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储能系统是能源互联网中可再生能源大规模接入分布式发电系统必不可少的组成部分。随着储能技术的发展,必将推动可再生能源发电的普及应用,提高能源互联网的灵活性和稳定性,提高电力设备运行效率、降低供电成本,有助于需求侧管理、消除峰谷差、平滑负荷。在推动可再生能源发电普及应用方面,储能系统能够平滑可再生能源发电功率输出波动,提高可调度性,降低可再生能源发电对电力系统的冲击力度,提高跟踪计划出力的能力。可再生能源克服发电的随机性和间歇性缺点,就能大幅度提高可再生能源设备的使用率。目前的储能技术主要分为机械储能、电化学储能、储热、化学储能(氢储能)等几类。在众多储能技术中,电化学储能技术进步最快,在电力系统中的应用快速增长。电化学储能具有使用方便、环境污染少,不受地域限制,在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、比能量和比功率高等优点。以锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主导的电化学储能技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得了重大突破,极具产业化应用前景。
能源互联网四大发展趋势
目前,我国能源互联网发展处于初级阶段,分布式能源、微网、储能、智能电网、电动汽车等产业方兴未艾,既处于快速发展时期,又面临着较大的技术、经济障碍。能源互联网未来发展趋势主要有以下几个特征。
天然气分布式能源快速发展。分布式能源供应是能源互联网的一个主要特点。目前最广泛利用的分布式能源供应方式是天然气分布式。分布式能源是现在综合能源利用效率最高的能源转化方式,能效可达90%以上,且输配电损耗低,供电可靠性高。天然气分布式在我国开始于1998年。随着我国天然气分布式能源相关鼓励政策的出台,内燃机、余热锅炉、溴化锂制冷机等装备技术的提高,以及电网接入技术的成熟,天然气分布式能源发展逐渐加快。2015年天然气分布式能源在我国开始加速发展,共建成127个项目,装机1405.5兆瓦。预计到2020年,我国规模以上城市均使用分布式能源系统,装机容量达到4000~5000万千瓦。我国天然气分布式能源发展有进一步加速的趋势。到2020年,我国燃气轮机将实现自主研制及应用,系统集成能力也得到大幅度提升。由于天然气分布式调峰能力强,运行稳定,与太阳能光伏、太阳能光热、地源热泵等互补的分布式能源系统将得到大力发展。
光伏发电快速渗透到分布式能源。太阳能发电是能源互联网应用的最佳可再生能源。目前,太阳能发电应用主要以光伏发电为主,已经广泛应用于屋顶、建筑外墙、农业大棚等分布式能源项目。太阳能发电目前主要存在的问题是发电波动性大,成本较高。随着储能技术和材料制造技术的水平快速提升,这两个问题将会较快解决。由于太阳能光伏发电技术进步迅速,成本下降迅速。照此发展趋势,2020年,资源较好地区的光伏发电就可平价上网。中国从2010年开始加大对可再生能源的投资和补贴,大力的政策支持使中国成为太阳能发电增长最快的国家。2015年我国已为装机容量世界第一的国家。在最新的“十三五”能源规划中,分布式光伏成为国家未来几年扶持的重点。结合天然气分布式能源的发展看,两者优势的互相结合将形成我国分布式能源的新特征。
能源大数据应用兴起。2017年3月5日政府工作报告中,李克强总理提到:“推动‘互联网+’深入发展、促进数字经济加快成长,让企业广泛受益、群众普遍受惠”。这是“数字经济”第一次被公开写入政府工作报告中,是我国把数字经济作为现在以及未来发展战略重点的重要表现。能源互联网是数字经济发展的重要方向之一。能源互联网中的各节点每时每刻都在产生海量数据,这些大数据通过数据集成、数据挖掘和业务应用将为人们带来巨大的价值,能源互联网大数据将成为重要资产。我国能源互联网大数据应用已经初具规模,部分电网企业、电气制造服务商、软件商都纷纷基于大数据智能化应用开发出产品和服务。未来在数字经济的发展下,能源互联网大数据应用会逐渐丰富起来,为能源供应商/贸易商、设施运营商、用户等带来巨大的商业价值。
纯电动汽车快速融入能源互联网。全球汽车行业的发展方向已经开始转向电动汽车。我国新能源汽车产业也进入快速发展阶段,已经成为世界上最大的新能源汽车市场。中国汽车工业协会数据显示,2015年我国市场新能源汽车销量达到33万辆,2016年超过50万辆。随着电动汽车技术的不断发展,尤其是锂离子电池成本下降,石墨烯电池将大幅缩短充电时间和提高电动汽车行驶半径,解决了制约行业发展最大的瓶颈。同时,充电桩、充电站的建设将在今后几年遍布城市和社区。能源互联网的开放性支持电动汽车即插即拔,电动汽车作为储能装置支持能源互联网提高可再生能源渗透率。电动汽车的普及应用将意味着纯电动汽车融入能源互联网。
减轻对化石能源的依赖
由于能源互联网的发展,人们减轻了对化石能源的依赖。一方面,能源互联网的发展更多地利用了可再生能源。同时,能源互联网带来更加高度的电气化,包括汽车、采暖等方面的需求都更多依赖电力。特别是在汽车领域,2017年上海车展已经体现出未来汽车朝着电动化、智能化方向发展。传统的交通燃料市场必然会受到较大影响。另一方面,传统集中式能源利用能源模式下,消耗大量的能源用于一次能源的运输。而在能源互联网体系下,能源就地利用减少了化石能源的消耗。
能源互联网的技术进步离不开新材料的支持。未来第三代光伏技术、风力发电技术、石墨烯相关储能技术、电动汽车制造材料等的发展都是极具潜力的石化材料新兴市场。
(作者单位:新奥能源)
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