能源互联网背景下的电力储能技术展望 申小霜

发表时间:2020/7/20   来源:《中国电业》2020年2月第5期   作者:申小霜
[导读] 电能存储技术是实现需求侧能量高效管理
        摘要:电能存储技术是实现需求侧能量高效管理、有效提高可再生能源入网的关键技术,被认为是智能电网关键要素之一,其在电力系统中的应用涉及到“采、发、输、配、用、储”各个环节。大规模新能源发电和众多分布式可再生能源接入电网给电力系统运行与规划带来了新的问题和挑战。储能是电力系统实现高比例新能源发电消纳不可或缺的资源。在能源互联网中,燃料网、热力网、交通网、电力网几大重要网络的联合运行、互通互补将成为趋势。储能技术还可以在能源信息、应用运营层中起到举足轻重的作用,对于应用层各种能源业态的开展具有核心的支持作用。
        关键词:能源互联网;电力储能;储能技术
1 引言
        随着应用领域的扩展,储能技术已被视为电力系统的又一重要组成部分。近年来风电、太阳能发电等新能源技术的迅速发展带动了储能技术的研究,智能电网建设对于电能质量和供电稳定性的更高要求也将依托于储能技术的发展来实现。随着智能电网的进一步建设、间歇性可再生能源人网需求的扩大,储能技术的研究和发展有待进步。
2 能源互联网体系架构
        能源互联网的理想运营方式应为以电网为主导,涉及能源生产者与消费者、能源网络运营商、能源代理商等主体的多行业共同参与的联合运营模式。随着能源与信息的深度融合,能源行业在走向互联高效的过程中,在能源材料及设备,
        能源生产、交易、消费以及能源资产等方面都将会衍生出新的商业模式,具体包括能源材料及设备的线下市场,B2B行业垂直电商;基于大数据的第三方工业节能商业模式,节能解决方案;从事能源产品交易的能源交易平台,能源资产的利用和代理运营服务,能源资产证券化的互联网金融,能源资产的电子商务;基于大数据的用能咨询方面的能源增值服务,新能源汽车产业等。
3 能源互联网发展现状
        作为新时代的代表,能源互联网成为各国科研机构研究的重点。国外的研究学者对于新能源互联网技术的研究时间较长,不同学者间对于能源互联网技术有不同的研究成果,但从研究结论可以看出,能源互联网的核心研究方向就是将能源体系与互联网技术进行有机结合,通过这种有机结合的形式改变传统的能源与互联网技术的发展,从而使能源系统能够更为集中。在能源互联网发展过程中,将能源以少量集中的形式更多的与互联网技术相融合形成新的能源系统,以提高可再生能源的利用率,同时提高可再生能源的发展趋势,实现能源的高效利用和有机结合。
        随着我国智能电网的不断发展,科学技术与能源间的关系越来越密切,能源互联网已经成为了我国科学技术发展过程中关注的重点。特别是2016年,我国领导人和各界政府发布了有关于能源使用和能源规划的一系列的草案,为我国能源你的发展和利用提出了发展方向。目前,我国的能源互联网技术的研究和发展已经逐渐成熟,从能源互联网技术的发展形态以及发展模式等有了初步的研究成果,对于关键技术已经逐步开展了广泛的研究。
4 能源互联网中电力储能技术应用关键技术
        4.1大容量储能的规划及与可再生能源发电的协同调度技术
        能源互联网建设的核心目的是实现对可再生能源的高效利用。因此,需要集中解决电网如何安全的经济的消纳大量的可再生能源。因此,应制定合理的规划和调度,对可再生能源进行统筹安排。①规划:选择合理的储能类型,对储能进行容量的配置以及科学的布局,对电资源协调配合处理,从而提升电资源的利用率。②调度:通过合理的调度,对储能系统进行调峰调频和旋转备用容量,可以实现本地或者跨区域的新能源调度消纳。
        4.2基于储能的能量流优化和能量调度技术
        对于多种能源耦合在一起的能源互联网中,能源由于多元化的问题,在进行输入输出以及配置时会变得较为复杂。

同时,由于各类设备的“即插即用”及故障情况下的“网络重构”,也会导致能源流路径出现多变的特点。这种多元化和多变性,对能源互联网的设计和运行带来了挑战。解决能源流的多边形和多元化,需要对其进行优化,一般会设定一个系统能量的最低总费用的消费目标,对能量各路径上的功率进行控制,从而对各元件生产或者消耗功能进行分配问题的解决。为了避免系统在运行时,受到储能效率和储能容量的影响,因此,需要考虑对多个潮流断面进行周期时间内的联合优化。前文提到,通过设定系统周期内的最低运行费用为目标,对该周期内的元件功率进行合理的分配优化,可以建立储能的多能源系统的优化调度模型。在模型中,对储能的工作状态(储能、释能和空闲)在切换过程中,进行调度优化。
        4.3储能与能量转换装置的集成设计和协调配置
        在设计多能源耦合系统内的储能和转换装置时,首先应对多能源耦合系统的评价指标进行确定,主要包含经济指标、能耗指标和环境指标。这其中,经济指标应作为系统优化的首选目标。此外,在进行电力供应过程中,储能对系统的频率和电压进行控制时,可能会发生较为显著的变化。因此,在进行设计时不能忽略储能的动态特性对系统指标的影响。
        4.4考虑储能的能源交易和价格机制
        组成能源互联网的各参与方,在进行市场行为时,更多考虑的是自身的利益最大化,导致很多能源交易对物理网络的运行管理造成巨大的压力。尤其是在外部的能源价格产生浮动式,会引起系统内部的成本产生联动波动,造成能源的分配发生变化。为了减少这一变动,降低能源互联网运行的风险,相关管理者应积极的引入储能技术。通过将储能参与到能源交易的过程中,可以通过储能的高低有效的反馈市场的供需情况。因此,储能在能源市场中,不仅扮演着机制设计的角色,而且决定了市场的应用空间。
5 总结与展望
        5.1储能系统对于能源互联网发展的促进作用主要体现在以下几个方面。
        5.1.1提升新能源发电的电网友好性。研究表明,配置储能可有效地提升电网的静态电压稳定性,进而能够提高风电场的接入容量。未来对储能辅助新能源并网控制的研究将着重于储能有功和无功功率的优化控制,通过多目标的控制方案降低储能的使用成本。
        5.1.2提升新能源发电的市场竞争力。配置储能系统能够提升新能源在电力市场中的竞争力。在各国逐渐降低新能源发电补贴的前提下,提高新能源在电力市场中的收益能够保证投资者对新能源开发的积极性。
        5.1.3有助于缓解发电——用电之间的不平衡,延缓输变电设备的扩容投资,提高整体的社会效益。储能还能够为电网运行提供调峰调频和无功支持等辅助服务。
        5.2然而,储能系统充分发挥其效用还面临着诸多挑战,潜在的研究工作包含以下几个方面。
        5.2.1储能系统的建模。如何构建适用于实际的规划和运行控制的储能模型是值得深入研究的方向。
        5.2.2考虑多类储能系统的协调规划问题。如何在综合建模的基础上,充分协调各个系统的规划,并在规划中考虑各类储能的交互影响将是一个极其复杂的问题。
        5.2.3储能资源的商业模式和市场机制。储能包含多种能源形式,其成本效益、价格响应等涉及的因素非常复杂。考虑多种类型储能的市场和价格机制是重要的研究方向,也是目前研究的薄弱环节。

参考文献
        [1]孙宏斌,郭庆来,潘昭光,等.能源互联网:驱动力、评述与展望[J].电网技术,2015,39(11):3005-3013.
        [2]来小康,王松岑.能源互联网背景下的储能技术及产业发展[J].高科技与产业化,2016(4):26-31
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