电力系统的规模化储能技术及商业运营模式分析——评《大规模储能系统优化规划与运行技术》

薛小云

(西北大学现代学院,陕西 西安 710130)

随着能源转型的深入推进,电网的物理特性、设备基础、发展格局、运行特征和控制方式都将发生根本性的变化,这也给电网发展转型带来了挑战。新能源储能系统大规模、高比例接入,增加了电网的消纳压力,能源资源的大范围优化配置也带来了电网安全问题。储能技术可以为电网运行提供调峰、调频、备用、应急事故响应等多种服务,逐渐成为解决电力系统可靠性、灵活性和可持续性等问题的重要手段,能够提高电网应对能源转型所带来的变化和挑战的适应性。随着“双碳”战略的提出,可再生能源得到大力发展,需要大量的储能设施来保证能源的平稳供应。因此,储能产业将成为一个长期高确定性、高增长的产业,并将在未来的能源转型中发挥越来越重要的作用。当前,中国储能市场需求已经逐步明确,储能系统供应链日益完善,用户对储能应用的认识逐步深入。在政策和市场的双重推动下,储能市场已经进入规模化应用发展的阶段。规模化储能技术的应用,不仅可以提高电力系统的供应能力和质量,还可以提高电力市场的灵活性和竞争力,为电力市场带来更多商业机会,如通过参与电力市场的调峰、调频等服务,以及储能项目的投资、建设、运营和维护等获得收益。储能技术在未来的能源转型中,将扮演越来越重要的角色。

为总结规模化储能系统应用的理论研究成果和实际工程经验,张澄主编完成《大规模储能系统优化规划与运行技术》一书,该书共含10个章节。第1章为绪论;第2章为与可再生能源发电联合的储能系统优化配置;第3章为电网侧储能规划与运行模拟模型与方法;第4章为储能用于频率支撑与黑启动服务的优化配置;第5章为储能应用于配网侧的优化配置与运行;第6章为电化学储能电站模块化典型设计;第7章为规模化储能的调度控制技术;第8章为电网侧规模化储能的调度控制系统;第9章为电网侧储能示范运行;第10章为电网侧储能分析与展望。

1 电力系统应用储能技术的需求和背景

随着全球能源转型的推进,电力系统面临着越来越多的挑战。传统的电力系统主要依赖于化石燃料发电,不仅对环境造成了污染,而且能源资源的消耗也越来越严重。为了应对这些挑战,电力系统需要转型升级,采用更加清洁、可持续的能源,如风能、太阳能等新能源。

新能源的不稳定性和间歇性给电力系统带来挑战。由于新能源的发电量受天气等自然因素的影响,发电量难以预测和控制,给电力系统的供需平衡带来很大的困扰。此外,新能源的接入也给电力系统的稳定性和安全性带来挑战。由于新能源的接入会导致电力系统的频率和电压等参数发生变化,需要电力系统具备更高的灵活性和可调节性。

在此背景下,储能技术逐渐成为解决电力系统问题的重要手段。储能技术可将多余的电能储存起来,在需要时释放出来,从而平衡电力系统的供需关系。此外,储能技术还可以提高电力系统的可靠性和稳定性,避免因电力系统故障或其他原因导致的停电和电力中断。电力系统对储能技术的需求日益增加,储能技术也逐渐成为电力系统转型升级的重要支撑。

2 储能的主要技术类型和应用现状

目前,主要的储能技术类型包括电池储能、压缩空气储能、超级电容储能和超导储能等。电池储能是目前应用最广泛的储能技术之一,主要原理是将电能储存在电池中,当需要时再释放出来。电池储能技术具有体积小、质量轻、响应速度快等优点,适用于小规模的储能应用,如家庭储能、电动汽车等。压缩空气储能是一种将电能转化为压缩空气能量储存起来的技术,主要原理是将电能用于给空气加压,将压缩空气储存在储气罐中,当需要时再释放出来,通过涡轮机等设备将压缩空气转化为电能。压缩空气储能技术具有储能容量大、寿命长、适用范围广等优点,适用于大规模的储能应用,如电网储能、风电储能等。超级电容储能是一种将电能储存在电容器中的技术,主要原理是利用电容器的电场储存电能,当需要时再释放出来。超级电容储能技术具有响应速度快、寿命长、高效率等优点,适用于短时储能和高功率输出的应用,如电动汽车、电网调峰等。超导储能是一种将电能储存在超导体中的技术,主要原理是利用超导体的超导性质将电能储存起来,当需要时再释放出来。超导储能技术具有储能密度高、寿命长、响应速度快等优点,适用于大规模的储能应用,如电网储能、风电储能等。该技术目前还处于研究和开发阶段,但应用前景广阔,有望成为未来电力系统中的重要储能技术。

3 规模化储能的调度控制技术

规模化储能的调度控制技术通过对储能站的充放电进行控制,实现电力系统的供需平衡、频率控制、电压控制和分区发用电平衡等功能,可提高电力系统的可靠性、经济性和环保性。该书从规模化储能的调度控制技术的不同应用场景进行分类阐述,包括:①电网侧储能日前优化调度,指在日前市场中,通过对电力系统的负荷预测和新能源发电预测等信息进行分析和处理,生成储能站的充放电调度策略,以实现电力系统的供需平衡和经济运行,具体包括基于规则的调度策略、基于优化算法的调度策略等;②电网侧储能参与系统调频控制,指在电力系统频率发生变化时,通过对储能站的充放电进行控制,实现电力系统的频率控制和稳定性控制,具体包括基于频率响应特性的控制策略、基于模型预测控制的控制策略等;③调度主站端的储能电站控制,指通过对储能电站的充放电进行控制,实现电力系统的调度和运行控制,需要综合考虑电力系统的调度指令、负荷预测、运行状态、市场需求和储能电站自身状态等因素;④储能参与分区发用电平衡的控制,指在分区发用电系统中,通过对储能站的充放电进行控制,实现分区发用电的平衡和经济运行,具体包括基于分区发用电负荷预测的控制策略、基于优化算法的控制策略等;⑤储能参与时段电量跟踪的控制,指在电力市场中,根据电价变化和用电需求,调整储能系统的充放电策略,以实现最大化的经济效益,需要综合考虑电价预测、用电需求预测、市场需求响应和电力市场交易规则等因素。

4 电网侧储能商业运营模式分析

电网侧储能将储能设备直接连接到电网中,通过储能设备的充放电来调节电网的供需平衡,可提高电网的稳定性和可靠性。电网侧储能是推动我国储能规模化发展的关键。经济性问题被认为是储能发展的桎梏。储能行业一直面临着“建而不用”的问题,需要突破长时储能的技术难点,解决日间至中长期电力存储调节难题。在机制层面上,商业模式的丰富和完善是储能规模化应用的保障,需要丰富和完善电力市场,尤其是辅助服务市场的交易机制,扩大辅助服务市场规模,为储能提供价值实现方式。在技术层面上,技术成熟和经济合理是储能规模化应用的前提。未来,储能要实现规模化发展应用,需要朝着高安全、低成本、大容量、高效率和集中式的方向发展。

电网侧储能的主要商业运营模式包括以下几种:①储能站运营商模式,指专门从事储能站建设、运营和管理的企业,通过与电力市场的交易,将储能站的充放电能力作为一种能源产品进行销售,以实现经济效益和社会效益的最大化;②储能系统服务商模式,指提供储能系统设计、建设、运营和维护等服务的企业,通过与电力市场的交易,将储能系统的服务能力作为一种能源产品进行销售;③储能系统投资商模式,指投资储能系统建设和运营的企业,通过与电力市场的交易,获得储能系统的收益和投资回报;④储能系统用户模式,指直接使用储能系统的企业或个人,通过购买储能系统的充放电服务,实现自身能源需求的平衡和经济效益的最大化。电网侧储能商业运营模式要综合考虑储能系统的技术特点、市场需求和政策环境等因素,还需具备市场化、灵活性及可持续性等特点,以适应电力市场的需求和发展趋势。

5 规模化储能技术的发展展望

随着电力系统的发展和新能源的大规模接入,储能系统的容量不断扩大,以满足电力系统的调峰削峰、备用电源、电力市场交易等需求。同时,储能系统的技术也在不断创新,以提高储能系统的效率、安全性和可靠性,如钠离子电池等技术的出现,将进一步推动储能系统的发展。此外,随着规模的扩大和技术的创新,储能系统的成本在不断降低,应用领域也在不断扩大,以满足电力系统的多种需求。储能被视为应对新能源大规模并网和消纳的重要手段,是构建新型电力系统不可或缺的关键基础设施,重要性不言而喻。当前储能产业发展仍面临一些瓶颈,需要通过技术创新、成本降低、市场扩大、法律法规完善等方式加以解决,以推动储能产业的健康发展。

在全球能源改革趋势下,储能市场方兴未艾,新型储能大势所趋。近两年,储能行业从商业化起步逐渐走向规模化,不少国家和地区相继出台利好政策,储能行业的运营模式逐步走向成熟。预计未来5年,新能源配储、独立储能仍将是我国新型储能的主要应用场景,表前储能装机占比有望进一步提升。当前我国新型储能装机远超预期,快速发展的原因主要有两个方面:第一,国家和地方层面密集出台了激励新型储能发展的政策和市场机制,激发了各类社会主体参与的热情;第二,相对完整、成熟的锂离子电池产业布局,保障了电池储能产业链的稳定和畅通。随着电力系统的发展和新能源的大规模接入,规模化储能技术将为电力系统的可持续发展和智能化升级提供重要支撑。

6 结语

《大规模储能系统优化规划与运行技术》内容详尽、实用,既可作为从事大规模储能系统优化规划与运行专业的技术和管理人员的专业书籍,也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。

书名:大规模储能系统优化规划与运行技术

作者:张澄 主编

ISBN:9787519866587

出版社:中国电力出版社

出版时间:2022-06

定价:¥96.00元