能源互联网背景下的电力储能技术展望
陈楚
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陈楚,. 能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 中国电力技术,2022.1. DOI:10.12721/ccn.2022.159517.
摘要:
科技进步推动了新能源的发展,新能源发电和可再生能源越来越多地进入人们的生活。储能是构成智能电网网络和能源互联的关键技术。文章以能源互联网为背景,介绍了其发展现状,并对目前常用的储能技术进行了分析。
关键词: 能源互联网;内容;电力储能技术
DOI:10.12721/ccn.2022.159517
基金资助:

引言

全球能源变革已经来临。我们正致力于解决化石能源开发带来的能源危机,以先进技术为支撑,逐步形成能源互联互通的理念。把多种能源转化为可再生能源,实施分布式能源管理。构建基于能源路由器的综合能源信息管理系统,实现了多种实体间的信息交互。逐步从传统能源系统向能源互联网系统过渡。交互式,智能电网。能源存储是能源集中管理和分布式利用的重要支撑技术,随着能源互联网的不断变化和发展而快速迭代升级。因此,深入研究储能技术具有十分重要的现实意义。

1.能源互联网发展现状

海外(如美国、欧盟等)已经对能源互联网技术进行了研究。虽然各国对能源互联网的认识和发展水平不同,但是能源互联网技术与传统能源系统的有效整合是其发展的核心。传统的能源系统在应用过程中是集中的、分散的,单一的状态变化只能由生产者控制。而能源互联网技术旨在建立与消费者互动的能源系统,增加可再生能源在能源系统中的比例,最终实现有效的多能源连接和高效率的整体效益。

2.电力储能技术的主要内容

2.1氢储能技术

氢气的工业生产仍然以天然气和煤为主,水电解制氢技术随着新能源的不断发展而日趋成熟。这一工艺主要是通过电网低负荷率消耗高能,用新能源生产电解水产生氢,有效地提高了新能源的利用率。氢气储存技术还在进一步研究和开发中,氢气的利用率和产氢率还不能满足市场需求。为使氢能得到更好的利用,将新能源的产氢量通过天然气网络输送到天然气管道,达到输送氢能的目的。

2.2储热技术

目前,热存储技术主要有显热法、潜热法和化学能量法。显热存贮是利用介质温度的持续升高来实现的;潜热存贮也是一种相变储能,它通过材料的相变来吸收(释放)能量,形成“固液”相变过程。相对于显热储能,它的温度变化比较稳定,能量密度更大。利用可逆化学方法实现化学储热。反应性储能具有很高的能量密度,可达显热或潜热的10倍以上,但储热材料的选择在实际应用中比较困难。事实上,储热技术的价值主要体现在两个方面:一是应用于太阳能发电,可解决或减少太阳能发电设备间歇性问题,为稳定太阳能发电提供了重要保障。二是在新能源机组的应用中,解决了机组能耗问题,提高了机组的灵活性和调峰能力。

2.3电化学储能

电化学储能在实际开发过程中,反应速度相对较快。该机构承担部分电力服务和我国电网能源服务任务。利用电化学储能,技术人员可以调节电网频率,并与分布式电源进行交互。通过整合,不断提高电网运行的可靠性,提高微电网容量管理效率。电化学储能技术在我国得到了不断的发展和完善,它的应用范围也在不断的扩大。

3.能源互联网背景下的电力储能技术应用价值

电力系统运行中,可再生能源主要是以发电、加热或生产可再生能源的方式向电网提供的主要能源。以风电、光伏为主的可再生能源存在较强的波动性,与传统用能负荷自身的波动和间歇性难以匹配,容易导致电力系统失衡,这也是可再生能源消纳困难的主因。电储能技术和可再生能源的有机结合,可以显著降低再生能源利用的不稳定性,保证其可调节性,降低消纳难度,提升消纳比例。

4.能源互联网背景下的电力储能技术

4.1储能方面的能量流优化和能量调度技术

能源互联网因为在实际建设过程中需要综合利用多种能源。能源互联网在实际输入和输出过程中的配置更加复杂。此外,在能源互联网建设中,各种设备具有“即插即用”的特性。一旦出现故障,网络就会被“重建”,这样能量路径就变得多变,同时无形地加重了设计的难度。储能的难点在于储能能量流动的优化与调度。其中之一是要求技术人员在系统总能源成本最小的情况下设定能耗指标。还有是控制能流,改进设备功能,并在每一周期实现联合优化。此外,还需要建立能源系统优化调度模型,并对模型设计中的储能条件进行调整。

4.2储能与能量转换装置的集成设计和协调配置

对多能量耦合系统储能转换装置进行设计时,首先要确定评价指标,主要包括经济指标、能耗指标和环境指标。在系统优化中,经济指标应该是首选指标之一。另外,在供电系统运行过程中,通过蓄能器对系统频率、电压的控制也会发生明显变化。设计时不能忽视储能动态特性对系统指标的影响。

4.3储能与能量转换的集成设计和协调配置

能源互联网背景下,如何利用能源间的耦合关系,更好地适应时代发展,合理配置储能能力,是一个迫切需要解决的问题。基于这一要求,在多能耦合系统的能量储存和转换装置中加入系统评估指标。通常采用的系统评价指标主要有能耗、经济和环境等。优化模型时,经济指标主要包括初始投资和运行费用,以及整个检验期运行费用。优化的有效条件有设备负荷率、系统潮流约束和束以及可靠性约束等是模型优化中的有效条件。储能对电源操作系统的工作频率和电压有着重要的影响。此种情况下,就必须考虑影响能量利用和可靠性的能量储存的动态特性。在国内,多能耦合系统的储能设计和容量规划方面的研究相对薄弱。

4.4分析能源交易和价格机制

现实的能源互联网建设中,参与能源交易的各方都会受到自身经济利益的影响。能源互联网在交易过程中,由于对物理网络的运行和管理要求越来越高,网络的运行压力也越来越大。同时,还需要能源网络技术人员加强对能源交易价格机制的研究。为此,必须改进能源交易和价格机制,以减少系统内部能源分配成本波动带来的影响。另外,为了更好地反映市场的实际情况,技术人员还需要加强能量存储技术在电力系统中的应用,并将其应用到实际的能量交易过程中,使其发挥作用。

5.结束语

总之,在能源互联网环境中,各种能源之间的联系得到加强。利用储能技术可以解决我国单位能源生产能耗高、对环境影响大的问题。储能技术研究的不断深入,也有助于推动新能源的生产。可见,对它的研究是十分必要的。

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