能源互聯網與儲能一儲能系統的互操模型二儲能技術分類三儲能系統的作用四2一 能源互聯網與儲能3“在即將到來的時代，我們將需要創建一個能源互聯網，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現在在網絡上分享信息一樣。”Internet？能源互聯網！杰里米·里夫金4能源互聯網是通過電子、電力、信息等技術，將大量分散的分布式能源連接起來，不僅實現分布式能源的能量采集、上網，同時建立了各分布式能源間的互聯互通，通過大數據技術及基于信息的智能調控，實現能源在整個網絡的高效互通。從能源互聯網的構建角度來看，分布式能源是其必須具備的網絡“結點”。電力具有的高效、快速的傳輸性質，較高的能源轉化效率以及在終端能源消費中的便捷性，決定了智能電網將成未來我國能源互聯網中的基礎支撐平臺和資源配置中心，是實現能源互聯、能源綜合利用的紐帶和核心。未來我國能源互聯網的構建第一步就是對現有電網的改造，以適應分布式電源的接入;第二步則是將現有分布式電源接入，實現推廣前的初步探索，包括在輸配、交易、效率等領域的提升;而第三步則是全面推廣，將分布式電源大量推廣后接入電網，實現能源互聯網的最終成型。56能源互聯網的基本架構與組成元素能源互聯網的電力元素7能源互聯網：能源互聯網是一種在現有電網基礎上，通過電子、電力、信息等技術，將大量分散的分布式可再生發電裝置和分布式儲能連接起來，能夠實現能量和信息雙向流動的電力對等互聯網絡。從能源互聯網的構建角度來看，分布式電源和儲能是其必須具備的網絡“結點”。“E-Energy：以ICT為基礎的未來能源系統”一個能基本實現自我調控的智能化電力系統。8能源互聯網的特征:以可再生能源為主要一次能源;支持超大規模分布式發電系統與分布式儲能系統接入;基于互聯網技術實現廣域能源共享;支持交通系統的電氣化(即由燃油汽車向電動汽車轉變)。從上述特征可以看出,里夫金所倡導的能源互聯網的內涵主要是利用互聯網技術實現廣域內的電源、儲能設備與負荷的協調;最終目的是實現由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的轉變。可再生能源 電能生產電池儲存釋放9電化學能10能源互聯網的相關技術可再生能源發電技術新型電力電子技術儲能技術信 分布息 式發技 電技術 術電力消耗電力生產傳統電力生產和消費模式電力生產電力消耗智能控制端能源互聯網電力生產和消費模式11能源互聯網中多能源協同控制儲能是關鍵技術能源互聯網中的儲能:儲能是能源互聯網系統中重要的組成部分，已被視為電網運行過程中“發

一輸一配一

用一

儲”五大環節中的重要環節。能源互聯網中儲能環節已成為可再生能源利用、分布式發電及微網等領域必不可少的支撐技術。12能源互聯網位置電池狀態etc智能端過剩電力充電根據能源互聯網的信息，以最低成本為電池充電，使用綠色電力（或者低負荷電力）充電。用電高峰：將電池過剩電力“返還”電網,減輕電網負荷壓力。能源互聯網中的儲能單獨使用

風光協調儲能微網系統

特殊應用13儲能系統技術分類二14儲能技術分類15就目前發展和應用現狀，

不同儲能形式具有不同的特點和優勢，

能源互聯網系統的復雜性使得單一儲能技術往往難以滿足所有要求。機械儲能電磁儲能電化學儲能相變儲能儲能技術分類16時間功功率特定類型儲能系統的合理放電時限是由其功率密度和能量密度決定的。下面按放電時間對儲能技術進行分類：1、短期放電的儲能。放電時間為幾秒到幾分鐘，能量功率比（千瓦時/千瓦）小于1。例如：雙電層電容器（DLCs），超導磁儲能（SMES），飛輪儲能（FES），這些儲能可以為電網提供瞬時頻率調節，能夠緩解新能源發電出力的不可控波動性的影響。2、中期放電的儲能。放電時間為幾分鐘到幾小時，能量功率比在1到10之間。此類別中包含飛輪儲能，但主要以電池為主，主要包括鉛酸電池（LA），鋰離子電池（Li-ion），鈉硫電池（NaS）。中期放電儲能對電能質量和可靠性、功率平衡和負荷跟蹤、備用、用戶側移峰以及發電側出力平滑都有意義。儲能技術分類173、中長期放電的儲能。放電時間為幾小時到幾天，能量功率比在5到30之間。主要包括抽水蓄能（PHS），壓縮空氣儲能（CAES）和液流電池（RFB）。此類技術主要用于負荷跟蹤和移峰。4、長期放電的儲能。放電時間可以為幾天到幾個月，能量功率比超過10。主要包括氫氣和合成天然氣（SNG）儲能。此類技術被認為對季節性的移峰是有用的，但由于它們價格昂貴并且效率較低，只有非常大量的新能源發電并網時才能用到。例如，太陽能在夏季的發電量非常大，但是在冬季發電量就非常少，可在夏天利用氫氣或合成天然氣儲存多余的電量，在冬天將它轉換回電能，這樣就形成了從一個季節到下一個季節的發電移峰。儲能技術分類18不同類型儲能技術的特點和應用范圍如下圖所示，不同儲能技術的額定功率、能量和放電時間的比較儲能技術分類19BEV

電池電動車（鎳氫和鋰離子）CAES

壓縮空氣儲能DLC

法拉電容H2

氫氣儲能Li-ion

鋰離子電池PHS

抽水蓄能FES

飛輪儲能LA

鉛酸蓄電池Nas

鈉硫電池RFB

液流電池SMES

超導磁儲能

SNG

合成天然氣額定功率20用途時間尺度描述對新能源接入的作用儲能技術舉例小于一秒為電網提供無功，解決電壓尖峰、跌落和諧波問題緩解由新能源發電出力的波動性導致或放大的電壓不穩定及諧波問題鉛酸電池、鈉硫電池、飛輪、液流電池負荷跟蹤/爬坡幾分鐘到幾小時跟隨負荷在一天內的持續變化緩解新能源發電出力的不確定性在重要負荷變化時刻帶來的問題電池、飛輪、壓縮空氣、抽水蓄能、液流電池儲能 電能質量/穩技 定性術在電網 移峰/套利/負 幾小時到幾側 荷平滑 天的多種用途以及它們在應對新能源接入的作用在谷荷時段儲存電能，在峰荷時段釋放為每天的發電與負荷周期不匹配提供解決方案鈉硫電池、液流電池、壓縮空氣、抽水蓄能季節性移峰幾個月一次儲存幾個月電能，在一年中新能源發電出力低的季節釋放利用新能源全年生成的電能，減少部分季節對傳統發電的依賴，如低光照的季節氫、合成天然氣運行備用：調頻幾秒到幾分鐘作出增加或減少能量輸出的快速響應以穩定頻率緩解新能源發電出力的瞬時波動性鋰電池、鈉硫電池、飛輪、抽水蓄能(帶先進變速控制)旋轉備用十分鐘以下在系統發生故障（如發電機故障）時快速響應緩解新能源發電的不確定性，當新能源不按預期出力時提供或吸收電能抽水蓄能、飛輪、電池補充備用（非旋轉備用）幾分鐘到幾小時作為較慢的響應資源啟動以替代旋轉備用當新能源出力嚴重并長時間下降時提供穩固的電力。（效益低，不常用）抽水蓄能輸電網的有效利用幾分鐘到幾小時通過移峰和更有效的運行備用，幫助延緩輸電網升級降低輸電成本，緩解新能源發電的地理位置依賴性帶來的挑戰鋰電池支持孤立電網幾秒到幾小時輔助新能源接入小規模電網，如島嶼電網。用于移峰和改善電能質量，緩解新能源發電的波動性和不確定性鉛酸電池應急電源/黑啟動幾分鐘到幾小時用于災難性事故后的電力系統再啟動對支持新能源接入沒有特別的好處鉛酸電池21儲能系統的作用22三電力系統的主要控制：有功功率，無功功率傳統控制設備：發電機FACTS設備：無功，分散布置電力系統儲能：有功+無功，“全能”，主動致穩儲能在能源互聯網中使得“剛性”電力系統變得“柔性”！儲能把發電與用電從時間和空間上分隔開來發出的電力不再需要即時傳輸用電和發電不再需要實時平衡儲能將使能源生產和能源技術發生根本變革！模擬慣量控制下垂控制轉子轉速控制轉子槳距角控制綜合控制（對應不同風速）儲能使得能源互聯網中的可再生能源穩定、可控。Pitch

angleRotor

speedMaximum

power

maxrPN

minrP,

r

,

Zone

1Zone

4Zone

3Zone

2vminv儲能輔助提高負荷跟蹤機組載荷水平示意圖儲能輔助提高基荷機組運行容量示意圖提高常規機組調控能力利用儲能哪個更經濟？系統功率（MW）481216時間（h）20240數分鐘--小時秒--分鐘數小時--天調節

負荷跟隨

調度飛輪／電池電池／抽水蓄能抽水蓄能慣性、穩定性、波動 波動、爬坡、調頻負荷跟隨、調峰能源互聯網的儲能：多元復合儲能（功率型，能量型）太陽能儲能裝置風電光伏儲能冷熱電聯供冷熱電聯供微網邊界熱、冷熱、冷中央控制輸電網絡高壓配網110KVGG G G中壓配網35/10KV低壓配網0.4KV負荷負荷MG MGMGMG MG微網可獨立運行儲能可能將首先在微網中得到廣泛應用！儲能系統網相關特性儲能系統接入電網后，基于應用儲能系統既可以提供功率、又可以吸收功率。儲能系統可表現為功率（短時）/能量（長期）的源或荷，也可作為有功（頻率調節）和無功（電壓支撐）的源或荷。與智能電網相關的儲能系統的特性包括：1、充電狀態（有效容量）：與電力系統運行人員決定電源的有效性有關；2、運行狀態：充電，放電，涓流充電，備用，異常狀態，停運；3、有效的實時放電功率限值：這個值取決于儲能技術以及制造商，額定功率也許會隨著充電功能、溫度或其他變量的變化而變化；4、有效的實施充電功率限制：與上面定義的放電限值相似；5、功率流動方向（有功和無功）：作為一個數據點，儲能系統引入了雙向潮流。與風、光等變化電源相比，這個數據點可被認為或者處于充電狀態或者處于放電狀態，進而確定其潮流方向。6、爬坡能力：表示儲能系統功率增加或減少的能力，單位為kW或kVar每秒、每分或每小時。29儲能系統互操作模型四30能源互聯網的互操作概念應用于儲能系統，強調儲能系統與電力系統互操作相關的信息。PS-IAP可應用于安裝在用戶內部的儲能系統，也可應用于配電網中的分布式儲能系統，或者是安裝于輸電網中大規模集中儲能電站。電力系統互操作（PS-IAP）31功率流動示意圖：傳統/分布式發電大規模發電輸電配電市場 運行控制 電力供應商 三個環節的縮略圖用戶說明傳統的功率流動：電能沿一個方向流動，從發電廠流向用戶。集中發電電力系統通常由三相的發電機、輸電線路和配電線路組成。雙向功率流動：分布式發電允許一定量的功率在相關域之間流動：從用戶域流向配電域、從配電域流向輸電域。電力系統中出現的新設備，如社區發電、儲能和分散的智能變流器，為功率的雙向流動提供了保障。發電、輸電、配電和用戶側之間傳統功率流動方向和雙向功率流動示意圖下圖是IEEE

Std

2030-2011給出的電力系統互操作模型，該圖強調了儲能實體。所有與儲能實體（大規模儲能、輸電變電站、配電分布式儲能、用戶分布式儲能）相關的接口均與SGIRM過程相關。該圖是原始PS-IAP的子集。PS-IAP并沒有表示出功率流動的物理路徑，而是表示出所有與儲能系統與電力系統功率互操作相關的實體和接口。電力系統互操作（PS-IAP）32Bulk

Generationand

ControlDistributionInterfaceTransmissionOperation

andControlDevicesTransmissionService

ProvidersPS2PS4PS5PS10PS3PS7Transmission

PS1DistributionPS24PS25PS22PS39PS47PS14PS16PS30PS46PS15

PS17PS40PS43PS45PS28PS27PS44PS41PS42PS29PS6PS20PS32PS38PS34PS21PS26PS33PS36PS35PS12PS8ResourcesPS13PS37PS18PS23GenerationOperationand

ControlPS53PS56PS54PS49PS11PS52PS50PS51

PS55PS59PS60PS57PS58PS62PS63PS64Electric

ServiceProvidersPS66PS67PS68PS61PS19PS69PS31PS70PS71PS72PS74PS73PS77PS78PS79PS81PS65PS80PS48PS76PS75DevicesMa市rk場etsM市a場rketsContro運l

a行n與d

O控p制erations發電運行控制輸電運行控制D配ist電rib運ut行ionOp控era制tion電力供應商電力零售商大規模Bulk儲S能torage大B規ulk模Gen發er電ation大規模發電G發en電er設at備ionS的ub變st電ati站on輸電TransmissionS輸en電so的rs感a應ndM和ea測su量re設m備entTransmissionPr輸ot電ec的tio保n

護and和C控o制ntr設ol備Devices輸Su電bs變ta電tio站nDist配rib電utionSu變bs電ta站tionD配ist電rib用ut保ionP護ro和te控cti制onand設C備ontrolS配en電so用rs感a應ndM和ea測su量re設m備entDevices配Di電str域ibu的te分d布E式ne能rg源yResourcesD配ist電ributionCu用sto戶merPS9

Poi接nt(口s)

ofCu用sto戶merSu變bs電ta站tion直流交流DCLoads

AC負L荷oads負荷Cu客st戶omerC客u戶sto域m的erD分is布trib式u能tedEn源ergy在互操作時，需區分儲能系統內部操作及儲能系統外部的操作。適用于儲能系統與電力系統之間的相互作用，而不適用于儲能系統內部組成部分之間的互操作。儲能系統的位置與發電、變電和用戶有關。從電力系統的角度看，儲能系統的地理位置會直接影響接口，即使是用途相似。比如，儲能系統的地理位置會影響區域和實體的界定，進而影響接口的界定。如儲能系統作為可再生能源集合而安裝于電力系統中不同位置時，其接口也會不同。電力系統互操作（PS-IAP）33儲能系統的通信主要有兩種類型，監測和控制。通信互操作的交換數據信息主要有以下三個：命令和控制（間歇和/或周期性的）監測數據（周期）變化，報警（間歇）智能電網發生不同事件時會依據上述數據生成如下事件：命令事件：這個行為是基于控制邏輯，電網調度進行的控制事件。監控事件：這個事件是系統的監測數據采集的相關事件。監控事件可以是周期性的事件，發生在預先設定的時間間隔；也可在一個命令事件。警報、報警事件：這主要是異步事件，這表明有一個異常或顯著變化的情況下出現，可能需要人工的干預。每種類型數據需要在通信網絡的傳輸具有一定的優先級和數據包大小特征。通信系統互操作（CT-IAP）數據類型優先級有效載荷數據命令／報警按需求（間歇性）一般較小監測按需求（周期性）可能小也可能大34隨著通信技術發展，通信可以是有線通信、有線網絡和無線網絡等，IP網絡將是信息傳輸的主要技術。下圖為通信互操作的例子：通信系統互操作（CT-IAP）35市場運行運行域信息網參與者域的入口參與者通訊路徑域之間或不同所有者之間的通訊路徑零售商/躉售商集成商能量市場票據交換所ISO/RTO參與者互聯網交易/e-交易RTO/ISO交易企業服務總線輸電運行配電運行企業服務總線輸電SCADA資產管理企業服務總線需求側響應計量系統配電SCADA公共服務提供者服務提供商第三方服務提供者計量能源零售商計量家庭/建筑管理者集成商其它互聯網交易/e-交易大規模發電發電機電廠控制系統市場服務接口輸電廣域網變電站LANs變電站設備儲能變電站控制裝置數據收集裝置配電分布式發電當地設備區域網用戶能源服務接口電動汽車DG儲能物聯網用戶設備電氣用戶EMS恒溫器信息系統互操作關注的是儲能系統之間進行信息互操作的模型和方法。信息互操作的原始數據主要有三種類型：命令和控制（間歇和/或周期性的）監測數據（周期）變化，報警（間歇）信息交換的目的主要是：1）業務/功能資產和基礎設施管理監管定價和市場安全。信息使用特定的標準在不同的信息交互層進行交互，從最低信息交互層的數據通信介質，到最高信息交互層實現復雜應用的支持。信息系統互操作（IT-IAP）36下圖為GridWise架構委員會（GWAC）給出的信息交換層的層次結構和協議。信息系統互操作（IT-IAP）37分布式電源采用的智能電網標準政策和規程8.經濟/管控政策7.交易目標6.交易規程5.交易環境4.語義解釋3.語義的互操作2.網絡的互操作1.基本聯接組織抽象模型信息位和字節協議技術物理電氣接口IEEE1547

分布式電源與電力系統互聯的系列標準基于交易環境的UML模型抽象信息模型IEEE2030系列標準對儲能系統的互操作定義了儲能實體之間及與智能電網互操作的接口，以及互操作接口的七個功能域。這里說的實體不僅僅是低級別的設備或控制器，還包括應用程序或服務及其內容。下圖給出了IEEE2030-2011

IT-IAP互連的七個接口。信息系統互操作（