世界各國在積極發(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)生問題的有效措施,。儲能總的作用是實現(xiàn)新能源電力上網(wǎng)、保持電網(wǎng)高效安全運行和電力供需平衡,。儲能系統(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,。電力儲能技術(shù)有抽水蓄能技術(shù),、壓縮空氣儲能技術(shù)、超導(dǎo)儲能技術(shù),、超級電容器儲能技術(shù),、電化學(xué)儲能技術(shù)、復(fù)合儲能技術(shù),。對我國發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)提出以下建議：從宏觀戰(zhàn)略層面制定儲能發(fā)展規(guī)劃;出臺利于儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的激勵政策與機(jī)制;發(fā)布儲能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范,，建立儲能裝置回收管理機(jī)制;加強(qiáng)儲能技術(shù)研發(fā)與示范;建立儲能產(chǎn)業(yè)鏈，降低成本;探索優(yōu)化商業(yè)運營模式,，加快儲能技術(shù)的市場化步伐,。

　　1“能源安全”的新變化趨勢

　　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,，“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)變將帶來新的挑戰(zhàn),。石油市場的供需相對簡單，而電力由于不易儲存,，電力市場將面臨更為復(fù)雜的供需平衡挑戰(zhàn),。此外，電力市場的供應(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”將是電力市場面臨的一個新任務(wù),。

　　確保安全,、高質(zhì)量供電，同時維持電力供需平衡是電力系統(tǒng)面臨的持續(xù)挑戰(zhàn),。社會的用電需求是實時變化的，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)方式是通過改變發(fā)電機(jī)組的出力來適應(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”,。對比“原用電負(fù)荷”和“剩余負(fù)荷”曲線,，可說明新能源電力對常規(guī)電力系統(tǒng)的影響。圖1是美國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,，將導(dǎo)致基荷機(jī)組運行于部分負(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,，該國擁有大規(guī)模的風(fēng)電裝機(jī),，同時采用熱電聯(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)電無法上網(wǎng)，造成能源浪費[1],。

　　2儲能在未來電力系統(tǒng)中的作用

　　常規(guī)電力系統(tǒng)可簡化為如圖2所示,，系統(tǒng)包括集中式發(fā)電、電力輸配,、終端用戶3個環(huán)節(jié),，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)模式是“即用即發(fā)”，即發(fā)電端根據(jù)用戶端負(fù)荷的變化來調(diào)節(jié)發(fā)電量,，此種運轉(zhuǎn)模式面臨著非?？量痰淖冐?fù)荷要求。

　　未來的電力系統(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出現(xiàn)前面提到的潛在問題,。如圖3所示，在電力系統(tǒng)中采用集成儲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)生問題的有效措施,。

　　儲能可作用于電力系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié),，總體的作用是實現(xiàn)新能源電力上網(wǎng)、保持電網(wǎng)高效安全運行和電力供需平衡,。針對不同環(huán)節(jié),，儲能的作用有所區(qū)別：①在大規(guī)模新能源發(fā)電環(huán)節(jié)，儲能系統(tǒng)有利于削峰填谷,，使不穩(wěn)定電力平滑輸出;儲能系統(tǒng)通過功率變換裝置,，及時進(jìn)行有功/無功功率吞吐，保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時功率的平衡,，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),，儲能系統(tǒng)可替代部分昂貴的調(diào)峰機(jī)組，實現(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,，更好地實現(xiàn)供需平衡,。④設(shè)置于終端用戶的儲能系統(tǒng)則通過電力儲放來提高供電可靠性，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,，即在分時計價的地區(qū),，在低價“谷電”時刻買入網(wǎng)電充入儲能設(shè)備，在高價“峰電”時刻釋放儲能設(shè)備中的電力,，實現(xiàn)既節(jié)約用戶電費花銷,，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者，而隨著分布式能源系統(tǒng)的推廣,，未來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。當(dāng)終端用戶存在剩余電力上網(wǎng)時,，也會出現(xiàn)大型新能源發(fā)電機(jī)組的電力波動問題,，因此，設(shè)置于終端用戶的儲能系統(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,，對應(yīng)于不同的適用場合儲能系統(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,，該類功用需要儲能設(shè)備快速反應(yīng)(1s之內(nèi)),，對儲能設(shè)備放電持續(xù)時間(能量維度)的要求在分鐘量級。提供橋接電能是指在電能消失或者不同電能來源之間的轉(zhuǎn)換過程中,，提供過渡電能的能力,，應(yīng)用場合為電力應(yīng)急儲備、變負(fù)荷,、電力系統(tǒng)故障等,，該類功用需要儲能設(shè)備的反應(yīng)時間在秒到分鐘范圍內(nèi)，對放電持續(xù)時間的要求可長達(dá)小時量級,。能量管理則對應(yīng)著長時間內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移,，應(yīng)用場合包括電網(wǎng)削峰填谷、終端用戶電力管理等等,，該類功用對放電持續(xù)時間的要求長達(dá)幾個小時,。

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