智能电网与能源网融:材料装备技术-优化方案

1.能源存储技术

储能技术可以有效地平滑负荷，解决可再生能源发电的间歇性和随机波动性问题，减少峰谷差，提高现有系统设备的利用率及其运行效率，提高系统运行稳定性^[22，23]。

电能存储技术的出现，将电能的生产和消费从时间上、空间上解耦，使得电能可以更灵活调度和高效利用。在物理储能方面，抽水蓄能技术相对成熟，可存储大规模电能，达兆瓦·时级，仅受水库容量限制，效率高达75%^[24，25]；压缩空气储能是另一种大规模储能装置，但目前传统压缩空气储能存在依赖于化石能源、需特定建造储气室的缺点，与可再生能源耦合、带蓄热、微小型及压缩空气液化是压缩空气储能的发展趋势^[26]；超导磁储能、飞轮储能、超级电容器等储能技术难以达到兆瓦·时级，提高能量密度和降低造价成本的潜力有待进一步挖掘。在化学储能方面，以电池为主要载体，其功率和能量可根据需求灵活配置，但电池的使用寿命受限、成本高，是需要突破的技术难题。

相对于电能存储，储热技术中显热储热和潜热储热发展较成熟，成本低且具一定工业应用，但两者储热周期有限，长期储热损耗较大，不适宜远距离传输；化学储热理论上具有储热密度高、可远距离传输、损耗小的优点，但目前应用存在技术复杂及成本高的问题^[27]。储气技术目前主要是采用储气库，储气库的建设及运行维护管理是储气技术的重点，同时，气/冷/热均可在能源传输管道中大规模存储。

储能技术（储电、储气、储热）在融合网络中的应用约束指标主要包括技术水平和经济成本：技术水平主要指储能设备的转换效率、使用寿命以及是否能够大规模工业生产；经济成本则包含了设备制造成本及运行成本。当电能储存技术的应用约束指标相比储气、储热技术更具有突破性时，将会促进以电网核心形式的融合网络不断形成；否则多源并存形式的融合网络更有竞争力。

2.能源转换技术

智能电网与能源网的融合需依托能源转换器这一重要媒介。除了传统的一次能源（风、光、化石能源、水、核等）向电能/热能/化学能转化、传统电网中的交流变压器、整流/逆变器、实现不同电压等级交流、交直流转换之外，近年来，电转气（Power to Gas，P2G）技术、冷热电联产（Combined Cooling Heating and Power，CCHP）、直流变压器、固态变压器等技术也受到了广泛关注^[28]，技术特点见表2-4。

表2-4 不同能源转换技术特点 (www.xing528.com)

类似于储能技术，能源转换技术在融合网络的应用约束指标亦包括技术水平和经济成本。固态变压器、直流变压器等基于电能能源转换技术的突破及经济成本的降低将促使以电网为核心的融合网络的形成；而多源并存形式的融合网络则需P2G、CCHP等多种能源转换技术的推动。

3.能源传输技术

类似能源存储与转换技术，能源传输技术的约束亦在于其技术水本与经济成本。其中，传输效率是一个关键的指标。目前，在跨区域远距离能源传输通道上，主要是电能传输和天然气传输，供冷/热网由于其传输效率的限制，规模主要为城市区域级。

近年来，以提升输电容量、降低损耗、增加输电距离为导向的电能传输技术在不断发展，如特高压输电、柔性直流输电、超导电缆输电等^[29]，无线输电技术也取得了一定的进展，但现阶段仍未突破远距离传输效率低的问题。远距离无线功率传输有着巨大的应用潜力和广阔的应用前景。例如，可以探讨将远程无线功率传输系统做成电子式互感器，研究其在高压测量方面的应用，还可以探讨更远的距离使将来室内电器实现无线化，所有室内电气设备都装有无接触功率传输系统，电气设备通过无接触功率接收装置远距离、高效率地接收电能工作，而电能发射装置是可以装在墙壁内或者地板下的，使电气设备摆脱电线插座的束缚。此外，无线输电技术在特殊的场合下也具有广阔的应用前景。例如，可以给一些难以架设线路或危险的地区供电；可以解决地面太阳能电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。除了以上叙述的例子外，许多文献都还提到电动汽车的感应充电，以及在生物医学、工矿钻井、水下作业等领域中的应用。

电能传输技术的发展无疑将会推动以电网为核心的融合网络的形成，但另外值得关注的是瑞士苏黎世联邦理工学院研究团队提出的能源连接器（Energy Interconnector）构想，该构想是将电力与天然气（液态或气态）置于统一管道同路输送，已有文献研究将液化天然气作为高温超导电缆的冷却工质，建立了电缆与天然气输送管路的统一模型，并验证了联合输送系统比两者单独输送节能2/3。

未来能源联合传输技术的前景广阔，当综合对比其经济、技术在工程应用上可行时，将对传统单一管道单一能源输送的方式带来颠覆。同时，在能源终端若能以联合传输模式满足用户多样化能源的需求，亦能减少由于多级能源转换带来的损耗，更有效实现节能。此时，多源并存的融合模式将占优势。