大數據技術在儲能發展中的應用研究

劉洋

一、引言

在碳減排壓力下，清潔能源的開發和利用在我國得到了迅猛的發展。然而，風電和光伏接入電網時受地理環境、天氣等影響，具有較強的波動性、隨機性和間歇性，嚴重影響了電網安全穩定運行。儲能技術通過高儲低發的原理有效提高系統運行靈活性，消除風電、光伏發電等波動性能源的不利影響。

2020年以來，國家層面連續出臺文件鼓勵推動儲能建設，促進清潔能源高質量發展。明確儲能技術在未來能源體系中扮演的重要角色。要求提高電力系統調節能力，推動儲能技術應用。鼓勵多元化社會資源投資的儲能建設，鼓勵在電源側、電網側、用戶側的儲能應用。大數據、物聯網、人工智能等技術的優化頂層設計，支持儲能技術發展，鞏固未來能源供應安全。

二、儲能發展現狀及趨勢

（一）我國儲能發展現狀

“5.31新政之后” 我國儲能產業發展迅猛。儲能應用在可再生能源并網、智能微電網、輔助服務、電網側、用戶側等領域發展迅速。截止2019年12月底，我國已投運儲能項目裝機規模為32.4，比2018年增長3.6%。其中，電化學儲能項目同比增長59.4%，累計裝機規模為1709.6MW。我國儲能產業從原材料生產、儲能設備制造、系統集成、資源回收已經建立較為完備產業鏈。雖然部分關鍵環節依賴國外技術，但是無論前沿技術還是主流技術我國都已經布局，并且培育出了以比亞迪、寧德時代、中科儲能、中車新能源、大連融科等一批技術領先的儲能廠商，這些都是實現我國儲能產業規模化發展的堅實基礎。

（二）國外儲能發展現狀

全球儲能項目裝機主要分布在歐洲的西班牙、法國、德國、意大利、奧地利，北美的美國，亞洲的中國、印度、韓國和日本，這些國家儲能項目裝機容量累計占全球近五分之四。

德國和日本用戶儲能銷售蓬勃發展，是支撐儲能系統裝機規模重要支柱。2019年，全球儲能裝機規模為2.7GW/ 5.5GWh。歐洲儲能項目工期較短、規模較小、成本較高。發電企業傾向于天然氣填補由于煤電退役而帶來的裝機缺口。2020年受全球疫情影響，全球經濟遭受到較大的沖擊，很多行業出現衰退，值得慶幸的是儲能行業受到的沖擊較小。未來，隨著能源轉型普遍得到認識，儲能行業將會蓬勃發展。預計2025年，全球分布式儲能市場用戶儲能模將達到 130 億美元。在未來智能電網發展中，可再生能源發電獨立運行和大規模儲能應用后，信息技術的應用將是大新興浪潮。

三、大數據技術下我國儲能發展

（一）發電側

儲能技術在發電側可發揮平滑波動、一次調頻、減少棄電的功能，提高緊急無功支撐等，解決大規模新能源并網問題，從而，提高電網對新能源的消納能力。儲能技術響應速度極快， 可實現信息化、自動化和智能化，儲能的調峰調頻能力方便電網進行調度。

大數據分析技術通過能源互聯網的數據采集、分析及動態服務功能，支持新能源配額交易、電能交易、分布式電源設施監測與運維、互動用電、節能服務、等多種新型業務，將不同運行狀態和類型的機組優化組合，動態調整發電狀態，提高能源利用率，實現資源有效配置，從而提高發電商的發電補償效益，達到節能減排目標。建立發電側機組節能調度多目標優化模型，運用遺傳算法等大數據分析算法進行求解。運用大數據分析方法提出儲能充放電策略，以成本最低、低碳效益最大等為優化目標，利用粒子群算法、遺傳算法等解決儲能系統容量配置的一系列優化問題。

（二）電網側

在電網側配置分布式或獨立式電池儲能電站，可以代替現有火電調頻機組、調峰機組、無功發電機組、事故備用機組、可控負荷等，具有一定的經濟價值。

通過數據采集、傳輸、處理、服務等大數據技術，獲取能源互聯網中電網、天然氣網、信息通信網、電氣化交通網、運行狀態數據，經過數據處理、聚類、數據分析，提供改進的控制策略。大數據的價值主要體現為提升電網企業經營管理效率以及服務電網企業用戶。例如，在輸電階段，通過數據采集輸電環節的各個線路實時信息數據，制定合理的輸電方案，大大降低電力線損率。我國電力行業目前處在建造智能電網時期，大數據技術可以加強電力系統中的輸電能力，降低輸電環節電力的損耗。

（三）用戶側

用戶側儲能是商業化應用最早領域。儲能可通過“削峰填谷”，為用戶節省用電成本、降低用戶停電風險、降低容量電費、提高電能質量、并參與需求側響應，可通過節省擴容費率、峰谷電價差、用電響應、等降低用電成本，從而發揮多重價值。

目前，用戶側儲能產業領域缺乏規范的互聯網平臺來拓展業務。設計以云服務器為主站，移動端應用作為交互前端，以“政府、電網、用戶、商家”為服務對象，采集系統的大數據，接入用電信息，貫通儲能從“設計、接口、建設、運維”環節，實現引導用戶側儲能合理布局，精準測算出用戶儲能經濟效益，并智能感知工商業用戶儲能配置需求。實現儲能主體廣泛互聯、儲能運營主體智慧互動、儲能效益價值共創產業生態圈。以儲能基礎設施和電網為依托，以大數據技術為基礎，儲能電力云交易作為主要業務收入盈利模式，構建大數據平臺商業運營模式。

四、新一代信息技術促進儲能產業發展

（一）物聯網技術對儲能產業經濟安全問題促進

物聯網技術在清潔能源生產中連接發電、輸電、配電和儲電設備上的傳感器，遠程實時監控設備工作，可以降低運營成本。通過能源物聯網連接各類新型業務需要深廣度和廣度的數據連接支持（包括智能電表、碳排放、智能運維、能效管理、能耗監測、用戶側電器、充電樁等），可以為智慧儲能的許多應用場景提供基礎數據連接，實現高效化、清潔化、市場化的開發應用，促進節能減排，輔助實現能源電力的高效化消費。目前，智能小區是物聯網重要應用之一，包含用電信息采集、互動服務、配電自動化、儲能用戶側分布式電源、電動汽車充電、智能家居等新技術，綜合計算機技術、通信技術、測量技術、控制技術等多學科技術領域，是多系統、多領域協調的集成應用。用戶可以利用這些信息識別用電浪費，尤其是一些耗電設備，從而節省能源費用。

（二）區塊鏈技術對儲能商業模式影響

關于商業模式問題是近幾年實踐者和學者們重要研究問題之一，區塊鏈技術的迅猛發展為商業模的式創新注入新的信息驅動力。利用區塊鏈的共識算法、加密技術、分布式存儲、智能合約實現多主體交易的智能研判、快速融合形成交易全過程的大賬本，實現能源數據的不可篡改、精準追溯、最終滿足能源交易公正、公平、公開的要求。

“區塊鏈+共享儲能”作為儲能的一種創新商業模式，可以分別用在電源側、電網側和用戶側。電源側共享儲能：通過整合電源側儲能站，為新能源電廠提供棄風棄光的電量釋放與存儲，緩解清潔能源高峰時段的電力電量消納困難，從而實現電源側“儲能于廠”。電網側共享儲能：利用電網現有資源，在變電站設置可供儲能接入標準的插座，整合中小儲能企業移動式儲能資源，吸收棄風棄光的電量，根據國網三站合一建設要求及電網需求放電，實現靈活移動的共享儲能在電網側“儲能于站”。用戶側共享儲能：當新能源高發時段吸收電力，利用智能樓宇或電動汽車等儲能裝置，對電動汽車進行充電，其他時段釋放電力，實現用戶側“儲能于民”。在區塊鏈技術的保障下，新能源和儲能就像買賣股票一樣，輕松便捷的進行市場競價交易。

（三）人工在智能對儲能的未來發展

人工智能技術通過集成簡化技術的方式改善現有的儲能技術，包括可再生能源的微電網、抽水蓄能、公用事業規模的電池儲能等。隨著儲能技術的進步和成本的逐漸下降，智能儲能在電網中的輔助服務中作用越來越重要。當供應、需求缺口的時候，AI可以實現有效分配，并且可以節省功耗供以后使用。集成不同的多個存儲系統可以最大程度地發揮作用，而且智能能量存儲系統通過改善間歇性發電引起的電壓控制和頻率可以進一步提高安全性。

人工智能技術顯著地應用是創建自主機器人，機器人在其他危險情況下可以代替人類。無人駕駛機器可測量高壓電力線路、記錄并報告其所在位置，以便提取而不會危及人的生命。能源市場參與者使用機器學習提高提高能源交易的透明度、預測能力，集成清潔能源、存儲并賦予無人機以生命。強大的人工智能技術和能源行業的融合將對全球能源產生廣泛而巨大的影響。

五、結語

全球新一輪產業變革和科技革命蓬勃興起。大數據、儲能等技術方興未艾，相互融合，具有廣闊應用前景。本文基于國內外儲能技術發展現狀，剖析大數據技術在發電側、電網側和用戶側的應用，并擴展到物聯網技術、區塊鏈技術和人工智能技術等其他信息技術在儲能產業中的應用，以期望對我國儲能產業信息化發展提供思路。

可以預見“十四五”時期，全國電力需求將維持低速增長態勢，而新能源電源裝機將仍維持一定比例快速增長。隨著新能源裝機與電力消費占比進一步提升，平均發電的成本將被抬高，在整體電力需求增長的環境下，新增消納成本無法通過限價的電力市場解決。構建全國范圍的儲能大數據中心尤為重要。依托此數據中心，開展儲能電站的并網檢測，對不同廠商設備的技術評估。建立儲能標準體系有助于該行業有序的參與電力市場交易，提升儲能效益、效用價值，助力儲能產業的商業化進程。

作者單位：內蒙古師范大學 華北電力大學