新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域系列評(píng)價(jià)性綜述工作新型儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)III：儲(chǔ)能集成技術(shù)、安全技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度

摘 要：新型儲(chǔ)能日益成為中國(guó)建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)能。與之相應(yīng)，新型儲(chǔ)能技術(shù)的相關(guān)研究也在快速發(fā)展。開(kāi)展了該領(lǐng)域的系列評(píng)價(jià)性綜述工作，共分為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)、物理儲(chǔ)能與儲(chǔ)熱技術(shù)、儲(chǔ)能集成技術(shù)、安全技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度3個(gè)部分，對(duì)各類(lèi)新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、最新研究進(jìn)展及局限性等問(wèn)題進(jìn)行了全面系統(tǒng)的對(duì)比分析，并進(jìn)一步探討了儲(chǔ)能集成技術(shù)、安全技術(shù)、系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度等儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)。第3 部分為新型儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)，重點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)能集成技術(shù)、安全技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度中的高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)、分布式溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)、浸沒(méi)式液冷技術(shù)、高效的優(yōu)化算法等技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行綜合分析與討論。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能集成技術(shù)；儲(chǔ)能安全技術(shù)；儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度；多元儲(chǔ)能技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

儲(chǔ)能集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)本體走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。近年來(lái)，高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)倍受行業(yè)推崇。高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)通過(guò)級(jí)聯(lián)多個(gè)儲(chǔ)能單元，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換與傳輸，顯著增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)性能[1]。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)以?xún)?chǔ)能逆變器構(gòu)建支撐大電網(wǎng)的電壓源，增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性，優(yōu)化新能源消納水平[2]。數(shù)智化技術(shù)利用大數(shù)據(jù)、人工智能，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能化管理與優(yōu)化[3]。數(shù)字孿生技術(shù)則通過(guò)構(gòu)建虛擬模型，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性、診斷能力、運(yùn)行效率[4]。這些技術(shù)共同推動(dòng)儲(chǔ)能集成技術(shù)向更高效、智能、安全的方向發(fā)展。

儲(chǔ)能安全技術(shù)是保障儲(chǔ)能系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。隨著鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，其安全問(wèn)題也日益凸顯。為了確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須實(shí)施一系列的安全防護(hù)措施。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的氣體、各部分設(shè)備的溫度等參數(shù)，減少監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和異常高溫，預(yù)防熱失控和火災(zāi)[5]，可有效提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，液冷技術(shù)和直冷技術(shù)的發(fā)展，有效提升了儲(chǔ)能設(shè)備的冷卻效能，進(jìn)而提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體安全性[6]。在儲(chǔ)能消防方面，也出現(xiàn)一些新的趨勢(shì)，比如：一方面，從儲(chǔ)能系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)事故的處理方式來(lái)看，目前的趨勢(shì)傾向于首要任務(wù)是控制火勢(shì)，而非撲滅火災(zāi)；另一方面，由于電池模組燃燒測(cè)試的結(jié)果和實(shí)際安全問(wèn)題之間存在較大差異，開(kāi)展更大規(guī)模集裝箱滅火、爆炸和有毒物質(zhì)測(cè)試的工作也應(yīng)提上日程[7]。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度是確保新型電力系統(tǒng)靈活、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的先決條件。儲(chǔ)能技術(shù)不僅用于電力調(diào)峰、抑制新能源電力系統(tǒng)中傳輸功率的波動(dòng)性，還可顯著提升電能質(zhì)量和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，而上述能力的實(shí)現(xiàn)也取決于合理的規(guī)劃與調(diào)度[8]。儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效減少系統(tǒng)網(wǎng)損，優(yōu)化資源配置，顯著提高電力系統(tǒng)的新能源利用率。多元儲(chǔ)能技術(shù)，比如：電池、超級(jí)電容器等，通過(guò)其互補(bǔ)性?xún)?yōu)勢(shì)，可為綜合能源系統(tǒng)提供更高效的能源管理方案[9]。但是，儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如：復(fù)雜的多時(shí)間尺度的儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃、多元儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成和協(xié)同運(yùn)行等。因此，需要持續(xù)開(kāi)拓儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃與調(diào)度研究的邊界，與動(dòng)態(tài)過(guò)程及其運(yùn)行仿真深度結(jié)合，以提高規(guī)劃調(diào)度設(shè)計(jì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行的指導(dǎo)作用。

基于上述3個(gè)方面，本文針對(duì)其中的高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)、分布式溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)等進(jìn)行討論。

1" 儲(chǔ)能集成技術(shù)

1.1" 高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)

高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)，作為無(wú)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的高效儲(chǔ)能解決方案，通過(guò)革新電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)，可直接接入6～35 kV并網(wǎng)電壓，無(wú)需經(jīng)過(guò)變壓器，顯著降低系統(tǒng)網(wǎng)損，提升效率，縮短儲(chǔ)能系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。此外，該技術(shù)能夠最大限度地減少或消除電池簇的并聯(lián)情況，使各個(gè)電池簇之間盡量和完全相互獨(dú)立；減少或消除環(huán)流現(xiàn)象，改善電池一致性，延長(zhǎng)其循環(huán)壽命。

目前，已有多個(gè)高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能項(xiàng)目成功投入運(yùn)營(yíng)，包括：1）南方電網(wǎng)儲(chǔ)能股份有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“南網(wǎng)儲(chǔ)能”）在佛山市部署的寶塘300MW/600MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目[10]，該項(xiàng)目的儲(chǔ)能系統(tǒng)采用了組串式、雙極式、單極式、低壓級(jí)聯(lián)和百兆瓦級(jí)高壓級(jí)聯(lián)直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)5種連接方式，其中，百兆瓦級(jí)高壓級(jí)聯(lián)直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1[11]所示，圖中：L為電感；ia、ib、ic分別為a相、b相、c相交流電；IGCT為集成門(mén)極換流晶閘管；usa、usb、usc分別為電網(wǎng)側(cè)a相、b相、c相電壓；uao、ubo、uco分別為變換器a相、b相、c相輸出電壓。2）華電國(guó)際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠(chǎng)的101MW/206MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目，采用了“高壓級(jí)聯(lián)+集中液冷”技術(shù)。3）南網(wǎng)儲(chǔ)能河北保定10kV/6MW大容量高壓級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能電站則結(jié)合了可移動(dòng)設(shè)計(jì)。4）湖南邵陽(yáng)綏寧電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目首次大規(guī)模采用全液冷熱管理的35 kV高壓直掛儲(chǔ)能系統(tǒng)。高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效解決大規(guī)模新能源場(chǎng)站并網(wǎng)后的穩(wěn)定性問(wèn)題，改善電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力。

作為一種新的技術(shù)路線(xiàn)，高壓級(jí)聯(lián)方案也面臨多個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。高壓級(jí)聯(lián)方案每相電壓都是35 kV，電磁環(huán)境惡劣，對(duì)電池管理系統(tǒng)（BMS）控制提出更高要求；35 kV儲(chǔ)能系統(tǒng)中，直流側(cè)和交流側(cè)位于在同一位置，運(yùn)維難度加大，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；在高電壓等級(jí)，高能量密度條件下，儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱管理和安全防護(hù)技術(shù)也需要進(jìn)一步考慮和升級(jí)。

當(dāng)前，高壓級(jí)聯(lián)方案的滲透率依然較低，需要通過(guò)更多項(xiàng)目驗(yàn)證其可靠性和穩(wěn)定性。從項(xiàng)目成本來(lái)看，采用高壓級(jí)聯(lián)方案的儲(chǔ)能項(xiàng)目的投資成本與傳統(tǒng)項(xiàng)目成本逐漸相近，預(yù)示著這一技術(shù)在未來(lái)市場(chǎng)中具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用潛力。

1.2" 構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)的核心在于其可通過(guò)儲(chǔ)能逆變器建立起支持大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的電壓源，能快速調(diào)節(jié)頻率和電壓、增加慣量和短路容量支撐、抑制寬頻振蕩，從而提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[12]。2023年，科華數(shù)能科技有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“科華數(shù)能”）在寧夏回族自治區(qū)百兆瓦級(jí)共享儲(chǔ)能項(xiàng)目開(kāi)展構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用，助力弱網(wǎng)地區(qū)實(shí)現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型電力支撐，采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，可以通過(guò)復(fù)制同步電機(jī)的行為和性能來(lái)加強(qiáng)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)頻調(diào)壓、增加慣量和短路容量、抑制寬頻振蕩等效果。提升新能源發(fā)電和新型儲(chǔ)能抗干擾、主動(dòng)支撐等涉網(wǎng)能力，積極創(chuàng)新構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)，推動(dòng)新能源發(fā)電從并網(wǎng)向構(gòu)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。2022年，科華數(shù)能為伊拉克石油部電力部提供了“光儲(chǔ)柴構(gòu)網(wǎng)型微網(wǎng)”解決方案，其采用構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能結(jié)合弱電網(wǎng)特征的“光伏逆變器+柴發(fā)”模式，構(gòu)建了微網(wǎng)。湖北省荊門(mén)市新港區(qū)50MW/100MWh高橋儲(chǔ)能項(xiàng)目采用了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器，并通過(guò)構(gòu)網(wǎng)型控制策略實(shí)現(xiàn)功率自同步，驗(yàn)證了高比例新能源接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)中的多時(shí)間尺度功率支撐應(yīng)用的有效性。

1.3" 數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)是儲(chǔ)能技術(shù)提升其能效和安全性的關(guān)鍵路徑之一，儲(chǔ)能電池的數(shù)智化發(fā)展方向如圖2[4]所示。

山東省泰安市350 MW壓縮空氣儲(chǔ)能創(chuàng)新示范項(xiàng)目計(jì)劃通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷，提前識(shí)別和化解潛在風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約用戶(hù)成本。南網(wǎng)儲(chǔ)能在廣東省五華市的70MW/140MWh寶湖儲(chǔ)能電站項(xiàng)目[13]采用了高效智能風(fēng)冷和浸沒(méi)式液冷兩種高能量密度的1500 V磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，配備了秒級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的智能能量管理控制系統(tǒng)，并利用智慧儲(chǔ)能數(shù)字化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能運(yùn)維和運(yùn)行輔助決策。

在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)結(jié)合電池安全失效和壽命衰退機(jī)理，利用人工智能訓(xùn)練得到電池的高精度數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)精確的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和老化狀態(tài)預(yù)測(cè)，確保監(jiān)測(cè)無(wú)盲點(diǎn)，并全面覆蓋預(yù)測(cè)需求[14]。此外，通過(guò)采集融合了歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括：電力發(fā)輸配用、電力市場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)和電力政策等），以及發(fā)電預(yù)測(cè)、工況辨識(shí)和故障診斷的仿真數(shù)據(jù)，規(guī)范異構(gòu)數(shù)據(jù)表達(dá)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，建立數(shù)據(jù)融合標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多運(yùn)行主體的多尺度異構(gòu)數(shù)據(jù)的全面采集、存儲(chǔ)、管理及共享，將多類(lèi)型物理實(shí)體及其運(yùn)行過(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)表達(dá)，推動(dòng)多模態(tài)模型的迭代和應(yīng)用服務(wù)的優(yōu)化。儲(chǔ)能電站數(shù)智化管控架構(gòu)如圖3[4]所示。

2" 儲(chǔ)能安全技術(shù)

鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性是其發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵制約因素。電池?zé)崾Э厥侵鸽姵貎?nèi)部產(chǎn)生了不可停止的自放熱連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池溫度急劇升高，最終可能發(fā)生著火甚至爆炸。電池?zé)崾Э氐闹饕T因包括機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用3種情況，如圖4所示。在這3種情況下，電池極易發(fā)生熱失控，造成安全事故。機(jī)械濫用是指電池受到碰撞、擠壓、針刺等影響后，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生短路或漏液等情況，在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中機(jī)械濫用發(fā)生的概率較?。浑姙E用是指電池內(nèi)外部發(fā)生短路、過(guò)充、過(guò)放等情況，導(dǎo)致電池大量產(chǎn)熱；熱濫用是指電池使用溫度過(guò)高，從而造成電池短路，引發(fā)熱失控。熱濫用是大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生安全事故的主要因素，其產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，即會(huì)由機(jī)械濫用和電濫用發(fā)展而來(lái)，也會(huì)因外部溫度過(guò)高而發(fā)生。

在電池?zé)崾Э爻跗冢鋬?nèi)部隔膜可能由于析出的鋰，而遭到刺穿，或因高溫而發(fā)生分解，導(dǎo)致電池內(nèi)部輕微短路[15]。但電池?zé)崾Э厥且粋€(gè)“雪崩”的過(guò)程，其初期特征不明顯，若抑制不及時(shí)，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)將發(fā)生更加劇烈的反應(yīng)，導(dǎo)致電池容量下降、溫度升高，最終發(fā)生真正的熱失控。

溫度是電池運(yùn)行過(guò)程中最基本的表征參數(shù)[16]。電池發(fā)生故障時(shí)，溫度通常會(huì)隨之發(fā)生異常變化。提高溫度檢測(cè)準(zhǔn)確度和擴(kuò)大檢測(cè)范圍，有助于及早發(fā)現(xiàn)前期的微小故障，及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施，避免熱失控的發(fā)生。

光纖測(cè)溫技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景。相比于傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫，光纖不受電磁干擾的影響，1根光纖上可以設(shè)置成百上千測(cè)點(diǎn)，電池包的線(xiàn)路布局可簡(jiǎn)化，可實(shí)現(xiàn)全覆蓋電池測(cè)溫，電池包及電池艙光纖測(cè)溫示意圖如圖5所示。光纖測(cè)溫的精確度與電偶測(cè)溫相近，響應(yīng)速度取決于光纖長(zhǎng)度，光纖越長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。在能夠保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，仍然能夠做到秒級(jí)響應(yīng)。目前，光纖測(cè)溫的研究大部分集中在單體電池或小型電池模組方面，缺少儲(chǔ)能系統(tǒng)級(jí)別的研究。

除了預(yù)防熱失控，維持儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部電池溫度穩(wěn)定、均衡也至關(guān)重要。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部電池分布密集，散熱問(wèn)題尤為嚴(yán)重，且電池單體之間存在差異性，導(dǎo)致其溫度不一致，對(duì)儲(chǔ)能電站的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。浸沒(méi)式液冷技術(shù)提供了解決方案，通過(guò)將電池浸沒(méi)在儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部絕緣、高閃點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)高的浸沒(méi)液中，且浸沒(méi)液保持流動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)帶走電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，保證電池溫度的穩(wěn)定性和單體之間溫度的一致性，如圖6所示。

只有提高鋰離子電池的安全性能，才能推進(jìn)儲(chǔ)能領(lǐng)域的高速發(fā)展[17]。相比于傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池通常具有更高的能量密度，并且由于降低了液體電解質(zhì)泄漏和易燃風(fēng)險(xiǎn)，而提高了安全性。然而，固態(tài)電池技術(shù)目前仍面臨很多挑戰(zhàn)，固液混合電池在現(xiàn)有的液態(tài)電池技術(shù)基礎(chǔ)上保留了部分電解液，電池的機(jī)理與傳統(tǒng)鋰離子電池區(qū)別較小，固液混合電池雖然能夠提升比能量，但會(huì)降低電池倍率，影響充電和循環(huán)壽命。全固態(tài)電池雖然有極高的能量密度和安全性能，但因成本高昂而難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

此外，聲紋識(shí)別技術(shù)在儲(chǔ)能安全檢測(cè)診斷領(lǐng)域的逐步推廣應(yīng)用，儲(chǔ)能行業(yè)聲紋在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)逐步完善。但仍存在一些問(wèn)題，比如：無(wú)法識(shí)別特征同頻噪聲、無(wú)法識(shí)別多個(gè)特征同時(shí)發(fā)生。需要利用大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)訓(xùn)練特征提取模型，對(duì)同時(shí)觸發(fā)的多個(gè)特征進(jìn)行相似性提取識(shí)別，實(shí)現(xiàn)聲紋識(shí)別技術(shù)在儲(chǔ)能安全檢測(cè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用[18]。

3" 儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度與多元儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度是確保新型電力系統(tǒng)靈活、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在新型電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)主要應(yīng)用于電力調(diào)峰、抑制新能源電力系統(tǒng)中傳輸功率的波動(dòng)性、提升電能質(zhì)量和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性等方面，具體應(yīng)用場(chǎng)景如圖7所示。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃與調(diào)度，可以有效降低系統(tǒng)網(wǎng)損、實(shí)現(xiàn)削峰填谷，進(jìn)而推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

當(dāng)前，儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃相關(guān)研究主要集中在規(guī)劃目標(biāo)、優(yōu)化算法和應(yīng)用場(chǎng)景3個(gè)方面。儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃的主要目標(biāo)涵蓋系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性及新能源利用率，如圖8所示。

在規(guī)劃目標(biāo)方面，蔡福霖等[19]以提升新能源消納能力為目標(biāo)，對(duì)集中式和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了協(xié)同規(guī)劃研究；房珂等[20]以?xún)?yōu)化成本效益為目標(biāo)，計(jì)及長(zhǎng)期儲(chǔ)能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能面向低碳電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃；孟源等[21]在風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合項(xiàng)目的規(guī)劃中，引入了“機(jī)會(huì)約束”和“N-1安全約束”，以確保項(xiàng)目選址定容的安全性。

隨著規(guī)劃模型日益復(fù)雜化，研究人員不斷尋求更高效的優(yōu)化算法。Li等[22]基于混沌優(yōu)化的改進(jìn)二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法，對(duì)分布式發(fā)電儲(chǔ)能的雙層規(guī)劃模型進(jìn)行交替迭代，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)聯(lián)合規(guī)劃；陳乾等[23]提出凸包自適應(yīng)優(yōu)化算法，以解決區(qū)域熱網(wǎng)管道流量變化導(dǎo)致蓄熱規(guī)劃模型非凸的問(wèn)題；Wang等[24]采用基于精英保留策略的遺傳算法對(duì)考慮混合儲(chǔ)能差異化特征的綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃。

儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃方法與應(yīng)用場(chǎng)景也密切相關(guān)。Zhang等[25]針對(duì)住宅電動(dòng)汽車(chē)充電站，建立充電負(fù)荷和居住負(fù)荷的模糊響應(yīng)模型，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電和儲(chǔ)能協(xié)同規(guī)劃；Bazdar等[26]對(duì)在城市建筑間采用新興絕熱空氣壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃分析，驗(yàn)證了其實(shí)際建設(shè)的可行性；Wang等[27]以工業(yè)園區(qū)為例，探索租賃儲(chǔ)能新模式，以進(jìn)一步進(jìn)行規(guī)劃研究。

多元儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)化調(diào)度也是綜合能源系統(tǒng)領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向。

從優(yōu)化目標(biāo)角度出發(fā)，朱永強(qiáng)等[28]將由電池和超級(jí)電容器組成的多元儲(chǔ)能系統(tǒng)加入到微網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度中，考慮多元儲(chǔ)能運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，提出了一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃-遺傳算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法。在平抑新能源并網(wǎng)波動(dòng)方面，劉曉燕[29]在已有的關(guān)于多元儲(chǔ)能技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)調(diào)度中存在的多元儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部能量調(diào)度方面的問(wèn)題，運(yùn)用了模型預(yù)測(cè)控制和動(dòng)態(tài)規(guī)劃，限制發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)功率波動(dòng)的范圍。在調(diào)峰調(diào)頻方面，李軍徽等[30]提出了一種獨(dú)立儲(chǔ)能協(xié)同參與調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，以?xún)?chǔ)能電站收益為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)比優(yōu)先調(diào)峰或優(yōu)先調(diào)頻，顯示出協(xié)同調(diào)度在收益方面的提升程度。

在風(fēng)電消納方面，Hao等[31]基于熱流法構(gòu)建了包含儲(chǔ)熱機(jī)組在內(nèi)的系統(tǒng)統(tǒng)一潮流模型，優(yōu)化了包含儲(chǔ)熱單元的各組件的發(fā)電和供熱調(diào)度。在系統(tǒng)可靠性方面，Wang等[32]分析了棄風(fēng)、運(yùn)營(yíng)成本與減排問(wèn)題之間的內(nèi)在沖突，加入系統(tǒng)可靠性相關(guān)指標(biāo)，運(yùn)用多目標(biāo)粒子群算法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的優(yōu)化調(diào)度。

從多時(shí)空尺度優(yōu)化運(yùn)行策略出發(fā)，馬振祺等[33]針對(duì)多能耦合系統(tǒng)提出了“日前+日內(nèi)+實(shí)時(shí)”3時(shí)間尺度的階段優(yōu)化調(diào)度策略，利用混合儲(chǔ)能平滑波動(dòng)，改善了其功率響應(yīng)特性。在此基礎(chǔ)上，Li等[34]考慮空間尺度特性，針對(duì)不同社區(qū)利用多維能量實(shí)現(xiàn)供需平衡的情況，對(duì)電熱冷氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模，提升了綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

從算法選擇上看，Lu等[35]在基于多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的算法框架下，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)交換功率進(jìn)行合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模主動(dòng)配電系統(tǒng)的分區(qū)優(yōu)化和運(yùn)營(yíng)成本的降低。Liang等[36]運(yùn)用了雙延遲深度確定性策略梯度算法，訓(xùn)練代理進(jìn)行能源優(yōu)化管理，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)度電池、儲(chǔ)氫等裝置，最大化實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

綜上，儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)和算法在不斷完善，應(yīng)用場(chǎng)景逐漸豐富，多元儲(chǔ)能技術(shù)在多能耦合系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及多時(shí)空尺度下的協(xié)同運(yùn)行取得了進(jìn)展。然而，現(xiàn)階段中國(guó)在大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃方面仍有發(fā)展空間，且多元儲(chǔ)能技術(shù)的系統(tǒng)集成和協(xié)同運(yùn)行面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，儲(chǔ)能的市場(chǎng)定位和價(jià)值評(píng)估有待進(jìn)一步明確。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的大規(guī)模配置需要考慮安全因素和環(huán)境的影響[37]。因此，面對(duì)技術(shù)成熟度、系統(tǒng)集成、市場(chǎng)機(jī)制和安全環(huán)境等方面的挑戰(zhàn)，需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和政策支持，通過(guò)多元化技術(shù)布局、規(guī)模與布局優(yōu)化、多時(shí)間尺度調(diào)度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析和政策市場(chǎng)機(jī)制的制定，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展和電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用層面展現(xiàn)出顯著的差異性，如圖9所示。隨著新能源滲透率提高，未來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)將逐步呈現(xiàn)分化趨勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)、電網(wǎng)支撐型儲(chǔ)能技術(shù)將具備更大的發(fā)展空間，儲(chǔ)能技術(shù)也將更多應(yīng)用在一些特殊場(chǎng)景中，比如：大型載具、宇宙空間、海洋等，這些需求和場(chǎng)景將為不同儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供廣闊的空間。

4" 總結(jié)與展望

本文針對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)目前的進(jìn)展與面臨的挑戰(zhàn)，從儲(chǔ)能集成技術(shù)、儲(chǔ)能安全技術(shù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度3方面進(jìn)行了分析。新型儲(chǔ)能技術(shù)正朝著高安全、低成本、大容量、高效率的方向發(fā)展，未來(lái)將更加注重?cái)?shù)字化、智能化、綠色化、集中式與分布式并舉，從而在促進(jìn)新能源消納、實(shí)現(xiàn)能源體系轉(zhuǎn)型、提高能源利用效率、減少環(huán)境污染等方面發(fā)揮重要的作用。

展望未來(lái)，隨著新能源滲透率的進(jìn)一步提升，儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用將更加多元化，特別是在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)、電網(wǎng)支撐型儲(chǔ)能技術(shù)方面，將擁有更大的發(fā)展空間。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)也將在特殊場(chǎng)景如大型載具、宇宙空間、海洋等領(lǐng)域展現(xiàn)其獨(dú)特的應(yīng)用潛力，為不同儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供廣闊的空間。

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ADVANCES AND CHALLENGES IN NOVEL ENERGY STORAGE TECHNOLOGY III：ENERGY STORAGE INTEGRATION TECHNOLOGY，SAFETY TECHNOLOGY，AND SYSTEM"PLANNING AND SCHEDULING

Ju Xing，Xu Chao，Hao Junhong，Song Jifeng，Teng Wei，Tian Huajun，Zhao Haisen，Chen Zhe，Wang Tianhu，Liao Zhirong，Du Xiaoze

（Beijing Laboratory of New Energy Storage Technology，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Abstract：Novel energy storage is progressively becoming a critical technology for China in constructing a new energy system and a novel power system，acting as a new engine for China's economic growth. In tandem，research on related novel energy storage technologies is developing swiftly. A series of review paperwork are conducted，which are divided into three parts：electrochemical energy storage technology，physical energy storage and thermal storage technology，and storage scheduling and planning. It provides a comprehensive and systematic comparative analysis of the application areas，recent research advancements，and limitations of various novel energy storage technologies，while further discussing the challenges and development trends in storage system-related fields such as integration，safety，and planning and scheduling. This paper is the third part of the review work，which focuses on advances and challenges in novel energy storage technologies. It particularly emphasizes a comprehensive analysis and discussion of the technological progress in the areas of storage integration，safety，and planning，including high-voltage cascaded technology，grid-forming energy storage technology，digitalization and digital twin technology，distributed temperature monitoring technology，immersion liquid cooling technology，and efficient optimization algorithms. This demonstrates a comprehensive approach towards advancing energy storage technologies，addressing both technological and systemic challenges to ensure their effective integration and operational safety within China's evolving energy landscape. This approach is pivotal for supporting the country's transition towards a more sustainable and resilient energy system.

Keywords：energy storage integration technology；energy storage safety technology；energy storage system planning and scheduling；diversified energy storage technology

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（51821004）

通信作者：杜小澤（1970—），男，博士、教授，主要從事工程熱物理和儲(chǔ)能系統(tǒng)方面的研究。duxz@ncepu.edu.cn