薛小云

(西北大學(xué)現(xiàn)代學(xué)院,陜西 西安 710130)

隨著能源轉(zhuǎn)型的深入推進,電網(wǎng)的物理特性、設(shè)備基礎(chǔ)、發(fā)展格局、運行特征和控制方式都將發(fā)生根本性的變化,這也給電網(wǎng)發(fā)展轉(zhuǎn)型帶來了挑戰(zhàn)。新能源儲能系統(tǒng)大規(guī)模、高比例接入,增加了電網(wǎng)的消納壓力,能源資源的大范圍優(yōu)化配置也帶來了電網(wǎng)安全問題。儲能技術(shù)可以為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、應(yīng)急事故響應(yīng)等多種服務(wù),逐漸成為解決電力系統(tǒng)可靠性、靈活性和可持續(xù)性等問題的重要手段,能夠提高電網(wǎng)應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型所帶來的變化和挑戰(zhàn)的適應(yīng)性。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的提出,可再生能源得到大力發(fā)展,需要大量的儲能設(shè)施來保證能源的平穩(wěn)供應(yīng)。因此,儲能產(chǎn)業(yè)將成為一個長期高確定性、高增長的產(chǎn)業(yè),并將在未來的能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮越來越重要的作用。當(dāng)前,中國儲能市場需求已經(jīng)逐步明確,儲能系統(tǒng)供應(yīng)鏈日益完善,用戶對儲能應(yīng)用的認(rèn)識逐步深入。在政策和市場的雙重推動下,儲能市場已經(jīng)進入規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展的階段。規(guī)模化儲能技術(shù)的應(yīng)用,不僅可以提高電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力和質(zhì)量,還可以提高電力市場的靈活性和競爭力,為電力市場帶來更多商業(yè)機會,如通過參與電力市場的調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù),以及儲能項目的投資、建設(shè)、運營和維護等獲得收益。儲能技術(shù)在未來的能源轉(zhuǎn)型中,將扮演越來越重要的角色。

為總結(jié)規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)應(yīng)用的理論研究成果和實際工程經(jīng)驗,張澄主編完成《大規(guī)模儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與運行技術(shù)》一書,該書共含10個章節(jié)。第1章為緒論;第2章為與可再生能源發(fā)電聯(lián)合的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置;第3章為電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃與運行模擬模型與方法;第4章為儲能用于頻率支撐與黑啟動服務(wù)的優(yōu)化配置;第5章為儲能應(yīng)用于配網(wǎng)側(cè)的優(yōu)化配置與運行;第6章為電化學(xué)儲能電站模塊化典型設(shè)計;第7章為規(guī)?；瘍δ艿恼{(diào)度控制技術(shù);第8章為電網(wǎng)側(cè)規(guī)?；瘍δ艿恼{(diào)度控制系統(tǒng);第9章為電網(wǎng)側(cè)儲能示范運行;第10章為電網(wǎng)側(cè)儲能分析與展望。

1 電力系統(tǒng)應(yīng)用儲能技術(shù)的需求和背景

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的推進,電力系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)主要依賴于化石燃料發(fā)電,不僅對環(huán)境造成了污染,而且能源資源的消耗也越來越嚴(yán)重。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn),電力系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)型升級,采用更加清潔、可持續(xù)的能源,如風(fēng)能、太陽能等新能源。

新能源的不穩(wěn)定性和間歇性給電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。由于新能源的發(fā)電量受天氣等自然因素的影響,發(fā)電量難以預(yù)測和控制,給電力系統(tǒng)的供需平衡帶來很大的困擾。此外,新能源的接入也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性帶來挑戰(zhàn)。由于新能源的接入會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的頻率和電壓等參數(shù)發(fā)生變化,需要電力系統(tǒng)具備更高的靈活性和可調(diào)節(jié)性。

在此背景下,儲能技術(shù)逐漸成為解決電力系統(tǒng)問題的重要手段。儲能技術(shù)可將多余的電能儲存起來,在需要時釋放出來,從而平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系。此外,儲能技術(shù)還可以提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,避免因電力系統(tǒng)故障或其他原因?qū)е碌耐ｋ姾碗娏χ袛唷ｋ娏ο到y(tǒng)對儲能技術(shù)的需求日益增加,儲能技術(shù)也逐漸成為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級的重要支撐。

2 儲能的主要技術(shù)類型和應(yīng)用現(xiàn)狀

目前,主要的儲能技術(shù)類型包括電池儲能、壓縮空氣儲能、超級電容儲能和超導(dǎo)儲能等。電池儲能是目前應(yīng)用最廣泛的儲能技術(shù)之一,主要原理是將電能儲存在電池中,當(dāng)需要時再釋放出來。電池儲能技術(shù)具有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,適用于小規(guī)模的儲能應(yīng)用,如家庭儲能、電動汽車等。壓縮空氣儲能是一種將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能量儲存起來的技術(shù),主要原理是將電能用于給空氣加壓,將壓縮空氣儲存在儲氣罐中,當(dāng)需要時再釋放出來,通過渦輪機等設(shè)備將壓縮空氣轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣儲能技術(shù)具有儲能容量大、壽命長、適用范圍廣等優(yōu)點,適用于大規(guī)模的儲能應(yīng)用,如電網(wǎng)儲能、風(fēng)電儲能等。超級電容儲能是一種將電能儲存在電容器中的技術(shù),主要原理是利用電容器的電場儲存電能,當(dāng)需要時再釋放出來。超級電容儲能技術(shù)具有響應(yīng)速度快、壽命長、高效率等優(yōu)點,適用于短時儲能和高功率輸出的應(yīng)用,如電動汽車、電網(wǎng)調(diào)峰等。超導(dǎo)儲能是一種將電能儲存在超導(dǎo)體中的技術(shù),主要原理是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)性質(zhì)將電能儲存起來,當(dāng)需要時再釋放出來。超導(dǎo)儲能技術(shù)具有儲能密度高、壽命長、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,適用于大規(guī)模的儲能應(yīng)用,如電網(wǎng)儲能、風(fēng)電儲能等。該技術(shù)目前還處于研究和開發(fā)階段,但應(yīng)用前景廣闊,有望成為未來電力系統(tǒng)中的重要儲能技術(shù)。

3 規(guī)?；瘍δ艿恼{(diào)度控制技術(shù)

規(guī)模化儲能的調(diào)度控制技術(shù)通過對儲能站的充放電進行控制,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的供需平衡、頻率控制、電壓控制和分區(qū)發(fā)用電平衡等功能,可提高電力系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性。該書從規(guī)模化儲能的調(diào)度控制技術(shù)的不同應(yīng)用場景進行分類闡述,包括:①電網(wǎng)側(cè)儲能日前優(yōu)化調(diào)度,指在日前市場中,通過對電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測和新能源發(fā)電預(yù)測等信息進行分析和處理,生成儲能站的充放電調(diào)度策略,以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的供需平衡和經(jīng)濟運行,具體包括基于規(guī)則的調(diào)度策略、基于優(yōu)化算法的調(diào)度策略等;②電網(wǎng)側(cè)儲能參與系統(tǒng)調(diào)頻控制,指在電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時,通過對儲能站的充放電進行控制,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的頻率控制和穩(wěn)定性控制,具體包括基于頻率響應(yīng)特性的控制策略、基于模型預(yù)測控制的控制策略等;③調(diào)度主站端的儲能電站控制,指通過對儲能電站的充放電進行控制,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的調(diào)度和運行控制,需要綜合考慮電力系統(tǒng)的調(diào)度指令、負(fù)荷預(yù)測、運行狀態(tài)、市場需求和儲能電站自身狀態(tài)等因素;④儲能參與分區(qū)發(fā)用電平衡的控制,指在分區(qū)發(fā)用電系統(tǒng)中,通過對儲能站的充放電進行控制,實現(xiàn)分區(qū)發(fā)用電的平衡和經(jīng)濟運行,具體包括基于分區(qū)發(fā)用電負(fù)荷預(yù)測的控制策略、基于優(yōu)化算法的控制策略等;⑤儲能參與時段電量跟蹤的控制,指在電力市場中,根據(jù)電價變化和用電需求,調(diào)整儲能系統(tǒng)的充放電策略,以實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟效益,需要綜合考慮電價預(yù)測、用電需求預(yù)測、市場需求響應(yīng)和電力市場交易規(guī)則等因素。

4 電網(wǎng)側(cè)儲能商業(yè)運營模式分析

電網(wǎng)側(cè)儲能將儲能設(shè)備直接連接到電網(wǎng)中,通過儲能設(shè)備的充放電來調(diào)節(jié)電網(wǎng)的供需平衡,可提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。電網(wǎng)側(cè)儲能是推動我國儲能規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵。經(jīng)濟性問題被認(rèn)為是儲能發(fā)展的桎梏。儲能行業(yè)一直面臨著“建而不用”的問題,需要突破長時儲能的技術(shù)難點,解決日間至中長期電力存儲調(diào)節(jié)難題。在機制層面上,商業(yè)模式的豐富和完善是儲能規(guī)?；瘧?yīng)用的保障,需要豐富和完善電力市場,尤其是輔助服務(wù)市場的交易機制,擴大輔助服務(wù)市場規(guī)模,為儲能提供價值實現(xiàn)方式。在技術(shù)層面上,技術(shù)成熟和經(jīng)濟合理是儲能規(guī)?；瘧?yīng)用的前提。未來,儲能要實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展應(yīng)用,需要朝著高安全、低成本、大容量、高效率和集中式的方向發(fā)展。

電網(wǎng)側(cè)儲能的主要商業(yè)運營模式包括以下幾種:①儲能站運營商模式,指專門從事儲能站建設(shè)、運營和管理的企業(yè),通過與電力市場的交易,將儲能站的充放電能力作為一種能源產(chǎn)品進行銷售,以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的最大化;②儲能系統(tǒng)服務(wù)商模式,指提供儲能系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)、運營和維護等服務(wù)的企業(yè),通過與電力市場的交易,將儲能系統(tǒng)的服務(wù)能力作為一種能源產(chǎn)品進行銷售;③儲能系統(tǒng)投資商模式,指投資儲能系統(tǒng)建設(shè)和運營的企業(yè),通過與電力市場的交易,獲得儲能系統(tǒng)的收益和投資回報;④儲能系統(tǒng)用戶模式,指直接使用儲能系統(tǒng)的企業(yè)或個人,通過購買儲能系統(tǒng)的充放電服務(wù),實現(xiàn)自身能源需求的平衡和經(jīng)濟效益的最大化。電網(wǎng)側(cè)儲能商業(yè)運營模式要綜合考慮儲能系統(tǒng)的技術(shù)特點、市場需求和政策環(huán)境等因素,還需具備市場化、靈活性及可持續(xù)性等特點,以適應(yīng)電力市場的需求和發(fā)展趨勢。

5 規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)的發(fā)展展望

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和新能源的大規(guī)模接入,儲能系統(tǒng)的容量不斷擴大,以滿足電力系統(tǒng)的調(diào)峰削峰、備用電源、電力市場交易等需求。同時,儲能系統(tǒng)的技術(shù)也在不斷創(chuàng)新,以提高儲能系統(tǒng)的效率、安全性和可靠性,如鈉離子電池等技術(shù)的出現(xiàn),將進一步推動儲能系統(tǒng)的發(fā)展。此外,隨著規(guī)模的擴大和技術(shù)的創(chuàng)新,儲能系統(tǒng)的成本在不斷降低,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大,以滿足電力系統(tǒng)的多種需求。儲能被視為應(yīng)對新能源大規(guī)模并網(wǎng)和消納的重要手段,是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,重要性不言而喻。當(dāng)前儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨一些瓶頸,需要通過技術(shù)創(chuàng)新、成本降低、市場擴大、法律法規(guī)完善等方式加以解決,以推動儲能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

在全球能源改革趨勢下,儲能市場方興未艾,新型儲能大勢所趨。近兩年,儲能行業(yè)從商業(yè)化起步逐漸走向規(guī)?；?不少國家和地區(qū)相繼出臺利好政策,儲能行業(yè)的運營模式逐步走向成熟。預(yù)計未來5年,新能源配儲、獨立儲能仍將是我國新型儲能的主要應(yīng)用場景,表前儲能裝機占比有望進一步提升。當(dāng)前我國新型儲能裝機遠(yuǎn)超預(yù)期,快速發(fā)展的原因主要有兩個方面:第一,國家和地方層面密集出臺了激勵新型儲能發(fā)展的政策和市場機制,激發(fā)了各類社會主體參與的熱情;第二,相對完整、成熟的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)布局,保障了電池儲能產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定和暢通。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和新能源的大規(guī)模接入,規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)將為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和智能化升級提供重要支撐。

6 結(jié)語

《大規(guī)模儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與運行技術(shù)》內(nèi)容詳盡、實用,既可作為從事大規(guī)模儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與運行專業(yè)的技術(shù)和管理人員的專業(yè)書籍,也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。

書名:大規(guī)模儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃與運行技術(shù)

作者:張澄 主編

ISBN:9787519866587

出版社:中國電力出版社

出版時間:2022-06

定價:￥96.00元