“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(以下簡稱能源互聯(lián)網(wǎng))是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，互聯(lián)網(wǎng)理念、先進信息技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)深度融合，正在推動能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)的興起。
國家明確提出能源互聯(lián)網(wǎng)下要推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展
2016年2月29日，三部委發(fā)布《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》。
意見指出，能源互聯(lián)網(wǎng)是推動我國能源革命的重要戰(zhàn)略支撐，對提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效利用，提升能源綜合效率，推動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，形成新的經(jīng)濟增長點，提升能源國際合作水平具有重要意義。
意見提出要推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展。開發(fā)儲電、儲熱、儲冷、清潔燃料存儲等多類型、大容量、低成本、高效率、長壽命儲能產(chǎn)品及系統(tǒng)。推動在集中式新能源發(fā)電基地配置適當規(guī)模的儲能電站，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。推動建設(shè)小區(qū)、樓宇、家庭應(yīng)用場景下的分布式儲能設(shè)備，實現(xiàn)儲能設(shè)備的混合配置、高效管理、友好并網(wǎng)。
能源互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目實施方案即將出臺，400億投資聚焦先進儲能和智能電網(wǎng)
2016年6月24日國務(wù)院新聞辦公室舉行國務(wù)院政策例行吹風會，國家能源局總經(jīng)濟師李冶表示，目前“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(業(yè)界普遍稱為“能源互聯(lián)網(wǎng)”)標準體系的總體框架和行動路線已經(jīng)初步形成，而《“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源試點示范項目實施方案》也將很快下發(fā)，方案明確了建設(shè)試點示范工程項目的路線圖和時間表。
據(jù)了解，試點示范重點是要推動先進儲能、智能電網(wǎng)等一批產(chǎn)品和技術(shù)加快實現(xiàn)突破，預(yù)計今年會帶來超過400億元的投資。同時，國家發(fā)展改革委在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也安排了3億-4億元的專項建設(shè)資金，對首臺套設(shè)備和重要的研發(fā)示范項目給予支持。在實施當中，將大力推廣和利用社會資本進入這個領(lǐng)域，拓寬能源互聯(lián)網(wǎng)的融資渠道。
國家電網(wǎng)：2020年基本建成中國能源互聯(lián)網(wǎng)
2016年6月14日，國家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理楊慶表示，預(yù)計到2020年，中國將形成統(tǒng)一電網(wǎng)，基本建成中國能源互聯(lián)網(wǎng)。屆時，西南地區(qū)的清潔能源、可再生能源可通過中國能源互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綎|部地區(qū)。
據(jù)介紹，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是一個以特高壓電網(wǎng)為骨干、全球互聯(lián)的智能電網(wǎng)，也是清潔能源在全球范圍內(nèi)大規(guī)模開發(fā)、配置和利用的基本平臺。據(jù)測算，全球清潔能源的資源超過100萬億千瓦，若僅開發(fā)其中5%，就可以滿足全球能源需求。通過構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，到2050年，清潔能源佔全球消費總比重可望達到80%。
能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等28項國家標準獲批立項，解決頂層設(shè)計問題
2016年6月23日，國家電網(wǎng)公司(下稱“國網(wǎng)公司”)對外宣布，近期國家標準委下達的2016年第一批國家標準制修訂計劃中，該公司主導(dǎo)的《能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)—總則》等28 項重要標準獲批立項。
國網(wǎng)公司方面表示，由國網(wǎng)公司系統(tǒng)單位牽頭制定能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準，有利于公司電網(wǎng)發(fā)展理念的推廣，助推中國能源互聯(lián)網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建。國網(wǎng)公司系統(tǒng)單位將牽頭12項能源互聯(lián)網(wǎng)標準制定任務(wù)，解決能源互聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計問題。
據(jù)悉，能源互聯(lián)網(wǎng)標準化工作有一定的開展基礎(chǔ)。我國智能電網(wǎng)標準體系框架已經(jīng)編制完成，并形成了有9個專業(yè)分支、25個技術(shù)領(lǐng)域、110個標準系列的技術(shù)標準體系。能源網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)受關(guān)注的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域，也將由相關(guān)專業(yè)技術(shù)委員會開展工作，分工負責。
近一年來，國網(wǎng)公司推動構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)奏明顯加快。先后出資1億元注冊了全球能源互聯(lián)網(wǎng)集團有限公司，發(fā)起成立全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織。近日，國網(wǎng)公司副總經(jīng)理楊慶公開表示，預(yù)計到2020年，中國將形成統(tǒng)一電網(wǎng)，基本建成中國能源互聯(lián)網(wǎng)。屆時，西南地區(qū)的清潔能源、可再生能源可通過中國能源互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綎|部地區(qū)。記者另悉，國網(wǎng)公司正在申請成立全國智慧能源標準化技術(shù)委員會，進一步發(fā)揮其在智能電網(wǎng)發(fā)展中確立的技術(shù)優(yōu)勢，以推動我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。
天津市發(fā)布首個《城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書》
2016年6月24日上午，天津市電力公司在津發(fā)布《城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書(2016)》，白皮書創(chuàng)新提出構(gòu)建城市能源互聯(lián)網(wǎng)，承接和融入全球能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)更大范圍的城市能源資源配置，實現(xiàn)城市能源清潔化、電氣化、智能化和互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)型升級。該白皮書是國內(nèi)外首個關(guān)于城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的白皮書，將為全國乃至全球城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了借鑒樣本。
北京市征集能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域儲備項目
2016年6月24日，為推進北京全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)，深入實施《北京技術(shù)創(chuàng)新行動計劃(2014-2017年)》，加快我市能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，北京市科委面向社會公開征集能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域科技儲備項目。
項目征集方向為：(一)面向能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電力電子技術(shù)及裝備，新型儲能及智能電網(wǎng)(微網(wǎng))。(二)多能源協(xié)同優(yōu)化的智能分布式發(fā)電系統(tǒng)及裝備。(三)供需聯(lián)動預(yù)測及調(diào)度，智能運行控制與能量管理系統(tǒng)。(四)類型：包括具有重大創(chuàng)新突破的前沿技術(shù)研究、關(guān)鍵技術(shù)和高端裝備研發(fā)、集成技術(shù)與工程技術(shù)攻關(guān)、利用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決城市建設(shè)管理中熱點問題等。
儲能是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
儲能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。儲能技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中增加電能存儲環(huán)節(jié)，使得電力實時平衡的“剛性”電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，特別是平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性，提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性、靈活性。儲能技術(shù)一般分為熱儲能和電儲能，未來應(yīng)用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的主要是電儲能。
儲能技術(shù)應(yīng)用廣泛，市場需求潛力巨大，是能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：儲能技術(shù)的潛在需求很大，第一、光伏與風電等間歇性電源出力不穩(wěn)定，當其發(fā)電占比達到較高比例時，會對電網(wǎng)造成一定的沖擊，從而需要配套一定比例的儲能來穩(wěn)定風光電站的出力。第二、用電價格相對上網(wǎng)電價較高的地區(qū)，波峰波谷電價差異很大的地區(qū)，分布式配套儲能往往很容易具經(jīng)濟性；微網(wǎng)、離網(wǎng)對于儲能的需求也很直接。第三、儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)中將改變電能生產(chǎn)、輸送和使用同步完成的模式，彌補電力系統(tǒng)中缺失的“儲放”功能，以達到優(yōu)化電力資源配置、提高能源利用效率之目的。第四、儲能技術(shù)進步還帶動了電動汽車的迅速發(fā)展。第五、在日漸興起的能源互聯(lián)網(wǎng)中，由于可再生能源與分布式能源在大電網(wǎng)中的大量接入，結(jié)合微網(wǎng)與電動車的普及應(yīng)用，儲能技術(shù)將是協(xié)調(diào)這些應(yīng)用的至關(guān)重要的一環(huán)，儲能環(huán)節(jié)將成為整個能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點；能源互聯(lián)網(wǎng)的興起將顯著拉動儲能的需求，助推儲能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，電化學儲能、儲熱、氫儲能、電動汽車等儲能技術(shù)或設(shè)備圍繞電力供應(yīng)，實現(xiàn)了電網(wǎng)、交通網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、供熱供冷網(wǎng)的“互聯(lián)”，儲能和能源轉(zhuǎn)換設(shè)備共同建立了多能源網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)系。在未來的能源互聯(lián)網(wǎng)中，部分新能源發(fā)電將通過制氫、制熱等方式進行轉(zhuǎn)換，或以電化學儲能等雙向電力儲能設(shè)備存儲并適時返回電網(wǎng)。在各電力儲能技術(shù)的支撐下，新能源發(fā)電與熱電聯(lián)供機組、燃料電池、熱泵等轉(zhuǎn)換設(shè)備協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)了在新能源高效利用目標下，以電能為核心的多能源生產(chǎn)和消費的匹配。
各種儲能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
儲能從技術(shù)原理上主要可分為適合能量型應(yīng)用的電化學儲能、壓縮空氣儲能、熔融鹽蓄熱、氫儲能以及適合功率型短時應(yīng)用的飛輪、超導(dǎo)和超級電容器儲能等。
抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有規(guī)模大、壽命長、運行費用低等優(yōu)點，目前效率可達70%左右，建設(shè)成本大致為3500元/kW~4000元/kW。缺點主要是電站建設(shè)受地理資源條件的限制，并涉及上、下水庫的庫區(qū)淹沒、水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤鹽堿化等一系列環(huán)保問題。
鈉硫電池具有能量密度大，無自放電，原材料鈉、硫易得等優(yōu)點，缺點主要是倍率性能差、成本高，以及高溫運行存在安全隱患等。未來發(fā)展趨勢主要是提高倍率性能、進一步降低制造成本、提高長期運行的可靠性和系統(tǒng)安全性。
目前主要的液流電池體系有：多硫化鈉/溴、全釩、鋅/溴、鐵/鉻等體系，其中全釩體系發(fā)展比較成熟，已建成多個MW級工程示范項目，具有壽命長、功率和容量可獨立設(shè)計、安全性好等優(yōu)點。缺點主要是效率和能量密度低、運行環(huán)境溫度窗口窄。發(fā)展趨勢主要是選用高選擇性、低滲透性的離子膜和高導(dǎo)電率的電極提升效率，提高工作電流密度和電解質(zhì)的利用率以解決高成本問題等。
鉛碳電池是在傳統(tǒng)鉛酸電池的鉛負極中以“內(nèi)并”或“內(nèi)混”的形式引入，具有電容特性的碳材料而形成的新型儲能裝置。相比傳統(tǒng)鉛酸電池具有倍率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。但是碳材料的加入易產(chǎn)生負極易析氫、電池易失水等問題，發(fā)展趨勢主要是進一步提高電池比能量密度和循環(huán)壽命，同時開發(fā)廉價、高性能的碳材料。
鋰離子電池的材料種類豐富多樣，其中適合作正極的材料有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰；適合作負極的材料有石墨、硬(軟)碳和鈦酸鋰等。鋰離子電池的主要優(yōu)點是：儲能密度和功率密度高，效率高，應(yīng)用范圍廣；關(guān)注度高，技術(shù)進步快，發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｖ饕秉c是：采用有機電解液，存在安全隱患；壽命和成本等技術(shù)經(jīng)濟指標仍待提升。
近年來以美國和日本為代表的發(fā)達國家對儲能電池的發(fā)展路線進行了探索，在實現(xiàn)電池的長壽命、低成本、高安全方面取得了一定的進展。以零應(yīng)變材料為代表的長壽命電池材料、能夠擺脫鋰資源束縛的鈉系電池體系、基于固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池等是目前主要的研究熱點和發(fā)展趨勢。
壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、壽命長、運行維護費用低等優(yōu)點。目前傳統(tǒng)使用天然氣并利用地下洞穴的壓縮空氣儲能已經(jīng)比較成熟，效率可達70%。近年來，國內(nèi)外學者相繼提出了絕熱、液態(tài)和超臨界等多種新型壓縮空氣儲能技術(shù)，擺脫了對地理和資源條件的限制，但目前基本還處于技術(shù)突破或小規(guī)模示范階段，效率基本低于60%。發(fā)展趨勢主要是通過充分利用整個循環(huán)過程中的放熱、釋冷來提高整體效率，同時通過模塊化實現(xiàn)規(guī)?；?。
熔融鹽蓄熱是利用熔融鹽使用溫區(qū)大、比熱容高、換熱性能好等特點，將熱量通過傳熱工質(zhì)和換熱器加熱熔融鹽存儲起來，需要利用熱量時再通過換熱器、傳熱工質(zhì)和動力泵等設(shè)備，將儲存的熱量取出以供使用，目前已在太陽能熱發(fā)電中實現(xiàn)應(yīng)用。其優(yōu)點主要是規(guī)模大，可方便配合常規(guī)燃汽機使用等。但目前還存在成本高、效率和可靠性低等缺點，發(fā)展趨勢主要是突破工質(zhì)選擇和關(guān)鍵材料。
氫儲能是通過電解把水分解成氫氣和氧氣，實現(xiàn)電能到化學能的轉(zhuǎn)化，被認為是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支撐，日趨成為多個國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點。目前存在的問題主要是能量轉(zhuǎn)換效率低(總效率低于50%)、生產(chǎn)過程能耗大，需配套建立氫氣輸送管線、加氫站等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。在氫儲能的各環(huán)節(jié)中，制氫的主要發(fā)展趨勢是減少能耗、降低成本、提高轉(zhuǎn)化效率，儲氫主要是發(fā)展新型高效的儲氫材料、提高儲氫容器的耐壓等級，輸氫主要是發(fā)展抗氫脆和滲透的輸氫管道材料及研究氫與天然氣混合輸送的技術(shù)、建設(shè)及完善相關(guān)配套設(shè)施，用氫主要是發(fā)展低成本的氣體重整技術(shù)、降低氫燃料電池的成本、提高性能穩(wěn)定性。
飛輪儲能具有功率密度高、使用壽命長和對環(huán)境友好等優(yōu)點，其缺點主要是儲能密度低和自放電率較高，目前主要適用于電能質(zhì)量改善、不間斷電源等應(yīng)用場合。
超導(dǎo)儲能和超級電容器儲能在本質(zhì)上是以電磁場儲存能量，不存在能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，具有效率高、響應(yīng)速度快和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，適合在提高電能質(zhì)量等場合應(yīng)用。超導(dǎo)儲能的缺點是需要低溫制冷系統(tǒng)、系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜、成本較高等。超級電容器在大規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要問題是能量密度低，其發(fā)展趨勢主要是開發(fā)高性能電極及電解液關(guān)鍵材料技術(shù)，以提高儲能密度、降低成本。
全釩液流電池成為大規(guī)模儲能首選技術(shù)
全釩液流電池儲能技術(shù)因其具有儲能規(guī)模大(可達百兆瓦級)、充放電切換應(yīng)答速度快，儲能介質(zhì)為水溶液、安全可靠，電池均勻性好、使用壽命可達15年以上，生命周期的性價比高，材料和部件可循環(huán)利用，環(huán)境友好等突出的優(yōu)勢，已經(jīng)成為大規(guī)模儲能的首選技術(shù)之一，成為國際高技術(shù)競爭的新熱點。
大連化物所首席科學家張華民掛帥的全釩液流電池研發(fā)團隊與融科儲能一起，共申請了專利150余項，國際專利6項，形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系，領(lǐng)軍國內(nèi)外液流電池標準的制定。目前已成功實施了近30項應(yīng)用示范工程，其中包括2012年實施的當時全球最大規(guī)模的5MW/10MWh遼寧臥牛石風電場全釩液流儲能系統(tǒng)，在國內(nèi)外率先實現(xiàn)了該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。當前正在實施的、由大連市政府支持的200MW/800MWh全釩液流電池儲能項目，也已被國家能源局確定為國家儲能示范項目。
國網(wǎng)遼寧電力公司運行管理的遼寧臥牛石風電場全釩液流電池儲能系統(tǒng)自2013年3月投運以來，在削峰填谷和減少棄風上發(fā)揮了重要作用，截至2015年底，該系統(tǒng)共減少棄風近760萬千瓦時，獲得直接經(jīng)濟效益逾460萬元。此后，國網(wǎng)遼寧電力公司又陸續(xù)投運了兩座儲能電站，分別為和風楊家店儲能電站(鋰電池和全釩液流電池)和黑山龍灣儲能電站(全釩液流電池)?！皬?015年的運行數(shù)據(jù)看，這三個風電廠的利用小時數(shù)都在2100小時以上，遠高于全網(wǎng)平均利用小時數(shù)1780小時。”國網(wǎng)遼寧電力有限公司副總經(jīng)理王芝茗指出。
國家發(fā)改委氣候戰(zhàn)略與國際合作中心主任李俊峰認為，通過電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度削峰填谷，包括將燃煤電廠改為調(diào)峰電廠，將是未來幾年政策上的首選?！啊濉陂g，儲能還只能維持在技術(shù)研發(fā)、示范工程和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)階段，國家應(yīng)鼓勵在適宜的地方優(yōu)先選擇液流電池技術(shù)，不再鼓勵鉛酸電池?！?/p>
目前，液流電池技術(shù)已在國際市場得到認可。美國在其2011年儲能發(fā)展規(guī)劃中已將液流電池作為首要支持發(fā)展的電池技術(shù)。美國2012年資助的22個儲能項目中液流電池占到12個，且規(guī)模最大的也是液流電池。加拿大安大略省2015年招標的5個儲能項目中，液流電池技術(shù)中標了4個。
