未來智能電網(wǎng)中可再生能源將由補(bǔ)充能源逐步成為主導(dǎo)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(fù)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(huì)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(shí)預(yù)測的問題將會(huì)被放大，給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)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(chǔ)能電站便是有效的途徑。如果沒有大型儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)通過功率變換裝置，及時(shí)進(jìn)行有功/無功功率吞吐，可以保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時(shí)功率的平衡，避免負(fù)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(jià)有效平衡負(fù)荷峰谷，減少旋轉(zhuǎn)備用，實(shí)現(xiàn)用能的經(jīng)濟(jì)性，提高綜合效益;此外，儲(chǔ)能還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)變事故后重新啟動(dòng)與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。
促進(jìn)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(biāo)。由于分布式電源靠近負(fù)荷，可以減緩電網(wǎng)輸送容量的擴(kuò)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(jí)配電系統(tǒng)中將會(huì)出現(xiàn)多種可再生能源電源(如小水電、風(fēng)電、太陽能、微小型燃?xì)廨啓C(jī)、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(jí)配電系統(tǒng)中的電力用戶也同時(shí)可能是電力供應(yīng)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(yùn)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(chǔ)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(dòng)，使其從調(diào)度上可以充當(dāng)一個(gè)虛擬發(fā)電廠，為其大規(guī)模利用提供了有效解決方案。
儲(chǔ)能分布式應(yīng)用，有多種技術(shù)選擇
電力儲(chǔ)能長期以來是個(gè)世界性難題，盡管目前國際上一些新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展較快，但總體來說還沒有實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上的壟斷，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，下大力氣發(fā)展多種儲(chǔ)能技術(shù)，掌握一批關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，積極推動(dòng)儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是目前最有發(fā)展前途的儲(chǔ)能技術(shù)之一，在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，飛輪儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)，在很多應(yīng)用中都具有優(yōu)勢。但飛輪儲(chǔ)能，尤其高速飛輪儲(chǔ)能是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)群，包括電磁、機(jī)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(yàn)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(chǔ)能的研究上大多停留在關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)、小容量樣機(jī)試制階段，對(duì)于容量和功率均較大的高速飛輪，與國際先進(jìn)水平相比還有很長的路要走，在高強(qiáng)度復(fù)合材料、磁浮軸承、高速電機(jī)、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(chǔ)能技術(shù)主要是抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)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(dòng)性對(duì)系統(tǒng)的影響。考慮到我國海上風(fēng)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(chǔ)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(chǔ)能電站，與當(dāng)?shù)氐拇笮惋L(fēng)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(yùn)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(yù)測性和可調(diào)度性的穩(wěn)定電源，如美國內(nèi)華達(dá)州正在籌建300MW風(fēng)力發(fā)電與壓縮空氣儲(chǔ)能聯(lián)合電站。
關(guān)于儲(chǔ)能的分布式應(yīng)用，可以有多種技術(shù)選擇。電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能，包括機(jī)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(yīng)用，而高速飛輪，由于大大減小了待機(jī)能耗，適宜于峰谷調(diào)節(jié)等長時(shí)間的儲(chǔ)能應(yīng)用。超級(jí)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(chǔ)能效率高，環(huán)境適應(yīng)性好，在短時(shí)高功率的應(yīng)用中具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。超導(dǎo)儲(chǔ)能響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換效率高，其發(fā)展主流是小型分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，適用于電網(wǎng)的快速功率支撐、系統(tǒng)動(dòng)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?。此外，中小?guī)模的抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能與光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的集成也是很好的分布式儲(chǔ)能應(yīng)用形式。
值得關(guān)注的是，隨著插電式混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用，形成了大量的移動(dòng)電力負(fù)荷，需要配套廣泛分布的電動(dòng)汽車充電電站或換電站，成為未來智能電網(wǎng)的重要負(fù)荷特性。同時(shí)，數(shù)量龐大的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池為電網(wǎng)提供了總量巨大的儲(chǔ)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(chǔ)能發(fā)展，需要技術(shù)、政策同步跟進(jìn)
就目前的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲(chǔ)能技術(shù)很難同時(shí)滿足能量密度、功率密度、儲(chǔ)能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標(biāo)，如果將兩種或以上性能互補(bǔ)性強(qiáng)的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，組成復(fù)合儲(chǔ)能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。在電網(wǎng)應(yīng)用中，要實(shí)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(shí)間尺度上的功率平準(zhǔn)控制，可以將超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能或超級(jí)電容器等功率密度高、儲(chǔ)能效率高以及循環(huán)壽命長的儲(chǔ)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(xué)反應(yīng)過程的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，以最大程度地發(fā)揮各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢，降低全壽命周期費(fèi)用，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。日本W(wǎng)akkanai在建的5MW并網(wǎng)光伏示范項(xiàng)目將采用1.5MW鈉硫電池和1.5MW雙電層電容器的復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)。
應(yīng)當(dāng)指出，電力儲(chǔ)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(yīng)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(chǔ)能材料、標(biāo)準(zhǔn)化系列化的儲(chǔ)能模塊、儲(chǔ)能的功率變換裝置、儲(chǔ)能與可再生能源發(fā)電的一體化技術(shù)、分布式儲(chǔ)能與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)、復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)等。近年來，多種電力儲(chǔ)能技術(shù)獲得了較快的發(fā)展，如飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)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)模化的示范，為其商業(yè)應(yīng)用積累了豐富的技術(shù)和市場經(jīng)驗(yàn)。
而且，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，除了自身的技術(shù)進(jìn)步外，還需要其他一些技術(shù)或政策上的配套。如實(shí)施分時(shí)電價(jià)，合理拉開不同供需時(shí)段的電價(jià)，使得儲(chǔ)能的削峰填谷有利可圖，則會(huì)吸引更多的市場力量參與進(jìn)來，也能夠直接推動(dòng)儲(chǔ)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(lán)圖(中科院電工所)
