中国储能网讯:1、能源互联网中的广义储能定义

传统意义的电力储能可定义为实现电力存储和双向转换的技术。能源互联网中的电力储能不仅包含实现电能双向转换的设备,还应包含电能与其他能量形式的单向存储与转换设备。在能源互联网背景下,广义的电力储能技术可定义为实现电力与热能、化学能、机械能等能量之间的单向或双向存储设备。如图1所示,电化学储能、储热、氢储能、电动汽车等储能技术围绕电力供应,实现了电网、交通网、天然气管网、供热供冷网的“互联”。图1中,储能和能源转换设备共同建立了多能源网络的耦合关系。在实际应用中,二者常进行一体化设计,难以区分,将具有储能能力的电力转换设备也纳入广义电力储能的范畴。

2、储能在能源互联网中的应用模式

储能技术已被视为电力系统“发–输–变–配–用”环节中的重要组成部分。在能源互联网中,储能的作用将进一步得到扩展。图2描绘了能源互联网的概念架构,包括物理系统、管理系统和能源交易市场。在能源互联网架构的基础上,将储能在能源互联网分为两种应用模式:

1)广域能源网应用

在骨干网络中,利用大规模储能技术协调集中式能源生产,参与广域能量管理,为大规模能源生产和传输提供“能量缓冲”,为系统广域能量调度提供支撑,维持系统供需平衡。大容量储能的运营主体直接参与能源交易市场,根据能源市场价格变动灵活购入或卖出能量,或提供调节服务。

2)局域能源网应用

局域能源网中,储能与能源转换装置相互配合共同维持系统经济高效运行,局域能源网管理系统根据储能的状态及供需预测信息,结合能源价格信息,对局域网内能源的生产和消耗进行决策,从能源市场购买或卖出能量。在虚拟能源站应用中,由于难以对各分散生产者的行为进行预测,对分布式电源、电动汽车等聚合管理具有较大的难度。在储能的作用下,分散的能源生产者具有更可信的能源供应能力,并使其具备参与能源市场交易的条件。

3、能源互联网中储能的作用和需求

在各应用模式下,储能具有特定的作用和应用目标,对储能技术的需求也有所差异。此处,将储能在能源互联网中的作用和需求归纳为:

1)支撑高比例可再生能源发电电网的运行

电网对储能的需求大体可以分为功率服务和能量服务两类。对于功率服务,需要响应快速的大容量储能技术;对于能量服务,双向的电力储能需要具有长时间尺度的存储能力、高的循环效率及较低的成本,实现可再生能源发电在时间维度上的转移。储氢、储热等单向的大规模储能技术,为冗余的新能源发电提供了向其他能源形式转移的途径。

2)提高多元能源系统的灵活性和可靠性

能源互联网中存在多种能量流的相互耦合和影响,在支撑多能源系统的灵活性和可靠性方面,需要储能弱化多种能源间的强相关和紧密耦合关系,储能的技术类型和作用时间尺度要与系统的能源供应需求和转化元件的技术特性相匹配。

3)为多元能源系统能量管理和路径优化提供支持

储能和释能管理是多能源系统运行决策的重要对象。系统可依据储能状态的动态变化,确定储能的功率方向和大小,维持系统内供需平衡。系统潮流的分布将影响系统运行经济性和效率。储能的功率流向和大小是系统潮流优化的重要控制变量,可使系统获得最优的能量流路径。另外,根据能量在储能单元的滞留,还可判断系统中能量流拥塞情况,及时调整运行计划。要求储能具有动态响应系统运行状态的能力、高的转换效率以及便利的安装条件。

4)提高能源交易的自由度

在能源互联网中,传统的能源交易模式将发生变革,能源的生产者和消费者都将参与到市场竞争中。对于大型的能源供应商,利用大规模储能的“库存”能力,响应市场价格的变动。分布式储能与电源的存在改变了用户与能源供应商之间固有的供需关系,使用户具有自由选择参与或退出市场的权利。储能的存在还提供了用户参与能源交易的可能性。在一定的市场机制下,储能的经济性对能源互联网的构件起到关键性的作用。

4、能源互联网中储能应用关键技术分析

储能技术不仅建立了多种能源之间的耦合关系,更为能源互联网互动、开放、优化共享的机制和目标提供了必要的支撑。储能将在能源互联网中发挥能量中转、匹配和优化的重要作用。除储能本体的研发外,提出储能在能源互联网应用中的几项关键技术:

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

大规模化储能与可再生能源发电的协同规划与调度是实现电网级储能应用的两个关键问题。关于储能的规划和调度方法研究仍处于起步阶段,新能源发电不确定性的建模、储能成本模型、系统风险的评估以及优化问题的求解是该项工作的主要难点。在新能源发电供热、制氢,规模化电动汽车柔性充放电等条件下,电力系统与其他能源系统紧密耦合在一起,围绕新能源发电高效利用问题,考虑大容量储热、储氢、电动汽车的电–热-气-交通联合系统的规划和优化控制方法研究目前基本处于空白阶段。

2)基于储能的能量流优化和能量调度技术

能源耦合结构优化、能量潮流优化、能量优化调度管理是局域能源互联网的几个主要问题。当系统包含储能时,需要考虑一定周期内多个潮流断面的联合优化。在能量优化调度模型中,储能存在三种工作状态:储能、释能和空闲状态,系统的能量流优和调度优化问题成为非凸非线性的混合整数规划问题,问题的规模和求解难度较大。

3)储能与能量转换装置的集成设计和协调配置

如何利用储能建立各能源之间的耦合关系,并配置合理的储能容量,是能源互联网中有待解决的一项关键技术。目前,关于储能在多能源耦合系统的设计和容量规划研究目前还少有工作涉及,储能对系统能量传输和转换的经济性、效率、可靠性、动态特性等方面的影响也有待评估。

4)考虑储能的能源交易和价格机制

对于一个能源局域网,当外部能源价格发生变动时,将引起系统边际成本的波动,为降低运行风险,管理者将考虑储能的应用。在广域能源互联网中,建立反应系统能量供需平衡及传输拥塞状态的弹性价格机制,可形成基于价格信号的闭环控制。储能不仅是市场机制设计的重要考虑因素,相关机制也是储能市场应用空间的决定性因素。

原标题:【我看能源互联网】能源互联网背景下的储能技术