電力系統的規模化儲能技術及商業運營模式分析
——評《大規模儲能系統優化規劃與運行技術》

薛小云

(西北大學現代學院,陜西 西安 710130)

隨著能源轉型的深入推進,電網的物理特性、設備基礎、發展格局、運行特征和控制方式都將發生根本性的變化,這也給電網發展轉型帶來了挑戰。新能源儲能系統大規模、高比例接入,增加了電網的消納壓力,能源資源的大范圍優化配置也帶來了電網安全問題。儲能技術可以為電網運行提供調峰、調頻、備用、應急事故響應等多種服務,逐漸成為解決電力系統可靠性、靈活性和可持續性等問題的重要手段,能夠提高電網應對能源轉型所帶來的變化和挑戰的適應性。隨著“雙碳”戰略的提出,可再生能源得到大力發展,需要大量的儲能設施來保證能源的平穩供應。因此,儲能產業將成為一個長期高確定性、高增長的產業,并將在未來的能源轉型中發揮越來越重要的作用。當前,中國儲能市場需求已經逐步明確,儲能系統供應鏈日益完善,用戶對儲能應用的認識逐步深入。在政策和市場的雙重推動下,儲能市場已經進入規模化應用發展的階段。規?；瘍δ芗夹g的應用,不僅可以提高電力系統的供應能力和質量,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機會,如通過參與電力市場的調峰、調頻等服務,以及儲能項目的投資、建設、運營和維護等獲得收益。儲能技術在未來的能源轉型中,將扮演越來越重要的角色。

為總結規?；瘍δ芟到y應用的理論研究成果和實際工程經驗,張澄主編完成《大規模儲能系統優化規劃與運行技術》一書,該書共含10個章節。第1章為緒論;第2章為與可再生能源發電聯合的儲能系統優化配置;第3章為電網側儲能規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的優化配置;第5章為儲能應用于配網側的優化配置與運行;第6章為電化學儲能電站模塊化典型設計;第7章為規模化儲能的調度控制技術;第8章為電網側規?；瘍δ艿恼{度控制系統;第9章為電網側儲能示范運行;第10章為電網側儲能分析與展望。

1 電力系統應用儲能技術的需求和背景

隨著全球能源轉型的推進,電力系統面臨著越來越多的挑戰。傳統的電力系統主要依賴于化石燃料發電,不僅對環境造成了污染,而且能源資源的消耗也越來越嚴重。為了應對這些挑戰,電力系統需要轉型升級,采用更加清潔、可持續的能源,如風能、太陽能等新能源。

新能源的不穩定性和間歇性給電力系統帶來挑戰。由于新能源的發電量受天氣等自然因素的影響,發電量難以預測和控制,給電力系統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的穩定性和安全性帶來挑戰。由于新能源的接入會導致電力系統的頻率和電壓等參數發生變化,需要電力系統具備更高的靈活性和可調節性。

在此背景下,儲能技術逐漸成為解決電力系統問題的重要手段。儲能技術可將多余的電能儲存起來,在需要時釋放出來,從而平衡電力系統的供需關系。此外,儲能技術還可以提高電力系統的可靠性和穩定性,避免因電力系統故障或其他原因導致的停電和電力中斷。電力系統對儲能技術的需求日益增加,儲能技術也逐漸成為電力系統轉型升級的重要支撐。

2 儲能的主要技術類型和應用現狀

目前,主要的儲能技術類型包括電池儲能、壓縮空氣儲能、超級電容儲能和超導儲能等。電池儲能是目前應用最廣泛的儲能技術之一,主要原理是將電能儲存在電池中,當需要時再釋放出來。電池儲能技術具有體積小、質量輕、響應速度快等優點,適用于小規模的儲能應用,如家庭儲能、電動汽車等。壓縮空氣儲能是一種將電能轉化為壓縮空氣能量儲存起來的技術,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,當需要時再釋放出來,通過渦輪機等設備將壓縮空氣轉化為電能。壓縮空氣儲能技術具有儲能容量大、壽命長、適用范圍廣等優點,適用于大規模的儲能應用,如電網儲能、風電儲能等。超級電容儲能是一種將電能儲存在電容器中的技術,主要原理是利用電容器的電場儲存電能,當需要時再釋放出來。超級電容儲能技術具有響應速度快、壽命長、高效率等優點,適用于短時儲能和高功率輸出的應用,如電動汽車、電網調峰等。超導儲能是一種將電能儲存在超導體中的技術,主要原理是利用超導體的超導性質將電能儲存起來,當需要時再釋放出來。超導儲能技術具有儲能密度高、壽命長、響應速度快等優點,適用于大規模的儲能應用,如電網儲能、風電儲能等。該技術目前還處于研究和開發階段,但應用前景廣闊,有望成為未來電力系統中的重要儲能技術。

3 規模化儲能的調度控制技術

規?；瘍δ艿恼{度控制技術通過對儲能站的充放電進行控制,實現電力系統的供需平衡、頻率控制、電壓控制和分區發用電平衡等功能,可提高電力系統的可靠性、經濟性和環保性。該書從規模化儲能的調度控制技術的不同應用場景進行分類闡述,包括:①電網側儲能日前優化調度,指在日前市場中,通過對電力系統的負荷預測和新能源發電預測等信息進行分析和處理,生成儲能站的充放電調度策略,以實現電力系統的供需平衡和經濟運行,具體包括基于規則的調度策略、基于優化算法的調度策略等;②電網側儲能參與系統調頻控制,指在電力系統頻率發生變化時,通過對儲能站的充放電進行控制,實現電力系統的頻率控制和穩定性控制,具體包括基于頻率響應特性的控制策略、基于模型預測控制的控制策略等;③調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,實現電力系統的調度和運行控制,需要綜合考慮電力系統的調度指令、負荷預測、運行狀態、市場需求和儲能電站自身狀態等因素;④儲能參與分區發用電平衡的控制,指在分區發用電系統中,通過對儲能站的充放電進行控制,實現分區發用電的平衡和經濟運行,具體包括基于分區發用電負荷預測的控制策略、基于優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,根據電價變化和用電需求,調整儲能系統的充放電策略,以實現最大化的經濟效益,需要綜合考慮電價預測、用電需求預測、市場需求響應和電力市場交易規則等因素。

4 電網側儲能商業運營模式分析

電網側儲能將儲能設備直接連接到電網中,通過儲能設備的充放電來調節電網的供需平衡,可提高電網的穩定性和可靠性。電網側儲能是推動我國儲能規?；l展的關鍵。經濟性問題被認為是儲能發展的桎梏。儲能行業一直面臨著“建而不用”的問題,需要突破長時儲能的技術難點,解決日間至中長期電力存儲調節難題。在機制層面上,商業模式的豐富和完善是儲能規?；瘧玫谋Ｕ?需要豐富和完善電力市場,尤其是輔助服務市場的交易機制,擴大輔助服務市場規模,為儲能提供價值實現方式。在技術層面上,技術成熟和經濟合理是儲能規?；瘧玫那疤帷Ｎ磥?儲能要實現規?；l展應用,需要朝著高安全、低成本、大容量、高效率和集中式的方向發展。

電網側儲能的主要商業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、運營和管理的企業,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品進行銷售,以實現經濟效益和社會效益的最大化;②儲能系統服務商模式,指提供儲能系統設計、建設、運營和維護等服務的企業,通過與電力市場的交易,將儲能系統的服務能力作為一種能源產品進行銷售;③儲能系統投資商模式,指投資儲能系統建設和運營的企業,通過與電力市場的交易,獲得儲能系統的收益和投資回報;④儲能系統用戶模式,指直接使用儲能系統的企業或個人,通過購買儲能系統的充放電服務,實現自身能源需求的平衡和經濟效益的最大化。電網側儲能商業運營模式要綜合考慮儲能系統的技術特點、市場需求和政策環境等因素,還需具備市場化、靈活性及可持續性等特點,以適應電力市場的需求和發展趨勢。

5 規?；瘍δ芗夹g的發展展望

隨著電力系統的發展和新能源的大規模接入,儲能系統的容量不斷擴大,以滿足電力系統的調峰削峰、備用電源、電力市場交易等需求。同時,儲能系統的技術也在不斷創新,以提高儲能系統的效率、安全性和可靠性,如鈉離子電池等技術的出現,將進一步推動儲能系統的發展。此外,隨著規模的擴大和技術的創新,儲能系統的成本在不斷降低,應用領域也在不斷擴大,以滿足電力系統的多種需求。儲能被視為應對新能源大規模并網和消納的重要手段,是構建新型電力系統不可或缺的關鍵基礎設施,重要性不言而喻。當前儲能產業發展仍面臨一些瓶頸,需要通過技術創新、成本降低、市場擴大、法律法規完善等方式加以解決,以推動儲能產業的健康發展。

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,儲能行業從商業化起步逐漸走向規模化,不少國家和地區相繼出臺利好政策,儲能行業的運營模式逐步走向成熟。預計未來5年,新能源配儲、獨立儲能仍將是我國新型儲能的主要應用場景,表前儲能裝機占比有望進一步提升。當前我國新型儲能裝機遠超預期,快速發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展的政策和市場機制,激發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業布局,保障了電池儲能產業鏈的穩定和暢通。隨著電力系統的發展和新能源的大規模接入,規?；瘍δ芗夹g將為電力系統的可持續發展和智能化升級提供重要支撐。

6 結語

《大規模儲能系統優化規劃與運行技術》內容詳盡、實用,既可作為從事大規模儲能系統優化規劃與運行專業的技術和管理人員的專業書籍,也可作為高等院校相關專業師生的參考用書。

書名:大規模儲能系統優化規劃與運行技術

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