能源互聯網視域下電力儲能問題研究

李宇飛

(國家電投內蒙古巴音新能源有限公司，內蒙古 阿拉善左旗750300)

我國社會的進步和經濟的發展都與能源支持關系密切，并且在現如今能源緊缺的形勢下，不斷發展可再生能源已經成為我國能源發展的主要目標。隨著越來越多新能源項目的增加，為我國電網運行的穩定性帶來了巨大挑戰。因此在能源互聯網視域下應用電力儲能技術已經成為確保電網運行安全性和穩定性的重要基礎。基于此，本文以能源互聯網視域下電力儲能問題為導向，對電力儲能技術發展現狀及能源互聯網中電力儲能技術的應用展開分析。

1 能源互聯網發展概述

結合現狀分析，能源互聯網已經成為世界各國科研機構研究的熱點，所以能源互聯網也被稱為“第三次工業革命”的核心內容。目前很多發達國家都開始加大對能源互聯網技術的發展力度，雖然各個國家能源互聯網的認知水平以及發展情況各不相同，但是其發展的核心一致，均為保證能源技術和互聯網信息技術的有機結合。使傳統能源系統在使用過程中的集中度加以分散，轉變傳統單一的只能由生產者控制的情況，建立同消費者可以互動交流的新型能源系統，使可再生能源在能源系統中的比例增加，保證多能源有效聯動的高效利用模式的實現[1]。圖1 為能源互聯網儲能示意圖。

圖1 能源互聯網儲能示意圖

近些年來，我國智能技術呈飛速發展趨勢，信息技術的應用也變得愈加普遍。在能源互聯網發展的進程中，越來越多的高校也廣泛參與能源互聯網體系標準制定工作，對其概念、形式和發展模式進行深入研究，為能源互聯網的發展注入活力[2]。

2 能源互聯網的儲能應用模式及作用需求

2.1 儲能應用模式

儲能技術是電力系統的重要組成部分之一。儲存作用在能源互聯網中的作用得到了擴展，能源互聯網的主要組成部分包括物理系統、管理系統及能源交易市場。對能源互聯網物理系統來說，應以大規模新能源發電遠距離、跨區域輸送為前提，根據天然氣輸送通道組成能源互聯網的主要網絡，在這一前提下，根據相應區域對能源生產及消費的合理劃分，建立多個能源局域網。能源局域網通過本地能量接口將能源傳輸網、負荷、能源轉換等接入，通過智能能量接口實現并網。能源互聯網管理系統的主要組成部分包括廣域能量管理系統及局域能量管理系統，前者的作用在于大規模能源生產及輸送的協調，后者的作用在于優化本次能源生產及消費[3]。能源交易市場則由大規模集中式能源生產商、大容量儲能運行商和局域能源網運營商共同參與。

基于能源互聯網結構，其儲能主要包括以下兩種模式。第一，廣域能源網應用。骨干網絡系統中，通過大規模儲能技術對集中式能源生產進行協調，進行廣域能量管理，為大規模生產及傳輸提供動力，保證系統廣域能量調度的順利，確保供需之間的平衡。大容量儲能運營主體是能源交易市場的主要組成部分，結合市場價格變動情況靈活買入或者賣出，或者提供調節等相關服務[4]。第二，局域能源網的應用。在局域能源網中，儲能和能源轉換裝置共同使用，相互協調，保證系統的穩定運轉，局域能源網管理系統結合儲能情況、供需預測信息、能源價格信息等對局域網中的能源和生產消耗進行有效決策，在市場中購入或者賣出能量。

2.2 儲能的作用和需求

結合上述分析可知，對廣域能源互聯網和局域能源互聯網來說，儲能具有重要的作用。在各種應用模式下，儲能也具備相應的作用和需求，下面本文對此進行分析。

2.2.1 支持高比例可再生能源發電電網運行

在世界范圍內，可再生能源發電呈飛速發展的趨勢，大規模波動性和間歇性可再生能源發電接入導致電源側不穩定性明顯，導致電網功率不平衡風險滋生。對大規模可再生能源發電接入來說，可以使用儲能技術和發電聯合，預防其不確定性，提高可調性。其次，使用電網級儲能有助于提高電網對可再生能源發電的適應能力。對后者進行分析，儲能屬于電網的一種可調度資源，其價值豐富，使用空間廣泛。在電網級應用過程中，儲能的需求可以劃分為功率服務和能量服務兩種[5]。功率服務中儲能需要對電網的暫態穩定與短時功率平衡氬氣，作用時間從幾秒鐘到幾分鐘。能量服務儲能多適用于較長時間尺度的功率調節，作用時間從數小時到季節時間尺度，能夠解決系統峰谷調節和輸配電線路阻塞的問題[6]。

對功率服務來說，需要對快速的大容量儲能技術做出響應，主要包括飛輪儲能、電池儲能等，實現儲能技術和電子技術的有機結合，具備四象限調節能力，實現對有功功率與無功功率的共同調節，保障電網的電壓及頻率。對能量服務來說，雙向電力儲能需要具備長期的存儲性能、一定的循環效率和低成本的特點，保證可再生能源發電在時間方面的有效轉移。但是結合現狀分析，大規模電力儲能并不是解決高比例可再生能源發電問題的唯一方法，用電負荷的柔性調節也是一種有效的方法，對分布式儲能技術的有效應用有助于強化電力負荷的柔性調節性能。

2.2.2 強化多元能源系統的靈活性和可靠性

能源互聯網中具有多種能量流，這些能量流互相作用和影響，例如攝取熱電聯供系統中，多端口網絡中的電力服務與熱力服務便具備互相約束的關系。在保障多能源系統靈活性方面，需要儲能對多種能源間的關系進行弱化，儲能的技術類型及實踐尺度需要滿足系統能源供應的要求以及轉化元件的技術特點。

2.2.3 為多元能源系統能量管理及方法優化提供保障

對局域多元能源系統進行分析，管理人員需要結合價格信息對能源的生產、轉換、存儲和消費進行全面安排，最大程度減少系統運行成本，保證系統的安全穩定運行。儲能管理及釋能管理是系統運行的重要部分。系統需要結合儲能情況的動態變化情況，明確儲能的功率方向及大小，保證系統內供需的平衡。并且系統中各個轉換元件功率分配對系統運行的效果有重要影響。儲能功率流向及大小對于優化系統能量流來說具有重要作用[7]。除此之外，需要結合能量在儲能單元的滯留情況，明確系統中的能量阻塞情況，及時對運行方案進行調整。儲能的安裝位置、容量大小以及儲能釋能過程完善對于局域能源系統的穩定運行具有重要意義。因此儲能需要具備相應系統運行的性能，具有一定的轉換效率和便捷的安裝條件。

2.2.4 提高能源交易自由度

對能源互聯網來說，傳統能源交易方式無法滿足工作要求，能源生產者及消費者均是市場競爭的參與者，并且兩者是交易的主體，角色可進行互換[8]。能源交易市場不僅需要保證能源在局部區域的合理分配，還需要在廣域范圍內具有一定的效率，確保電能和其他一系列能源共同構成高效、科學合理的格局。對大型能源供應商來說，通過大規模儲能庫存的性能，滿足市場價格趨勢，保證資源的合理分配和規劃。并且分布式儲能與能源生產的存在使用戶和供應商之間傳統的供需關系得以改善，保證用戶具備自由選擇的權利，可以參與到市場中，也可以退出市場。通常情況下，外部能源供給成本越高，用戶脫網的情況就越嚴重，而外部能源供給成本越低，用戶并網的趨勢越明顯。儲能也提高了用戶參加能源交易的可能性，用戶可以結合自身實際要求和生產能力、儲能配置，向市場發出制定的需求，以生產者的角色為市場提供能源，基于市場機制，儲能的經濟性對能源互聯網的結構具有重要作用。

3 電力儲能技術分類

3.1 儲熱技術

該技術主要包括顯熱儲能技術、潛熱儲能技術等，其中前者主要是對介質溫度進行利用達到熱存儲的目標。后者則是一種相變儲能，使用時多通過材料相變吸收能量、釋放能量，由固體轉化為液體的一種相變過程。儲熱技術具有非常高的使用價值，在太陽能發電中應用效果理想，為太陽能發電的穩定性提供保障。并且將其應用于新能源發電中可以及時發現問題，解決消納等相關問題，提高熱電機組的調峰性能[9]。

3.2 電動汽車

對其動力來源性質進行劃分，可分為FCEV 和BEV兩大類型。前者實現氫能和交通運輸網的有效結合，圖2 為FCEV 電動汽車示意圖，后者指的是電網與交通運輸網的有效結合。兩種形式均具有商業化發展趨勢，有助于保障電網的穩定性和安全性。其核心便是電動汽車與電網的交互發展，減少電網壓力。并且其本質屬于分布式儲能單元，能夠提高家庭能源管理水平，具有較高的使用價值[10]。

圖2 FCEV 電動汽車示意圖

3.3 電化學儲能

在具體發展過程中，電化學儲能的響應速度非常快，具有功率服務和能量服務的作用，工作人員通過電化學儲能有助于實現電網的調頻，根據分布式電源，提高電網運行的穩定性。

4 電力儲能系統在能源互聯網中的具體應用

在能源互聯網的視域下，電力儲能系統的主要作用為保證多種類型能源的有效轉換，并且對于我國社會經濟的發展具有重要的作用。但是熱能儲備及制氣設備雖然具有電力供給的作用，但是多數情況下為能源的轉換，屬于能源互聯網視域下需求的電力儲備模式。

4.1 輔助消納新能源

其一，有助于強化新能源發電的電網友好性。儲能系統的充電能力、放電性能較好，將其放置在風電場或者光伏電站中效果理想，有助于減少對電網的沖擊。對單臺風機來說，在風電機組背靠背換流器直流端使用儲能系統，通過有效的控制措施可以緩解風機出力波動情況[11]。

其二，有助于提高新能源發電的市場競爭優勢。目前各國都在逐漸減少新能源發電的補貼，提高電力市場中新能源的經濟效益有助于提高投資者對新能源開發的積極性。

4.2 實現電力系統優化調度

因為受到技術原因的影響，目前我國電力系統的儲能量具有局限性，所以需要對電力儲能系統進行優化。目前電池等儲能設備的功率不斷提高，對其工作原理進行研究也是優化調度的主要方向。可以通過電能儲備區域對偏差大小進行控制，進而實現對儲能功率的阿赫利調整[12]。

5 結束語

綜上所述，在能源互聯網視域下，電力儲能的形式愈加豐富，不同形式對于電力成本的影響也不盡相同，因此在對儲能方式進行選擇的過程中，需要結合實際情況以及市場要求，選擇最為合適的儲能方法，保證電力儲能的穩定使用。