvantages and applicable ranges, and mainly discusses thermal storage as well as power-to-gas and power-to-hydrogen storage. On this basis, this paper combs and analyzes the research status of energy storage in different sectors of power systems, i.e., power generation, transmission, distribution and demand sides, and multiple energy system interconnections under the background of energy internet. Lastly, this paper gives an outlook of the challenges and the corresponding research directions on the application of energy storage in the future.

energy storage; new energy power generation; energy internet; electric vehicle

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51477082)

TM 60

A

1000-7229(2016)08-0008-10

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.08.002

2016-04-27

胡澤春(1979)，男，博士，副教授，主要研究方向包括電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用、智能電網(wǎng)、電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與規(guī)劃、電力市場(chǎng)；

丁華杰(1989)，男，博士，主要研究方向?yàn)轱L(fēng)電調(diào)度、風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行；

宋永華(1964)，男，教授，英國(guó)皇家工程院院士，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、電力市場(chǎng)和低碳電力；

張放(1987)，男，博士，主要研究方向?yàn)閮?chǔ)能技術(shù)應(yīng)用和大電網(wǎng)調(diào)度。

Project supported by National Natural Science Foundation of China (51477082)