浅议碳排放的综合能源系统储能优化

浅议碳排放的综合能源系统储能优化

屠利建

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摘要：近年来，随着我国经济的发展，人们在生产和生活中对能源的需求越来越大，能源危机、环境污染等问题越来越受到人们的重视。为了有效应对这些挑战，电力行业不断探索和应用新能源系统技术。只有合理应用新能源系统的储能技术，才能有效解决我国严重的能源短缺问题，保证电力系统的安全稳定运行，进一步提高电力系统的电能质量。在满足社会实际能源需求的基础上，加强节能环保，为能源产业的发展创造更多的经济效益。

关键词：碳排放；综合能源系统；储能优化

引言

在风力、光伏电力比重日益增加的背景下，储能系统的作用便显现出来。储能可将电能与其他形式能源进行时间和空间上的转移和转换，进而解决大规模使用新能源电力的弊端。大力发展储能技术，对推动能源绿色转型、助力我国早日实现“双碳”目标具有重要的意义。电力系统的发展十分快速，使得其组成也更加复杂，系统需要满足的条件也更加苛刻，目前没有一种储能可以满足电力系统在时间、空间和经济性上的所有要求。分析各类储能的特性，对具备耦合条件的储能形式进行系统集成，可以达到助力电力系统安全经济运行的目的。因此，开展对多类型储能的综合能源系统的研究，为新能源高效消纳和综合能源系统优化配置提供重要参考。

1系统设计

1.1系统架构思路

综合能源节能管理平台依据“模型驱动，智慧节能”理念完成设计和开发，通过构建不同的用能模型以适用于多样化的应用场景。提供“智慧大脑”功能，对能源进行智慧调节，从而实现按需供能，避免能源的浪费。本平台依据分布式控制系统的闭环控制，参照相关的接口、协议、标准完成平台的设计开发。系统架构设计思路基于以下几点：（1）将能源管理平台与自动化系统关联结合，完成“监测、控制、执行、反馈”的闭环控制功能。（2）本平台采用云计算架构，实现多区域现场管控，支持大容量的用户并发数。后台利用云存储方式为用户提供足够的存储空间，从而减少后台维护、管理的成本，达到节能减排的效果。（3）通过对能耗采集及传输技术的研究改进，总公司自主研发了新能宝数据控制网关。每台网关设备具有全球唯一标识的身份识别码，使得对每台网关所采集到的能耗数据信息辨别、归纳与分析更加简单直观。能耗采集和传输设备不仅可采集、发送和传输数据，还可对数据进行分层存储、处理和分析，因此本平台具备数据校验和核准功能，能确保数据的有效性和准确度。（4）将能耗监测数据细分成最小类，尽可能完成每个能耗设备的耗能量监测和用能趋势总结与分析，依此为根据提出具有针对性的节能减排措施。（5）综合能源节能管理平台提供外部监测和评估接口，建立公平、公正、开放的能源监督体制，使得节能过程、效果、数据信息公开化和透明化。

1.2系统总体架构

整个综合能源节能管理平台架构分为四层，最底层为设备层，平台中的设备包括智能水、电、气表等与能耗监测相关的仪器设备。处于中间的是数据采集层和业务数据处理层，其中，数据采集层中的新能宝数据网关将企业耗能工业设备的数据信息（能源数据、环境数据、告警数据等）采集完成后传输到业务层；业务数据处理层则会利用云计算、大数据技术对海量数据处理、分析后进行归纳分类，实现能耗分析、能源成本管理、能源计划与预测等功能。顶层的数据应用层会将处理分析后的数据在监测平台上通过3D模型实时展示，同时对数据进行动态分析，实现设备管理、诊断管理及集中控制等功能。

2碳排放的综合能源系统储能优化

2.1物理储能技术

物理储能技术较为常用的是压缩空气储能方式。在实际应用中，压缩空气储能的操作步骤包括储能与释能，具有高转化率，其能源转化率可保持在75%左右。进行储能操作时，电动机内的压缩机将对空气进行降温、压缩，并将该气体存储到对应的海底储气罐、报废矿井内；在开展释能操作期间，受高温影响，空气将流入燃烧室内，使燃气发生膨胀，而燃气机轮则能在该空气的影响下为发电机发电。在实际应用过程中，操作人员若想利用压缩空气储能方式来获取准确数据，需要提前勘查相关区域的地形条件，并明确储能技术的操作环境，使操作环境达到储能标准，继而获取较佳的储能质量。

2.2电磁储能技术

（1）超导磁储能技术。与上述储能技术比较，超导磁储能有效率达到了90%以上。在超导状态下，绕组电流变化极小，可忽略不计。这样，在整个储存与释放的过程中极少耗费电能，总消耗率也几乎为零。但随着实际使用的越来越广泛，超导线圈往往需要放在低温液体环境下，才可以在整个储能流程中起到积极效果，而这将大大提高生产成本。超导磁储能技术还具有无污染、快速响应、无损耗储能、有效防止能源浪费等优点。超导储能材料可大幅度提高新型发动机的输出性能，对提高暂态电能质量起到重要作用。（2）超级电容器储能技术。超级电容器储能比超导磁储能的效率低，基本保持在75%左右。它兼有蓄电池储能和电容储能的特点。这种能量的储存的依据是双电层原理。以超级电容器储能工艺为基础的存储能量应用，整个存储放电过程中有着良好的可逆性，重复次数能够到达10万次以上。与常规电器皿相比，超级电容器具有温度阈值较宽、安全和稳定性更高等优势。也同样拥有了常规电容器所具有的优点。超级电容器储能技术还具有循环寿命长以及电容器响应快的特点，和蓄电池技术相结合，不但大大提高了蓄电池的充放电效能，也同样增长了蓄电池的性能。而且超级电容器与蓄电池的结合，在风电场中也获得了较普遍的使用，以更好地控制风能的波动。也因此，在应用超级电容储能技术时，应与蓄电池相结合，使其效果更加显著。

2.3相变储能技术

相变储能主要利用热能作为储放电环境。这种储能技术可以实现高密度的储能，而不需要太复杂的设备。相变储能技术主要包括冰储能、电储能和熔盐储能。在蓄冰技术方面，蓄冰环境融化时需要利用蓄冷能力蓄冰，蓄冰环境冻结时需要释放蓄冷能力。冰蓄冷技术具有明显的优势，不仅提高了制冷设备的效率，而且大大减少了设备的体积。电蓄热技术主要利用金属或水来储存热能。但无论使用何种环境，该技术都具有成本低、维护方便的特点。以金属储热为例，这种方式以金属为介质实现对热能的储存与释放。在金属液化过程中实现热能的储存，在金属固化的过程中实现热能的释放。由于该技术以金属为环境，金属的高导热率可以大大提高能量转换率。在熔盐蓄热技术中，无机盐主要作为无机盐的加热介质，将无机盐的凝固状态转变为熔融状态，实现储能。该技术传热能力强，应用成本低，腐蚀性低，应用效果好。

结语

综合能源系统的应用和推广必将成为能源高效利用、清洁低碳转型的重点战略发展方向,本文通过总结综合能源负荷预测方法,解构综合能源系统建模及仿真计算方式,归纳不同类型综合能源系统耦合应用的协调调控模式,整理国内外综合能源系统应用现状,系统梳理了综合能源系统应用的各个重点研究环节,为后续相关方向的深入研究提供参考。

参考文献

[1]李彦荣，王康民.新能源电力系统中的储能技术探究[J].应用能源技术，2022（5）：54-56.

[2]孙翠清.储能技术在新能源电力系统的应用研究[J].电子世界，2022（1）：27-28.

[3]王玥娇，张兴友，郭俊山.储能技术在高比例可再生能源电力系统中的应用[J].山东电力技术，2021，48（7）：19-25.