未來智能電網(wǎng)中可再生能源將由補充能源逐步成為主導能源，由于我國可再生能源與化石能源類似，同樣存在著資源與負荷分布不均衡的問題，全國性電網(wǎng)互聯(lián)仍然是發(fā)展方向。未來電網(wǎng)中將會出現(xiàn)許多大型的集中式并網(wǎng)的可再生能源發(fā)電場或發(fā)電區(qū)，可再生能源發(fā)電間歇性和難以短時預測的問題將會被放大，給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運行帶來一系列的挑戰(zhàn)。有效的解決方法是為可再生能源發(fā)電場配置一定容量的旋轉(zhuǎn)備用，建設(shè)大型儲能電站便是有效的途徑。如果沒有大型儲能電站作為支撐，而是靠建立火電廠作為旋轉(zhuǎn)備用，智能電網(wǎng)的建設(shè)是難以想象的。
儲能技術(shù)通過功率變換裝置，及時進行有功/無功功率吞吐，可以保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時功率的平衡，避免負荷與發(fā)電之間大的功率不平衡，維持系統(tǒng)電壓、頻率和功角的穩(wěn)定，提高供電可靠性;可以改善電能質(zhì)量，滿足用戶的多種電力需求，減少因電網(wǎng)可靠性或電能質(zhì)量帶來的損失;可以利用峰谷電價有效平衡負荷峰谷，減少旋轉(zhuǎn)備用，實現(xiàn)用能的經(jīng)濟性，提高綜合效益;此外，儲能還可以協(xié)助系統(tǒng)在災變事故后重新啟動與快速恢復，提高系統(tǒng)的自愈能力。
促進以可再生能源為主的多種能源分布式發(fā)電，也將是我國發(fā)展智能電網(wǎng)的重要目標。由于分布式電源靠近負荷，可以減緩電網(wǎng)輸送容量的擴展需求，并提高供電可靠性和電能質(zhì)量，從而帶來很大的綜合效益。未來智能電網(wǎng)在各級配電系統(tǒng)中將會出現(xiàn)多種可再生能源電源(如小水電、風電、太陽能、微小型燃氣輪機、生物質(zhì)發(fā)電、海洋能發(fā)電等)。這意味著，未來電網(wǎng)各級配電系統(tǒng)中的電力用戶也同時可能是電力供應方。因此，如何有效整合分布式發(fā)電與配電系統(tǒng)，使其高效穩(wěn)定運行，是智能電網(wǎng)發(fā)展要面臨的一大挑戰(zhàn)。配置分布式儲能，通過協(xié)同控制，可以有效整合多種能源資源，平滑可再生能源電源的波動，使其從調(diào)度上可以充當一個虛擬發(fā)電廠，為其大規(guī)模利用提供了有效解決方案。
儲能分布式應用，有多種技術(shù)選擇
電力儲能長期以來是個世界性難題，盡管目前國際上一些新型儲能技術(shù)發(fā)展較快，但總體來說還沒有實現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上的壟斷，我們應該抓住機遇，下大力氣發(fā)展多種儲能技術(shù)，掌握一批關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)自主創(chuàng)新，積極推動儲能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。飛輪儲能技術(shù)是目前最有發(fā)展前途的儲能技術(shù)之一，在各種儲能技術(shù)中，飛輪儲能是能量密度、功率密度、使用壽命等技術(shù)性能結(jié)合得非常好的一種儲能技術(shù)，在很多應用中都具有優(yōu)勢。但飛輪儲能，尤其高速飛輪儲能是一個復雜的技術(shù)群，包括電磁、機械、材料、電力電子等，涉及很多關(guān)鍵技術(shù)問題。國外一些公司經(jīng)過幾十年的技術(shù)與經(jīng)驗積累，目前已經(jīng)出現(xiàn)了高速飛輪系列產(chǎn)品。國內(nèi)在飛輪儲能的研究上大多停留在關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)、小容量樣機試制階段，對于容量和功率均較大的高速飛輪，與國際先進水平相比還有很長的路要走，在高強度復合材料、磁浮軸承、高速電機、阻尼器以及系統(tǒng)的集成與可靠性等方面都有需要攻克的難題。
目前的大容量儲能技術(shù)主要是抽水儲能和壓縮空氣儲能。有條件的地方可以因地制宜建設(shè)抽水蓄能電站，用于電力系統(tǒng)調(diào)峰，或作為可再生能源發(fā)電場的調(diào)頻備用，減小其發(fā)電波動性對系統(tǒng)的影響?？紤]到我國海上風電資源大規(guī)模開發(fā)利用的前景，可以依托于特定的地理資源，如選擇三面環(huán)山的海灣作為水庫的壩址，圍海建立大型抽水儲能電站;或選擇一些條件好的廢棄礦井、洞穴，修建壓縮空氣儲能電站，與當?shù)氐拇笮惋L電場或光伏電站相結(jié)合，為這些可再生能源電站的穩(wěn)定運行提供支持，增加可再生能源發(fā)電的容量可信度，使其成為具有一定可預測性和可調(diào)度性的穩(wěn)定電源，如美國內(nèi)華達州正在籌建300MW風力發(fā)電與壓縮空氣儲能聯(lián)合電站。
關(guān)于儲能的分布式應用，可以有多種技術(shù)選擇。電化學儲能，除了鉛酸電池、鎳氫電池、鎘鎳電池，新型電池技術(shù)如鈉硫電池、液流電池，金屬—空氣電池等在技術(shù)上日趨成熟。飛輪儲能，包括機械軸承的低速飛輪和磁浮軸承的高速飛輪，目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了系列化產(chǎn)品，低速飛輪在系統(tǒng)穩(wěn)定控制和電能質(zhì)量改善上得到了很好的應用，而高速飛輪，由于大大減小了待機能耗，適宜于峰谷調(diào)節(jié)等長時間的儲能應用。超級電容器包括雙電層電容器和法拉第電容器，功率密度高、使用壽命長、儲能效率高，環(huán)境適應性好，在短時高功率的應用中具有很好的技術(shù)經(jīng)濟性。超導儲能響應速度快，轉(zhuǎn)換效率高，其發(fā)展主流是小型分布式儲能系統(tǒng)，適用于電網(wǎng)的快速功率支撐、系統(tǒng)動態(tài)性能、可靠性和電能質(zhì)量改善等場合，具有較好的發(fā)展?jié)摿Α４送?，中小?guī)模的抽水蓄能和壓縮空氣儲能與光伏發(fā)電或風力發(fā)電系統(tǒng)的集成也是很好的分布式儲能應用形式。
值得關(guān)注的是，隨著插電式混合動力汽車、電動汽車的規(guī)模化應用，形成了大量的移動電力負荷，需要配套廣泛分布的電動汽車充電電站或換電站，成為未來智能電網(wǎng)的重要負荷特性。同時，數(shù)量龐大的電動汽車儲能電池為電網(wǎng)提供了總量巨大的儲能能力，可以通過V2G技術(shù)，為電網(wǎng)的峰谷調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用、電能質(zhì)量改善和穩(wěn)定控制提供能量需求。
儲能發(fā)展，需要技術(shù)、政策同步跟進
就目前的儲能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲能技術(shù)很難同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標，如果將兩種或以上性能互補性強的儲能技術(shù)相結(jié)合，組成復合儲能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟性能。在電網(wǎng)應用中，要實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，電能質(zhì)量改善和削峰填谷等多時間尺度上的功率平準控制，可以將超導儲能、飛輪儲能或超級電容器等功率密度高、儲能效率高以及循環(huán)壽命長的儲能技術(shù)與鉛酸電池、液流電池或鈉硫電池等能量密度高但受制于電化學反應過程的儲能技術(shù)相結(jié)合，以最大程度地發(fā)揮各種儲能技術(shù)的優(yōu)勢，降低全壽命周期費用，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。日本W(wǎng)akkanai在建的5MW并網(wǎng)光伏示范項目將采用1.5MW鈉硫電池和1.5MW雙電層電容器的復合儲能技術(shù)。
應當指出，電力儲能技術(shù)雖然經(jīng)過長期的發(fā)展，但要在電力系統(tǒng)中大規(guī)模應用還需克服技術(shù)和成本等諸多問題。如高效低成本長壽命的儲能材料、標準化系列化的儲能模塊、儲能的功率變換裝置、儲能與可再生能源發(fā)電的一體化技術(shù)、分布式儲能與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)、復合儲能技術(shù)等。近年來，多種電力儲能技術(shù)獲得了較快的發(fā)展，如飛輪儲能、超級電容器、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、鋅空氣電池等，出現(xiàn)了一些規(guī)?；氖痉?，為其商業(yè)應用積累了豐富的技術(shù)和市場經(jīng)驗。
而且，儲能技術(shù)的發(fā)展，除了自身的技術(shù)進步外，還需要其他一些技術(shù)或政策上的配套。如實施分時電價，合理拉開不同供需時段的電價，使得儲能的削峰填谷有利可圖，則會吸引更多的市場力量參與進來，也能夠直接推動儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
文章中配圖如下：
未來智能電網(wǎng)藍圖(中科院電工所)
