世界各國(guó)在積極發(fā)展可再生能源，而很大部分可再生能源用于發(fā)電。因此“能源安全”的范疇與重心將從20世紀(jì)的以石油安全為主逐步轉(zhuǎn)向21世紀(jì)的以電力安全為主。確保安全、高質(zhì)量供電，同時(shí)維持電力供需平衡是電力系統(tǒng)面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)。發(fā)展新能源電力為常規(guī)電力機(jī)組的變負(fù)荷能力提出新的挑戰(zhàn)：要求電力機(jī)組具備更快的變負(fù)荷調(diào)節(jié)能力;電力機(jī)組變負(fù)荷目標(biāo)的不確定性增大;電力機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍更大。在電力系統(tǒng)中采用集成儲(chǔ)能模塊是解決電力系統(tǒng)變負(fù)荷和新能源電力接入產(chǎn)生問(wèn)題的有效措施。儲(chǔ)能總的作用是實(shí)現(xiàn)新能源電力上網(wǎng)、保持電網(wǎng)高效安全運(yùn)行和電力供需平衡。儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體功能有三種：提高電能質(zhì)量、提供橋接電能、能量管理。電力儲(chǔ)能技術(shù)有抽水蓄能技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)、超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)、電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)、復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)。對(duì)我國(guó)發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)提出以下建議：從宏觀戰(zhàn)略層面制定儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)劃;出臺(tái)利于儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的激勵(lì)政策與機(jī)制;發(fā)布儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范，建立儲(chǔ)能裝置回收管理機(jī)制;加強(qiáng)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與示范;建立儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈，降低成本;探索優(yōu)化商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，加快儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)化步伐。

　　1“能源安全”的新變化趨勢(shì)

　　綠色低碳、節(jié)能減排已成為世界能源發(fā)展的方向，世界各國(guó)在積極發(fā)展可再生能源，其中很大部分可再生新能源用于發(fā)電。與此同時(shí)，“能源安全”的范疇與重心將有所轉(zhuǎn)移——從20世紀(jì)的以石油安全為主逐步轉(zhuǎn)向21世紀(jì)以電力安全為主，這種轉(zhuǎn)變將帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。石油市場(chǎng)的供需相對(duì)簡(jiǎn)單，而電力由于不易儲(chǔ)存，電力市場(chǎng)將面臨更為復(fù)雜的供需平衡挑戰(zhàn)。此外，電力市場(chǎng)的供應(yīng)側(cè)將呈現(xiàn)多種發(fā)電技術(shù)并存的現(xiàn)象，隨著越來(lái)越多的不穩(wěn)定新能源電力(大型水電和生物質(zhì)發(fā)電除外)的引入，電網(wǎng)的供電安全性受到威脅，防范與避免“綠色大停電”將是電力市場(chǎng)面臨的一個(gè)新任務(wù)。

　　確保安全、高質(zhì)量供電，同時(shí)維持電力供需平衡是電力系統(tǒng)面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)。社會(huì)的用電需求是實(shí)時(shí)變化的，晝夜和季節(jié)性用電負(fù)荷存在峰谷差，而電力供需平衡的常規(guī)調(diào)節(jié)方式是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)組的出力來(lái)適應(yīng)需求變化。在役發(fā)電機(jī)組可分兩類：承擔(dān)基本負(fù)荷的機(jī)組(下稱：基荷機(jī)組)和變負(fù)荷機(jī)組?；蓹C(jī)組的出力基本維持不變，而變負(fù)荷機(jī)組的出力則隨需求的變化而變化。為分析新能源電力對(duì)常規(guī)電力系統(tǒng)的影響，將新能源發(fā)電量視為所減少的用電負(fù)荷，此時(shí)常規(guī)發(fā)電機(jī)組需要提供的電量等于原用電負(fù)荷減去新能源機(jī)組的發(fā)電量，文中定義為“剩余負(fù)荷”。對(duì)比“原用電負(fù)荷”和“剩余負(fù)荷”曲線，可說(shuō)明新能源電力對(duì)常規(guī)電力系統(tǒng)的影響。圖1是美國(guó)Texas州某地區(qū)2005年的雙周用電負(fù)荷與風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)[1]。

　　從圖1可見，發(fā)展新能源電力為常規(guī)電力機(jī)組的變負(fù)荷能力提出新要求：①與“原用電負(fù)荷”曲線相比，“剩余負(fù)荷”曲線的斜率更大，即要求電力機(jī)組具備更快的變負(fù)荷調(diào)節(jié)能力;②風(fēng)功率的不確定性導(dǎo)致“剩余負(fù)荷”曲線形狀更加隨機(jī)，電力機(jī)組變負(fù)荷目標(biāo)的不確定性增大;③“剩余負(fù)荷”曲線的峰谷差距比“原用電負(fù)荷”更大，意味著電力機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍將更大，而當(dāng)用電負(fù)荷降低到一定程度時(shí)，將導(dǎo)致基荷機(jī)組運(yùn)行于部分負(fù)荷工況，影響機(jī)組的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性。

　　在現(xiàn)實(shí)情況下，新能源電力的發(fā)展還將面臨其他約束。以丹麥為例，該國(guó)擁有大規(guī)模的風(fēng)電裝機(jī)，同時(shí)采用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)供暖。在夜間，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組必須保持運(yùn)轉(zhuǎn)以供熱，而聯(lián)產(chǎn)所發(fā)電力已足以滿足夜間較低的電力需求，這就使得大量風(fēng)電無(wú)法上網(wǎng)，造成能源浪費(fèi)[1]。

　　2儲(chǔ)能在未來(lái)電力系統(tǒng)中的作用

　　常規(guī)電力系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為如圖2所示，系統(tǒng)包括集中式發(fā)電、電力輸配、終端用戶3個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式是“即用即發(fā)”，即發(fā)電端根據(jù)用戶端負(fù)荷的變化來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電量，此種運(yùn)轉(zhuǎn)模式面臨著非常苛刻的變負(fù)荷要求。

　　未來(lái)的電力系統(tǒng)要包含可再生新能源電力，而新能源電力的大比例接入則會(huì)出現(xiàn)前面提到的潛在問(wèn)題。如圖3所示，在電力系統(tǒng)中采用集成儲(chǔ)能模塊是解決電力系統(tǒng)變負(fù)荷和新能源電力接入產(chǎn)生問(wèn)題的有效措施。

　　儲(chǔ)能可作用于電力系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)，總體的作用是實(shí)現(xiàn)新能源電力上網(wǎng)、保持電網(wǎng)高效安全運(yùn)行和電力供需平衡。針對(duì)不同環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能的作用有所區(qū)別：①在大規(guī)模新能源發(fā)電環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)有利于削峰填谷，使不穩(wěn)定電力平滑輸出;儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)功率變換裝置，及時(shí)進(jìn)行有功/無(wú)功功率吞吐，保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時(shí)功率的平衡，維持系統(tǒng)電壓、頻率和功角的穩(wěn)定，提高供電可靠性。②在常規(guī)能源發(fā)電環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可替代部分昂貴的調(diào)峰機(jī)組，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰的功能，還能解脫被迫參與調(diào)峰的基荷機(jī)組，提高系統(tǒng)效率。③在輸配電環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能起到調(diào)峰和提高電網(wǎng)性能的作用。在電網(wǎng)環(huán)節(jié)設(shè)置合適規(guī)模的儲(chǔ)能站，可以增強(qiáng)電網(wǎng)的抗沖擊能力，提高調(diào)解幅度，更好地實(shí)現(xiàn)供需平衡。④設(shè)置于終端用戶的儲(chǔ)能系統(tǒng)則通過(guò)電力儲(chǔ)放來(lái)提高供電可靠性，尤其在發(fā)生非預(yù)期停電等事故情況下;可進(jìn)行需求側(cè)管理，即在分時(shí)計(jì)價(jià)的地區(qū)，在低價(jià)“谷電”時(shí)刻買入網(wǎng)電充入儲(chǔ)能設(shè)備，在高價(jià)“峰電”時(shí)刻釋放儲(chǔ)能設(shè)備中的電力，實(shí)現(xiàn)既節(jié)約用戶電費(fèi)花銷，又能削峰填谷、平滑用電負(fù)荷，在一定程度可緩解電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力。常規(guī)的終端用戶只是電力的消費(fèi)者，而隨著分布式能源系統(tǒng)的推廣，未來(lái)的終端用戶也是電力的供應(yīng)者，用戶和電網(wǎng)之間存在雙向能量流動(dòng)。當(dāng)終端用戶存在剩余電力上網(wǎng)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)大型新能源發(fā)電機(jī)組的電力波動(dòng)問(wèn)題，因此，設(shè)置于終端用戶的儲(chǔ)能系統(tǒng)還將起到提高分布式電源電能上網(wǎng)質(zhì)量、平滑輸出等作用。

　　概括而言，對(duì)應(yīng)于不同的適用場(chǎng)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能有3種：①提高電能質(zhì)量;②提供橋接電能;③能量管理。提高電能質(zhì)量包括維持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率、電壓調(diào)節(jié)等，該類功用需要儲(chǔ)能設(shè)備快速反應(yīng)(1s之內(nèi))，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備放電持續(xù)時(shí)間(能量維度)的要求在分鐘量級(jí)。提供橋接電能是指在電能消失或者不同電能來(lái)源之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，提供過(guò)渡電能的能力，應(yīng)用場(chǎng)合為電力應(yīng)急儲(chǔ)備、變負(fù)荷、電力系統(tǒng)故障等，該類功用需要儲(chǔ)能設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間在秒到分鐘范圍內(nèi)，對(duì)放電持續(xù)時(shí)間的要求可長(zhǎng)達(dá)小時(shí)量級(jí)。能量管理則對(duì)應(yīng)著長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移，應(yīng)用場(chǎng)合包括電網(wǎng)削峰填谷、終端用戶電力管理等等，該類功用對(duì)放電持續(xù)時(shí)間的要求長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)。

　　在電力系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能模塊，在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行電能吞吐，相當(dāng)于在電力系統(tǒng)中添加了一個(gè)可調(diào)節(jié)維度，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高效、低成本和可靠運(yùn)行。此外，電力儲(chǔ)能在離網(wǎng)孤島終端的使用也是其重要的應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)規(guī)模的電力儲(chǔ)能裝置，在用電低谷時(shí)充電、用電高峰時(shí)放電，會(huì)降低離網(wǎng)孤島終端所需匹配的發(fā)電能力/容量，同時(shí)使發(fā)電機(jī)組維持運(yùn)行在穩(wěn)定工況，提高整個(gè)系統(tǒng)的能量效率和經(jīng)濟(jì)性能，圖4說(shuō)明了其原理。