摘要：针对全球能源互联网的特点以及电能转化与储能技术对于全球能源互联网的重要作用，从能源互联网的各个环节对电能转化和储能的技术需求出发，分析发电环节、输配电环节、用户环节对储能系统的不同技术需求，阐述各种储能技术对全球能源互联网的贡献，最后提出全球能源互联网储能配置方案与配置原则。
关键词：能源；“互联网”；电能转化；储能技术
0引言
随着可再生能源发电装机的快速增长，国内外电力能源结构正在发生深刻变革，特别是我国电力市场改革不断深化，重构新型电力能源体系的问题逐渐进入人们视野。截止2020年上半年，我国风电装机容量累积达1.37亿千瓦，光伏发电装机达6300万千瓦。与此同时，弃风、弃光问题显著。上半年全国风电弃风电量323亿千瓦时，同比增加148亿千瓦时，平均弃风率21％；弃光限电量达到19亿千瓦时。面对新能源产业发展所面临的问题，迫切需要提出技术上可行，经济上有效的解决方案。通过发展能源“互联网”产业，将电能输送、消纳与转化相结合，实现不了能源形式之间的互联互通，适当储备是解决上述问题的重要战略方向。
1全球能源互联网对大容量储能技术需求分析
全球能源互联网是全新的全球能源配置平台，具备网架坚强、广泛互联、高度智能和开放互动等四个重要特征。其中网架坚强是重要前提，各级电网，涵盖了电源接入、输电、变电、配电、用电等多个环节的协调发展广泛互联是基本形态，高度智能是关键支撑，开发互动是基本要求。下文将针对能源网络的各个环节对储能技术的需求进行分析和探讨。
1.1大容量储能技术在发电领域的技术需求分析
在全球能源互联网框架下，“一极一道”会设立若干风电、太阳能等可再生能源发电基地，则要求储能技术解决以下3方面问题：第一，平滑风电、太阳能等可再生能源发电的波动性和间歇性，降低其对电力系统的冲击；第二，克服风、光功率预测偏差，使可再生能源电力跟踪计划出力；第三，突破风、光资源的限制，提高设备利用率，增加电站发电小时数。
1.2大容量储能技术在输配电领域需求分析
电网领域迫切需要大容量储能技术解决调频、调峰的问题，提高其供电可靠性及其电能质量。具体来说：在提高电网调频能力方面，减小因频繁切换而造成传统调频电源的损耗；在提升电网调峰能力方面，根据电源和负荷的变化情况，及时可靠响应调度指令，并根据指令改变其出力水平；在提高配电网的供电可靠性方面，当配网出现故障时，作为备用电源持续为用户供电；在改善电能质量方面，作为系统可控电源对配电网的电能质量进行治理，消除电压暂降、谐波等问题。
1.3储能技术在用户侧需求分析
对于能源用户侧需求管理来说，通过电能的储存技术，例如电池储能技术，需要满足其对于重要负荷的供电可靠性要求和电能质量要求。同时以满足用户对热能的需求为主要目的的电储热技术，以热能的形式将谷电和弃风电存储起来，在用户需要的时候释放出来，可以减少用户对化石能源的消耗。
2面向全球能源互联网的大容量储能技术
2.1抽水蓄能
抽水蓄能电站在用电低谷，通过水泵将水从低位水库送到高位水库，从而将电能转化为水的势能存储，如图1为北京十三陵抽水蓄能电站原理图，其储能总量同水库的落差和容积成正比。抽水蓄能电站兼具储能与水电的特性，容量大，投入、切出迅速，各种运行模式切换相对快捷，是理想的电力系统调峰、调频电源。相比于其它储能装置，抽水蓄能是当前技术最成熟、最经济、使用寿命最长的大规模电能储存工具，但其受到地形条件的限制较大，建设周期较长，需要妥善处理生态和移民的问题。
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图1北京十三陵抽水蓄能电站原理图
2.2压缩空气储能
压缩空气储能通过压缩机将电能存储于压缩空气中，释能时，其与天然气混燃通过燃气轮机发电，或者直接通过空气膨胀机发电，压缩空气储能原理图如图2所示。目前压缩空气储能电站是在单个电站规模上，唯一可以与抽水蓄能电站相比的储能方式，其投入切出迅速，可快速提升或降低出力水平，十分适合调频、调峰电源。但受到地理条件限制，全球商业运行电站只有两座，其分别是德国的Huntorf电站和美国的McIntosh电站，两座已投入运行的大型压缩空气储能电站概况如表2所示。
目前各国都在积极研发地面型压缩空气储能系统。我国中科院工程热物理所研发的1.5MW压缩空气储能系统已投入运行，可完成电网调峰、提高供电可靠性等功能。英国Highview公司通过和Leeds大学合作，成功开发了液化空气储能系统，并于2010年在英国伦敦附近的Slough建立液化空气储能系统，该系统通过与生物质电站连接，实现并网发电运行。
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图2压缩空气储能原理图
2.3电池
锂离子电池是一种具有高能源效率、高能量密度的储能电池，其具有能量密度高、充放电效率高、安全性高等优点，可以通过串联或并联来获得高电压或高容量，但成本相对较高，成组后电池寿命面临考验，而且安全性问题也不断突显出来。南方电网建成并投运的深圳宝清电池储能电站，深圳宝清储能电站外貌及内部设备，其规模为4MW/16MW·h，可实现配电网侧削峰填谷、调频、调压、孤岛运行等多种电网应用功能。
3全球能源互联网储能配置方案
3.1可再生能源基地储能配置方案
配置容量需要综合考虑风电基地的装机规模、可再生能源资源情况与波动特性、储能系统的作用(平滑输出、跟踪计划出力或保证全天供电)等因素。在赤道附近的太阳能发电基地，需要为光伏电站配置大容量混合储能系统，且为光热电站配置大容量储热系统。这些储能系统能够很大程度上解决可再生能源电力的波动性、间歇性问题。
3.2输电网络附近的储能配置方案
特高压输电网络联接着发电基地与负荷中心，在输电网络附近配置储能系统，可有效调节网络的输送能力。氢储能技术可以通过电解水获得氢气，而氢气是可以通过管道输送的高品位能源。美国普林斯顿大学的奥格登(Ogden)等人提出氢气可以通过天然气管网与天然气混合输送到能源用户端，庞大的管网容量也是良好的储氢容器，所以因地制宜建立制氢消纳风电系统。在全球能源互联网体系下，可以寻找特高压线路与洲际天然气管网的交汇点，通过氢储能技术，将氢气通过天然气管网送入负荷中心。图7中亚欧特高压线路和北美特高压线路上设置的氢储能装置，就是利用天然气管网分别将氢气送入亚洲负荷中心和北美负荷中心。
3.3各大洲负荷中心的储能配置方案
在各大洲的负荷中心，需要考虑电网和用户的多重需求，配置大容量混合储能系统。在电网环节，要综合考虑电网的峰谷差，频率、电压等电能质量变化范围，供电容量等因素，在用户环节，要综合考虑用户负荷容量、能量需求类型、电能质量特点、供电可靠性要求、经济性等因素。抽水蓄能和压缩空气储能需要结合当地的地理与自然条件情况，因此在非洲、大洋洲等干旱地区未配置抽水蓄能储能。而地面压缩/液化空气储能和电池储能被较为普遍的配置。
4结束语
本文首先介绍了全球能源互联网的特点以及储能技术对于全球能源互联网的重要作用，然后分析能源互联网发电、输配电、用户各环节对储能系统的不同技术需求，阐述各种储能技术对全球能源互联网的作用，最后提出了全球能源互联网储能配置方案与配置原则。在方案中配置了较多混合型储能系统，还特别阐述了配置大容量储热、氢储能系统，以及将电能转换为其他非电能源存储的优势。
参考文献
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