分布式能源系统中能量的高效存储
发布时间：2021-09-21 21:35
分布式能源是能源革命的重要载体和推进手段,也是未来能源体系中的重要组成部分。储能技术作为分布式能源系统的关键支撑技术之一,会对能源生产和消费方式带来革命性的变化,对我国的能源转型具有重要的战略意义。目前我国储能技术发展迅速,大型示范和商业化储能项目不断增加,但是各种储能技术在实际应用过程中还存在着种种缺陷和不足,能源的高效存储面临着诸多挑战。本文立足于储能技术的实际应用,分析了各储能技术尤其是储热技术的优缺点及产业化发展现状,探讨了储能技术未来可能的发展趋势和面临的挑战,分析了储热技术中存在的关键科学问题及研究现状,并针对储能技术与行业的发展给出了一些政策性建议。
【文章来源】：中国科学基金. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图8 双层变球径相变球填充床储热器[16]
由于用户负荷的随机性以及新能源的间歇性，分布式能源负荷具有强烈的多变性和动态性，使得储热系统也一直在动态变工况条件下运行。然而，分布式能源系统的电力响应通常为毫秒级瞬态响应，储热系统的热力响应通常为分钟级延迟响应。不同量级的时间常数使得储热系统在分布式能源实时负荷下的动态响应特性更加复杂。有效解决该问题的可行方案之一是建立储热系统和分布式能源相耦合的多尺度动态响应模型，深入分析分布式能源下储热系统的多尺度动态响应特性。因此，可从以下几方面展开研究：首先，结合材料学、传热学、流体力学等学科，建立从储热材料到关键部件，再到整个储热系统的热学动态模型，深入分析储热系统热力学参数和结构参数对储热系统效率、储热密度、成本等性能参数的动态影响规律；其次，结合分布式能源负荷预测算法等潮流分析算法等，建立热侧分钟级和分布式能源毫秒级相耦合的实时分布式能源负荷下储热系统的动态响应模型，探究变负荷、变参数条件下储热系统储热速率、动态储热效率等性能参数的动态响应规律，获得实时分布式能源负荷下储热系统的多尺度、全工况动态响应特性；最后，构建以高效性、经济性和灵活性为目标，综合考虑响应速度、储热速率、储热效率、储热成本与储热密度的储热系统性能评价方法，为分布式能源储热系统的选型、设计和优化提供理论指导。5 促进储能技术与行业发展的若干建议
为在此次能源革命中取得领先地位，我国的能源供给结构也在迅速调整。按照《能源发展“十三五”规划》，到2020年底，我国的风电、气电、分布式光伏与生物质发电等分布式能源的装机容量需达3.95亿kW，占总装机容量的19.6%[3]。可见，可再生能源在分布式能源系统中占据重要地位。然而，太阳能、风能等可再生能源具有波动性和间歇性，为分布式能源系统的稳定与可靠运行带来了严峻挑战。同时，用户侧对能源的需求也随时段呈现一定的变化规律，需求侧与供给侧不同的波动状态引起强烈的能源供需不匹配。如图1所示的太阳能分布式热、电、冷联供系统，随着太阳辐射能随时间、天气、季节等因素的变化，能源供给侧会发生显著变化，造成发电环节不能连续稳定发电、供热/冷环节也不能连续稳定输出，在用户侧需要电能、热/冷能时，能源系统不能及时充足供给。而储能技术通过存储过剩能量并在需要时合理释放的方式，能够在很大程度上弥补分布式能源系统中能源需求与供给在时间、空间以及形态上的不匹配。当太阳辐射过剩时，储能系统将多余辐射能以电能或热能的形式储存起来以满足太阳辐射能不足时，用户的用电或用热/冷需求。因此，储能技术在促进能源生产消费、开放共享、灵活交易、协同发展，推动能源革命和能源新业态发展方面发挥着至关重要的作用。在国家政策方面，为促进储能产业的发展，2017年10月国家发展和改革委员会等五部门联合印发《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，重点指出要集中攻关包括相变储热材料与高温储热技术等一批具有关键核心意义的储能技术和材料。2018和2019年，科技部陆续发布了多个国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项。围绕信息、能源、地学、制造、材料、生命科学及交叉（含数学）等7个领域方向进行部署，其中能源领域立项13项，且储能技术被列为变革性技术关键科学问题的重点研究方向之一。为加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力，以产教融合发展推动储能产业高质量发展，2020年1月国家教育部、发展改革委、能源局三部门联合颁布了“《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》的通知”，并于2020年2月在西安交通大学增设了“储能科学与工程”特设专业，凸显了储能技术在未来能源产业发展中的关键地位。
本文编号：3402532
【文章来源】：中国科学基金. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图8 双层变球径相变球填充床储热器[16]
由于用户负荷的随机性以及新能源的间歇性，分布式能源负荷具有强烈的多变性和动态性，使得储热系统也一直在动态变工况条件下运行。然而，分布式能源系统的电力响应通常为毫秒级瞬态响应，储热系统的热力响应通常为分钟级延迟响应。不同量级的时间常数使得储热系统在分布式能源实时负荷下的动态响应特性更加复杂。有效解决该问题的可行方案之一是建立储热系统和分布式能源相耦合的多尺度动态响应模型，深入分析分布式能源下储热系统的多尺度动态响应特性。因此，可从以下几方面展开研究：首先，结合材料学、传热学、流体力学等学科，建立从储热材料到关键部件，再到整个储热系统的热学动态模型，深入分析储热系统热力学参数和结构参数对储热系统效率、储热密度、成本等性能参数的动态影响规律；其次，结合分布式能源负荷预测算法等潮流分析算法等，建立热侧分钟级和分布式能源毫秒级相耦合的实时分布式能源负荷下储热系统的动态响应模型，探究变负荷、变参数条件下储热系统储热速率、动态储热效率等性能参数的动态响应规律，获得实时分布式能源负荷下储热系统的多尺度、全工况动态响应特性；最后，构建以高效性、经济性和灵活性为目标，综合考虑响应速度、储热速率、储热效率、储热成本与储热密度的储热系统性能评价方法，为分布式能源储热系统的选型、设计和优化提供理论指导。5 促进储能技术与行业发展的若干建议
为在此次能源革命中取得领先地位，我国的能源供给结构也在迅速调整。按照《能源发展“十三五”规划》，到2020年底，我国的风电、气电、分布式光伏与生物质发电等分布式能源的装机容量需达3.95亿kW，占总装机容量的19.6%[3]。可见，可再生能源在分布式能源系统中占据重要地位。然而，太阳能、风能等可再生能源具有波动性和间歇性，为分布式能源系统的稳定与可靠运行带来了严峻挑战。同时，用户侧对能源的需求也随时段呈现一定的变化规律，需求侧与供给侧不同的波动状态引起强烈的能源供需不匹配。如图1所示的太阳能分布式热、电、冷联供系统，随着太阳辐射能随时间、天气、季节等因素的变化，能源供给侧会发生显著变化，造成发电环节不能连续稳定发电、供热/冷环节也不能连续稳定输出，在用户侧需要电能、热/冷能时，能源系统不能及时充足供给。而储能技术通过存储过剩能量并在需要时合理释放的方式，能够在很大程度上弥补分布式能源系统中能源需求与供给在时间、空间以及形态上的不匹配。当太阳辐射过剩时，储能系统将多余辐射能以电能或热能的形式储存起来以满足太阳辐射能不足时，用户的用电或用热/冷需求。因此，储能技术在促进能源生产消费、开放共享、灵活交易、协同发展，推动能源革命和能源新业态发展方面发挥着至关重要的作用。在国家政策方面，为促进储能产业的发展，2017年10月国家发展和改革委员会等五部门联合印发《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，重点指出要集中攻关包括相变储热材料与高温储热技术等一批具有关键核心意义的储能技术和材料。2018和2019年，科技部陆续发布了多个国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项。围绕信息、能源、地学、制造、材料、生命科学及交叉（含数学）等7个领域方向进行部署，其中能源领域立项13项，且储能技术被列为变革性技术关键科学问题的重点研究方向之一。为加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力，以产教融合发展推动储能产业高质量发展，2020年1月国家教育部、发展改革委、能源局三部门联合颁布了“《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》的通知”，并于2020年2月在西安交通大学增设了“储能科学与工程”特设专业，凸显了储能技术在未来能源产业发展中的关键地位。
本文编号：3402532
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