当前，世界各国的电力系统正在经历深刻的变革。随着技术进步与成本下降，可再生能源飞速发展，与可再生能源相关的系统集成问题日益突出。电力系统灵活运行能力被视为电力系统优化的关键，提高系统灵活性对可再生能源并网至关重要。

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日前，欧洲电力传输系统运营商协会发表了一份报告，重点对目前欧洲电力系统中新兴灵活性研发与应用进展进行了梳理。

工业负荷需求响应

技术特点：高负荷用电行业具有较大的负载和快速的响应时间，可以根据电网情况调整用电，工业负荷还可以通过调整其有功和无功功耗提供电压支撑服务。

技术成熟度：应用期。

技术应用情况：欧洲许多的高负荷用电工业企业已经参与柔性电力市场。德国斯图加特的示范项目可以为电网提供0.4Hz的频率调整储备服务，铝生产企业可以提供连续48小时的± 25 %额定负荷变化服务。

技术发展趋势：企业在利用可再生能源电力生产绿色产品的同时，向电网公司提供辅助服务，开辟新的收入来源。

电动汽车需求响应

技术特点：电动汽车作为电网的分布式储能，利用电动汽车与电网双向互动（V2G）的聚合需求响应为电网提供调频、调峰和调压服务。

技术成熟度：研制期和示范期。

技术应用情况：欧洲Red Eléctrica公司开发的Cecovel管理平台已能实现1500辆电动汽车的监测和需求预测，在晚上用电高峰有约三分之一的汽车参与需求响应，平均每80～90辆电动汽车可以实现2s内提供0.25MW容量的需求响应。

技术发展趋势：依托管理平台统筹大量电动汽车的充放电，通过智能充电软件与汽车控制系统集成，提升需求响应效果。

电池储能

技术特点：基于电池储能为集中式和分布式电网提供调频、调峰、调压等辅助服务，具有响应速度快、应用场景广的优势。这里提到的电池主要指中型电池组和家用小型电池的聚合。通过调整电池充放电的峰值速率还可以对负荷曲线实现平滑处理。

技术成熟度：应用期。

技术应用情况：与其他储能技术相比，中型电池组具有更高的能量容量，加之快速的响应时间，使其非常适合向电网提供调峰服务，欧盟“地平线2020计划”下的ELSA项目已充分展示了这一点。另一些示范项目，如SENISBLE、OSMOSE等，证实了电池储能的电压支撑功能。OSMOSE项目还将电池储能与飞轮、超级电容结合，综合提供调频、调峰和惯量支撑。NAIDES项目的目标是开发基于钠离子电池的储能技术，相比锂离子电池储能成本大幅下降的同时，保证电池的安全、循环寿命和能量密度。

技术发展趋势：提升电池技术经济性、使用寿命、能量密度、安全性，优化电池充放电循环，与其他储能技术和发电技术协同使用为电网提供灵活调节支撑。

冀北秦皇岛储能二期项目

机械储能

技术特点：机械储能主要包括压缩空气储能、液态空气储能和飞轮储能。其中，压缩空气储能将空气压缩后用于驱动透平发电，液态空气储能将空气冷却为液态后用于驱动透平发电，压缩空气储能和液态空气储能可以用于调峰和调频；飞轮储能具有最快的响应速度，主要用于调频。

技术成熟度：压缩空气储能和液态空气储能处于示范期，飞轮储能处于应用期。

技术应用情况：目前实际运行的压缩空气储能示范项目的效率只有54%左右；飞轮储能示范项目已可实现4 × 150kW，通常与电池储能、超级电容等集成提供混合储能解决方案。

技术发展趋势：对于压缩空气储能和液态空气储能，提升响应速度和能量转换效率；对于飞轮储能，提升与其他储能技术集成耦合应用效果。

中国能建设计的世界首座非补燃压缩空气储能电站

江苏金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目

超级电容

技术特点：超级电容可以为电网提供短时高功率支撑，主要用于调频。

技术成熟度：应用期。

技术应用情况：超级电容已在OSMOSE项目中与飞轮储能和电池储能集成，综合提供调频、调峰和惯量支撑。

技术发展趋势：作为混合储能解决方案的一部分，与其他储能方式集成使用。

储热

技术特点：将能量以热能形式存储并在需要的时候通过汽轮机发电将能量释放。储热的方式主要包括：1）固体储热，可以实现1周以上的热能存储，用于长时储能调峰；2）热流体（如熔盐）储热，响应速度快于固体储热，储热时长通常为几天。储热还可以与城市能源系统耦合，储存的热量不再用于发电而是满足区域供热和供冷需求，实现更高的能源利用效率。

技术成熟度：示范期和应用期。

技术应用情况：德国汉堡的示范项目已能实现130MWh的储热效果，蓄热装置为1000吨的固体储热材料，并计划未来实现超过1GWh的储热。

技术发展趋势：与火电厂热力循环系统集成，为锅炉和汽轮机提供缓冲器效果，在锅炉持续运行的情况下，改变汽轮发电机组电力输出，系统反应时间小于7s。

氢气和甲烷生产

技术特点：电能可以通过转化为化学能的方式存储在氢气和甲烷等化学产品中。这些化学产品的生产针对可再生能源消纳量身定制，具备大容量且快速频繁变负荷的能力，可以根据电网用电和电力生产之间的不平衡调整其电力消耗，从而为电力系统的灵活性提供支撑。化学储存同样也是一种储存可再生能源的方法。生产的氢气和甲烷可以直接用于燃气电厂的发电，或为氢燃料电池汽车提供燃料。

技术成熟度：示范阶段初期。

技术应用情况：已有示范项目以生产的氢气和甲烷作为微型燃气轮机的燃料。

技术发展趋势：氢气的生产采用质子交换膜（PEM）电解水制氢，进一步提升装置的响应速度、容量和制氢效率，并利用二氧化碳合成甲烷和甲醇。

安徽金寨储能示范项目

虚拟电厂

技术特点：虚拟电厂(VPP)，是一种可以汇聚成千上万的电力生产商，消费者和储能单元，并通过智能控制其并网和消纳，获得高度灵活性的一系列电力系统技术。通过分布式电力管理系统，虚拟电厂技术将分布式可再生能源发电和电池储能聚合，使其能够参与电力平衡及辅助服务市场。聚合服务还可以为众多的小型能源生产者提供必要的技术支撑、优化控制和管理，从而使聚合后的灵活性资源稳定可控，在市场中成为一个负责可靠的主体。

技术成熟度：示范期。

技术应用情况：欧洲多国基于虚拟电厂的理论研究，已开展了一系列工程示范项目。

技术发展趋势：通过虚拟电厂将能源网络与不同利益相关者连接起来，实现局部能源系统的整体运行优化和独立性，促进可再生能源发展。

具有离网独立运行可靠性的微电网

技术特点：当微电网具有更高容量的公共储能、更多的本地电力和消费、更活跃的本地电力市场交易时，便具备更长时间离网运行的可靠性。

技术成熟度：研制期。

技术应用情况：目前在欧洲有数百个正在运行的微电网示范项目，以挪威赫瓦勒微电网为代表，其基于当地的发电设施、公共储能电池等，可以在与主网断开的情况下，为当地居民、市政办公、公共设施等提供长达20小时的供电。但赫瓦勒微电网所应用的电池储能系统过于昂贵，且光伏发电占比过大导致与主网断开时部分时段需减少光伏发电量。

技术发展趋势：可以更多的基于可再生能源，具备更强的离网运行灵活性和可靠性，在具备风能和太阳能资源条件的岛屿上部署。

基于分布式发电的系统黑启动

技术特点：分布式发电的大幅增长为开发系统黑启动新方法提供了可能。当大电网完全或部分停电时，在没有外部电力输入的情况下，基于一个或多个分布式发电设施（包括分布式燃机、生物质发电、水电站、风电、光伏等）重新恢复每一个区域配电网，并扩展支撑整个电力系统的重新启动。

技术成熟度：研究期。

技术应用情况：仍处于初期阶段。

技术发展趋势：提升技术可行性，与传统电网启动方式协同使用。