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當(dāng)前，世界各國(guó)的電力系統(tǒng)正在經(jīng)歷深刻的變革。隨著技術(shù)進(jìn)步與成本下降，可再生能源飛速發(fā)展，與可再生能源相關(guān)的系統(tǒng)集成問題日益突出。電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行能力被視為電力系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵，提高系統(tǒng)靈活性對(duì)可再生能源并網(wǎng)至關(guān)重要。

日前，歐洲電力傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商協(xié)會(huì)發(fā)表了一份報(bào)告，重點(diǎn)對(duì)目前歐洲電力系統(tǒng)中新興靈活性研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了梳理。

工業(yè)負(fù)荷需求響應(yīng)

技術(shù)特點(diǎn)：高負(fù)荷用電行業(yè)具有較大的負(fù)載和快速的響應(yīng)時(shí)間，可以根據(jù)電網(wǎng)情況調(diào)整用電，工業(yè)負(fù)荷還可以通過調(diào)整其有功和無功功耗提供電壓支撐服務(wù)。

技術(shù)成熟度：應(yīng)用期。

技術(shù)應(yīng)用情況：歐洲許多的高負(fù)荷用電工業(yè)企業(yè)已經(jīng)參與柔性電力市場(chǎng)。德國(guó)斯圖加特的示范項(xiàng)目可以為電網(wǎng)提供0.4Hz的頻率調(diào)整儲(chǔ)備服務(wù)，鋁生產(chǎn)企業(yè)可以提供連續(xù)48小時(shí)的±?25?%額定負(fù)荷變化服務(wù)。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：企業(yè)在利用可再生能源電力生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的同時(shí)，向電網(wǎng)公司提供輔助服務(wù)，開辟新的收入來源。

電動(dòng)汽車需求響應(yīng)

技術(shù)特點(diǎn)：電動(dòng)汽車作為電網(wǎng)的分布式儲(chǔ)能，利用電動(dòng)汽車與電網(wǎng)雙向互動(dòng)（V2G）的聚合需求響應(yīng)為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰和調(diào)壓服務(wù)。

技術(shù)成熟度：研制期和示范期。

技術(shù)應(yīng)用情況：歐洲Red Eléctrica公司開發(fā)的Cecovel管理平臺(tái)已能實(shí)現(xiàn)1500輛電動(dòng)汽車的監(jiān)測(cè)和需求預(yù)測(cè)，在晚上用電高峰有約三分之一的汽車參與需求響應(yīng)，平均每80～90輛電動(dòng)汽車可以實(shí)現(xiàn)2s內(nèi)提供0.25MW容量的需求響應(yīng)。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：依托管理平臺(tái)統(tǒng)籌大量電動(dòng)汽車的充放電，通過智能充電軟件與汽車控制系統(tǒng)集成，提升需求響應(yīng)效果。

電池儲(chǔ)能

技術(shù)特點(diǎn)：基于電池儲(chǔ)能為集中式和分布式電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓等輔助服務(wù)，具有響應(yīng)速度快、應(yīng)用場(chǎng)景廣的優(yōu)勢(shì)。這里提到的電池主要指中型電池組和家用小型電池的聚合。通過調(diào)整電池充放電的峰值速率還可以對(duì)負(fù)荷曲線實(shí)現(xiàn)平滑處理。

技術(shù)成熟度：應(yīng)用期。

技術(shù)應(yīng)用情況：與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，中型電池組具有更高的能量容量，加之快速的響應(yīng)時(shí)間，使其非常適合向電網(wǎng)提供調(diào)峰服務(wù)，歐盟“地平線2020計(jì)劃”下的ELSA項(xiàng)目已充分展示了這一點(diǎn)。另一些示范項(xiàng)目，如SENISBLE、OSMOSE等，證實(shí)了電池儲(chǔ)能的電壓支撐功能。OSMOSE項(xiàng)目還將電池儲(chǔ)能與飛輪、超級(jí)電容結(jié)合，綜合提供調(diào)頻、調(diào)峰和慣量支撐。NAIDES項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)基于鈉離子電池的儲(chǔ)能技術(shù)，相比鋰離子電池儲(chǔ)能成本大幅下降的同時(shí)，保證電池的安全、循環(huán)壽命和能量密度。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：提升電池技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、使用壽命、能量密度、安全性，優(yōu)化電池充放電循環(huán)，與其他儲(chǔ)能技術(shù)和發(fā)電技術(shù)協(xié)同使用為電網(wǎng)提供靈活調(diào)節(jié)支撐。


機(jī)械儲(chǔ)能

技術(shù)特點(diǎn)：機(jī)械儲(chǔ)能主要包括壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。其中，壓縮空氣儲(chǔ)能將空氣壓縮后用于驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電，液態(tài)空氣儲(chǔ)能將空氣冷卻為液態(tài)后用于驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電，壓縮空氣儲(chǔ)能和液態(tài)空氣儲(chǔ)能可以用于調(diào)峰和調(diào)頻；飛輪儲(chǔ)能具有最快的響應(yīng)速度，主要用于調(diào)頻。

技術(shù)成熟度：壓縮空氣儲(chǔ)能和液態(tài)空氣儲(chǔ)能處于示范期，飛輪儲(chǔ)能處于應(yīng)用期。

技術(shù)應(yīng)用情況：目前實(shí)際運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的效率只有54%左右；飛輪儲(chǔ)能示范項(xiàng)目已可實(shí)現(xiàn)4 × 150kW，通常與電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容等集成提供混合儲(chǔ)能解決方案。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)能和液態(tài)空氣儲(chǔ)能，提升響應(yīng)速度和能量轉(zhuǎn)換效率；對(duì)于飛輪儲(chǔ)能，提升與其他儲(chǔ)能技術(shù)集成耦合應(yīng)用效果。


江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目

超級(jí)電容

技術(shù)特點(diǎn)：超級(jí)電容可以為電網(wǎng)提供短時(shí)高功率支撐，主要用于調(diào)頻。

技術(shù)成熟度：應(yīng)用期。

技術(shù)應(yīng)用情況：超級(jí)電容已在OSMOSE項(xiàng)目中與飛輪儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能集成，綜合提供調(diào)頻、調(diào)峰和慣量支撐。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：作為混合儲(chǔ)能解決方案的一部分，與其他儲(chǔ)能方式集成使用。

儲(chǔ)熱

技術(shù)特點(diǎn)：將能量以熱能形式存儲(chǔ)并在需要的時(shí)候通過汽輪機(jī)發(fā)電將能量釋放。儲(chǔ)熱的方式主要包括：1）固體儲(chǔ)熱，可以實(shí)現(xiàn)1周以上的熱能存儲(chǔ)，用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能調(diào)峰；2）熱流體（如熔鹽）儲(chǔ)熱，響應(yīng)速度快于固體儲(chǔ)熱，儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)通常為幾天。儲(chǔ)熱還可以與城市能源系統(tǒng)耦合，儲(chǔ)存的熱量不再用于發(fā)電而是滿足區(qū)域供熱和供冷需求，實(shí)現(xiàn)更高的能源利用效率。

技術(shù)成熟度：示范期和應(yīng)用期。

技術(shù)應(yīng)用情況：德國(guó)漢堡的示范項(xiàng)目已能實(shí)現(xiàn)130MWh的儲(chǔ)熱效果，蓄熱裝置為1000噸的固體儲(chǔ)熱材料，并計(jì)劃未來實(shí)現(xiàn)超過1GWh的儲(chǔ)熱。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：與火電廠熱力循環(huán)系統(tǒng)集成，為鍋爐和汽輪機(jī)提供緩沖器效果，在鍋爐持續(xù)運(yùn)行的情況下，改變汽輪發(fā)電機(jī)組電力輸出，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間小于7s。

氫氣和甲烷生產(chǎn)

技術(shù)特點(diǎn)：電能可以通過轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在氫氣和甲烷等化學(xué)產(chǎn)品中。這些化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)針對(duì)可再生能源消納量身定制，具備大容量且快速頻繁變負(fù)荷的能力，可以根據(jù)電網(wǎng)用電和電力生產(chǎn)之間的不平衡調(diào)整其電力消耗，從而為電力系統(tǒng)的靈活性提供支撐?；瘜W(xué)儲(chǔ)存同樣也是一種儲(chǔ)存可再生能源的方法。生產(chǎn)的氫氣和甲烷可以直接用于燃?xì)怆姀S的發(fā)電，或?yàn)闅淙剂想姵仄囂峁┤剂稀?br />
技術(shù)成熟度：示范階段初期。

技術(shù)應(yīng)用情況：已有示范項(xiàng)目以生產(chǎn)的氫氣和甲烷作為微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：氫氣的生產(chǎn)采用質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫，進(jìn)一步提升裝置的響應(yīng)速度、容量和制氫效率，并利用二氧化碳合成甲烷和甲醇。


虛擬電廠

技術(shù)特點(diǎn)：虛擬電廠(VPP)，是一種可以匯聚成千上萬的電力生產(chǎn)商，消費(fèi)者和儲(chǔ)能單元，并通過智能控制其并網(wǎng)和消納，獲得高度靈活性的一系列電力系統(tǒng)技術(shù)。通過分布式電力管理系統(tǒng)，虛擬電廠技術(shù)將分布式可再生能源發(fā)電和電池儲(chǔ)能聚合，使其能夠參與電力平衡及輔助服務(wù)市場(chǎng)。聚合服務(wù)還可以為眾多的小型能源生產(chǎn)者提供必要的技術(shù)支撐、優(yōu)化控制和管理，從而使聚合后的靈活性資源穩(wěn)定可控，在市場(chǎng)中成為一個(gè)負(fù)責(zé)可靠的主體。

技術(shù)成熟度：示范期。

技術(shù)應(yīng)用情況：歐洲多國(guó)基于虛擬電廠的理論研究，已開展了一系列工程示范項(xiàng)目。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：通過虛擬電廠將能源網(wǎng)絡(luò)與不同利益相關(guān)者連接起來，實(shí)現(xiàn)局部能源系統(tǒng)的整體運(yùn)行優(yōu)化和獨(dú)立性，促進(jìn)可再生能源發(fā)展。

具有離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行可靠性的微電網(wǎng)

技術(shù)特點(diǎn)：當(dāng)微電網(wǎng)具有更高容量的公共儲(chǔ)能、更多的本地電力和消費(fèi)、更活躍的本地電力市場(chǎng)交易時(shí)，便具備更長(zhǎng)時(shí)間離網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

技術(shù)成熟度：研制期。

技術(shù)應(yīng)用情況：目前在歐洲有數(shù)百個(gè)正在運(yùn)行的微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，以挪威赫瓦勒微電網(wǎng)為代表，其基于當(dāng)?shù)氐陌l(fā)電設(shè)施、公共儲(chǔ)能電池等，可以在與主網(wǎng)斷開的情況下，為當(dāng)?shù)鼐用?、市政辦公、公共設(shè)施等提供長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)的供電。但赫瓦勒微電網(wǎng)所應(yīng)用的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)過于昂貴，且光伏發(fā)電占比過大導(dǎo)致與主網(wǎng)斷開時(shí)部分時(shí)段需減少光伏發(fā)電量。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：可以更多的基于可再生能源，具備更強(qiáng)的離網(wǎng)運(yùn)行靈活性和可靠性，在具備風(fēng)能和太陽(yáng)能資源條件的島嶼上部署。

基于分布式發(fā)電的系統(tǒng)黑啟動(dòng)

技術(shù)特點(diǎn)：分布式發(fā)電的大幅增長(zhǎng)為開發(fā)系統(tǒng)黑啟動(dòng)新方法提供了可能。當(dāng)大電網(wǎng)完全或部分停電時(shí)，在沒有外部電力輸入的情況下，基于一個(gè)或多個(gè)分布式發(fā)電設(shè)施（包括分布式燃機(jī)、生物質(zhì)發(fā)電、水電站、風(fēng)電、光伏等）重新恢復(fù)每一個(gè)區(qū)域配電網(wǎng)，并擴(kuò)展支撐整個(gè)電力系統(tǒng)的重新啟動(dòng)。

技術(shù)成熟度：研究期。

技術(shù)應(yīng)用情況：仍處于初期階段。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：提升技術(shù)可行性，與傳統(tǒng)電網(wǎng)啟動(dòng)方式協(xié)同使用。

原標(biāo)題： 歐洲電力系統(tǒng)靈活性現(xiàn)狀及趨勢(shì)