储能是综合能源系统的“心脏”

在2017储能国际峰会上，华北电力大学教授曾鸣发表了主旨演讲，他认为：“储能是多能源子系统融合的纽带，也是综合能源系统的“心脏”。综合能源系统中的储能更加注重电能与其他能源之间的单向转化和储能技术，以及其他多能源之间的单、双向转化和存储技术，其最终目标是要实现多元能源在时间、空间维度上的完全解耦，实现综合能源解决方案的一般商品化产供销模式。”他这样说

综合能源系统的现实意义

中国很有可能打造综合能源系统，国家能源局已经有了23个多能互补示范工程项目，预计会在2018年年底完成。根据近几年中国能源革命的探索与实践总结，中国未来的能源使用会逐步过渡到综合能源系统上去。而综合能源系统框架一旦形成，储能领域可能在定位与作用上发生一些根本性变化。

首先，随着社会经济的持续发展，能源生产和需求不断增长，传统对化石能源的过渡开发利用，导致了环境污染、气候变暖、化石能源枯竭等问题，对可持续发展和高能效提出了重大挑战。同时全球化和“一带一路”战略的提出使得国际能源合作进一步加强，形成开放包容、普惠共享的能源利益共同体、责任共同体和命运共同体，这将带来更加多元的能源文化、技术和市场。因此，如何吸纳多元化的能源文化和技术，提高各种能源的利用效率、强化能源系统之间的协调优化、实现多能源的互补互济显得尤为重要。随着能源系统中新能源比重的不断增加，使传统能源系统的基本特征发生显著变化，能源的供给侧随机性增强、可控性降低。可再生能源随机波动比例越来越多，供给侧随机性波动可控性肯定下降，需求侧新需求波动，有了电动汽车和储能以及分布式，需求波动肯定和原来不一样；能源的需求侧高效化、清洁化；用能约束加强；系统整体运行的安全风险增加、整体性凸显。

其次，综合能源系统的背景就是环境问题以及能源的安全、效率问题，使得能源面临诸多挑战。一是体制壁垒。包括石油、天然气、电力等能源子系统之间在规划、运行和管理层面都相互独立，存在管理及体制上的壁垒。二是技术壁垒，各种能源的特性不尽相同在能源生产、传输和使用环节实现互补协调都有一定困难。包括油、气、电以及储能和生产传输各种环节实现互补，目前都有一定的技术困难。三是市场壁垒，能源之间缺乏价值转换媒介和机制，储能价值如何转换，通过什么媒介，油气与电之间怎么转化，一次能源与二次能源的转换价值用什么媒介做支撑，以什么机制反映？都是亟待解决的问题，因此，难以实现能源互补之后带来的社会和经济效益。储能要进行市场规则以及价值体现，而传统能源尚存在体制、机制、市场模式的壁垒。

最后，综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。综合能源系统的提出具有三重现实意义。一是创新了管理体制。综合能源系统的出现将会实现多种能源子系统统筹管理和协调规划，打破体制壁垒。综合能源系统是一种生产力，先进的生产力是要推进生产关系变革的，生产关系是什么？比如国家能源局原来的司局设置可能不一定满足综合能源系统的需求，这就需要推动体制改革。二是创新技术。通过研究异质能源的物理特性，明晰能源之间的互补性和可替代性，开发能源转化和存储新技术，提高能源开发和利用效率，打破技术壁垒。过去的技术是，电有电的新技术，石油是石油的新技术，天然气有天然气的新技术，相互间有技术壁垒。三是创新市场模式。建立统一的市场价值衡量标准和价值转换媒介，使得能源转化互补能体现出其经济和社会价值，并挖掘新的潜在市场，为将来各种能源找到共同的价值标准。比如石油、天然气的热、冷、电找到一个共同标准，可以互相转换，互相比较，形成一个统一市场。

综合能源系统的三层架构

与能源互联网相比，综合能源系统更侧重于能源物理系统，并且是依托于能源系统自身通过新思路、新技术来解决能源系统的发展和优化问题，其内涵就是多能互补、协调优化。多能互补指电力系统、煤炭、石油系统、天然气系统和供热系统等多能源子系统之间的互补协调。特别突出强调各类能源之间的平等性和“可替代性/互补性”。协调优化指多种能源子系统在能源开发、传输、转换利用等环节都可以相互协调，满足多元的用能需求，提高整体用能效率，减少污染排放等目标。
而综合能源系统拥有多个环节、多个能源子系统、多个终端自平衡单元，每个元件、每个部分、每个环节都与各子系统紧密互连、信息互动而非独立存在。具体的架构形态可以通过对于物理层、信息层、市场层的剖析来确定。首先物理层，即所有能源子系统的能源生产、传输、转化、存储和消费过程中所涉及的物理设备和网络架构。综合能源系统的物理层犹如一个生物组织体，这个组织体中存在若干个相对独立又广泛互联的物理单元，即各类异质能源的自平衡单元。每个单元能够实现自我平衡，同时还可以和外部单元通过能源间的物理转换和传输实现能量流的互补经济。其次，信息层就是由信息采集、存储、分析、处理的相关硬件设备和软件系统组成，它是综合能源系统的大脑中枢。综合能源系统的信息层是由若干个信息集成控制单元组成，每个控制单元可以实现某方面或某区域内的信息采集、存储和分析，将信息汇聚成信息流进行处理。信息层的信息分析和处理的结果反馈流向物理层以及市场层，并转变为操作指令或市场信号等。最后，市场层就是电力、天然气市场等传统能源市场在综合能源系统中耦合的体现，突出体现各种能源在“能源互补、协调优化”过程中的创新价值。在市场层中，政府制定市场基本规则并实施监管，市场信号引导各类能源企业行为并推动综合能源市场发展。企业是综合能源服务的提供者、新技术的创造者，用户是被服务对象也是市场的参与者和监管者。

储能是综合能源系统的“心脏”

从不同系统层级来看，储能在综合能源系统中具有缓冲器、聚合器、稳定器的作用。首先，储能是广域综合能源系统的缓冲器。广域范围内，利用规模化储能技术协调集中式能源生产，利用能源子系统之间的单、双向转化和存储技术来协调多能源调配，利用能源系统产、供、销各环节存储装置和技术来合理确定（最优化）能量存储和转化方案，从而最大限度地参与广域能量协调调度与管理，为大规模能源生产利用提供“缓冲”，为广域综合能源系统能量互补提供支撑。其次，储能在综合能源系统中是聚合器，在区域范围内分布式终端逐步增加，市场需求定制化凸显的背景下，系统对于分布式能源和电动汽车分散用户的聚合管理难度越来越大。储能可以充当起能量的聚合器，集中起产能端和用能端的资源，与能源转换装置相互配合，共同维持系统和能源市场灵敏高效运行。最后，储能是终端综合能源系统的稳定器。可再生能源的波动性和散点用户能量需求的不确定性带来了终端能源系统的双侧不确定性。对此，储能系统可为终端能源系统提供辅助服务、能源备用、能源协调互补等服务，实现终端系统内能源生产与消费的平衡，是终端能源系统安全稳定经济运行的重要保障。

综上，储能在未来能源系统中扮演着至关重要的作用。传统意义上的储能是指通过装置或物理介质将能量存储起来以便需要时可以加以利用的能量存储装置或者技术，更多的是指电能的存储，重点在于电能存储和双向转化技术。综合能源系统中的储能除了上述内涵外，更加注重电能与其他能源之间的单向转化和储能技术，以及其他多能源之间的单、双向转化和存储技术，其最终目标是要实现多元能源在时间、空间维度上的完全解耦，实现综合能源解决方案的一般商品化产供销模式。电力系统与交通系统的融合少不了移动储能和电动汽车的支持；天然气系统和电力系统的融合需要制氢技术等化学储能的支持；电力系统与热力系统的融合需要储电和储热技术的支持。可见，储能是多能源子系统融合的纽带，也是综合能源系统的“心脏”。