當(dāng)前，我國(guó)正積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。儲(chǔ)能作為支撐新能源大規(guī)模開發(fā)利用的重要手段，在輔助電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、助力削峰填谷等方面的作用日益彰顯，在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。然而，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、利用率低等問(wèn)題。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字技術(shù)為解決儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的難點(diǎn)問(wèn)題提供了解決方案。
儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等難題
成本偏高是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能電站的成本主要由建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本兩部分構(gòu)成。建設(shè)成本包括設(shè)備成本、建筑成本、土地成本等，運(yùn)營(yíng)成本包括運(yùn)維成本、人工成本、充電成本等。其中，設(shè)備成本中的電池成本和運(yùn)營(yíng)成本中的運(yùn)維成本是大頭。新能源產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)增加了原材料的供應(yīng)壓力，推高了電池價(jià)格。而電池成本占據(jù)了儲(chǔ)能電站成本的一半以上，導(dǎo)致儲(chǔ)能電站的建設(shè)成本攀升。同時(shí)，很多儲(chǔ)能電站采用人工巡檢和運(yùn)維模式，相關(guān)的運(yùn)維成本占儲(chǔ)能電站總成本的30%以上。
安全問(wèn)題是影響儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一個(gè)關(guān)鍵因素。近年來(lái)，全球發(fā)生多起儲(chǔ)能電池爆炸起火事件。隨著儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大、電池單體數(shù)量的增加以及共享儲(chǔ)能、云儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能形態(tài)的出現(xiàn)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的安全問(wèn)題和挑戰(zhàn)更多，安全管理水平需進(jìn)一步提升。
目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體利用程度偏低。根據(jù)中電聯(lián)2022年發(fā)布的《新能源配儲(chǔ)能運(yùn)行情況調(diào)研報(bào)告》，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的平均等效利用系數(shù)為12.2%。其中，新能源配儲(chǔ)能利用系數(shù)僅為6.1%，火電廠配儲(chǔ)能利用系數(shù)為15.3%，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能利用系數(shù)為14.8%，用戶側(cè)儲(chǔ)能利用系數(shù)為28.3%。
數(shù)字化、智能化是解決儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展難題的重要手段
現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)本質(zhì)上屬于模擬系統(tǒng)，通過(guò)引入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量流與信息流的融合，為解決儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的難點(diǎn)問(wèn)題提供解決方案。
利用數(shù)字技術(shù)可降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。通過(guò)建立電池的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池的柔性和精細(xì)化控制，提升有效容量，延長(zhǎng)循環(huán)壽命，大幅降低電池成本。依托云計(jì)算、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)，用戶可隨時(shí)、隨地、按需使用集中式或分布式共享儲(chǔ)能資源，按照使用需求支付服務(wù)費(fèi)，共同分擔(dān)儲(chǔ)能設(shè)備的投資、安裝、維護(hù)等方面成本，從而降低每個(gè)用戶的相關(guān)費(fèi)用支出和社會(huì)的整體資源投入。在運(yùn)維方面，大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)可助力將傳統(tǒng)的人工運(yùn)維模式升級(jí)為智能運(yùn)維模式。一旦發(fā)生故障，運(yùn)維人員可第一時(shí)間通過(guò)線上操作完成故障電池模組的檢測(cè)和單獨(dú)隔離，無(wú)須人工巡檢或系統(tǒng)全部停機(jī)，降低運(yùn)維成本。
利用數(shù)字技術(shù)可提高儲(chǔ)能系統(tǒng)安全防護(hù)水平。數(shù)字化的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)電池的可控并聯(lián)來(lái)降低熱損耗，通過(guò)電芯間的動(dòng)態(tài)重組來(lái)防止熱堆積，降低電池故障發(fā)生概率；一旦發(fā)生故障，通過(guò)控制可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的通斷實(shí)現(xiàn)電池的毫秒級(jí)拓?fù)渲貥?gòu)和微秒級(jí)故障精準(zhǔn)隔離，避免電池出現(xiàn)熱失控，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全水平。建設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，準(zhǔn)確采集電池的電壓、電流、電阻等數(shù)據(jù)和電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的感知能力。建設(shè)電池管理系統(tǒng)，存儲(chǔ)、處理和分析電池?cái)?shù)據(jù)，并結(jié)合人工智能技術(shù)評(píng)估電池的健康狀態(tài)、一致性狀態(tài)、荷電狀態(tài)以及剩余壽命等情況，在此基礎(chǔ)上開展電站和設(shè)備的狀態(tài)分析、預(yù)警，可有效提升安全防護(hù)水平。
利用數(shù)字技術(shù)可提升儲(chǔ)能系統(tǒng)整體利用效率。2014年，清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院能源戰(zhàn)略與運(yùn)籌研究中心提出了“云儲(chǔ)能”的概念。2018年，國(guó)網(wǎng)青海省電力公司提出了“共享儲(chǔ)能”的概念。目前，相關(guān)模式已在多個(gè)地區(qū)推廣應(yīng)用。區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)是支撐“共享儲(chǔ)能”“云儲(chǔ)能”等新模式的底層技術(shù)，可將零散的儲(chǔ)能資源整合在一起，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源的跨時(shí)空共享、復(fù)用，助力盤活閑散的儲(chǔ)能資源，提升儲(chǔ)能設(shè)備的利用率。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)可高效采集數(shù)據(jù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算、分析能力，實(shí)現(xiàn)智能診斷等功能。以物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等為“技術(shù)底座”，借助“云-邊-端”物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)建設(shè)儲(chǔ)能云平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的大規(guī)模協(xié)同管理，提升響應(yīng)速度，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，依托數(shù)字技術(shù)可優(yōu)化儲(chǔ)能電站散熱管理、功率分配等功能，降低儲(chǔ)能電站的自身能耗和電能的二次損耗，提升運(yùn)行效率。
加快推進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展需多方協(xié)作
我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)目前的數(shù)字化、智能化整體水平還比較低。加快推進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，需要多方協(xié)作、共同發(fā)力。
在理論層面，學(xué)術(shù)界需加強(qiáng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化相關(guān)基礎(chǔ)理論研究和機(jī)理分析，針對(duì)電池基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集精度提升、信息能量同頻處理、數(shù)字化儲(chǔ)能交易機(jī)制與運(yùn)營(yíng)模式等問(wèn)題開展攻關(guān)。
在政策層面，政府部門需出臺(tái)針對(duì)性更強(qiáng)、更加細(xì)化的鼓勵(lì)政策，以示范項(xiàng)目、優(yōu)惠政策等方式支持儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展。積極推廣數(shù)字化儲(chǔ)能電站、智能運(yùn)維、“共享儲(chǔ)能”、“云儲(chǔ)能”等新模式。
在市場(chǎng)層面，相關(guān)企業(yè)需積極探索各類數(shù)字技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，解決數(shù)據(jù)不聯(lián)通、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一導(dǎo)致的“信息孤島”等問(wèn)題，建設(shè)具備多種功能的數(shù)字化儲(chǔ)能管理平臺(tái)，打造智能化、全場(chǎng)景、體系化的服務(wù)，為各類用戶提供“一站式”定制服務(wù)。
（作者單位：國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司）
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