综述：明日充满活力：一项关于混合动力系统中储能整合的科学计量学研究

《Next Energy》：Energizing tomorrow: A scientometric exploration into energy storage integration in hybrid power systems

集成清洁能源存储系统（EES）与混合电力系统（HPS）对可再生能源并网的影响

　　### 中文解读：能源存储技术与混合电力系统的融合

随着全球对可持续发展的重视，电力系统向低碳化转型成为不可避免的趋势。可再生能源，如风能和太阳能，因其间歇性和不确定性，给电网的稳定运行带来了挑战。为解决这一问题，研究人员开始探索将电气能源存储（EES）系统战略性部署于混合电力系统（HPS）中的方法。HPS通常结合传统能源和可再生能源发电装置，以实现更高效、更稳定的电力供应。尽管已有大量研究关注EES的建模、尺寸设计和经济分析等具体方面，但关于EES在HPS中的集成与运营挑战的系统性综述仍较为缺乏。因此，本研究旨在全面回顾EES在HPS中的最新进展，分析其关键目标、运营问题及解决方案，并通过文献计量分析，揭示该领域的研究趋势和未来发展方向。

#### 混合电力系统与可再生能源的融合

传统化石燃料发电系统，如石油、煤炭和天然气，长期以来为满足人口增长和工业发展带来的能源需求做出了巨大贡献。然而，这些能源形式存在诸如资源有限、环境影响严重（如全球变暖和空气污染）等局限性。为应对这些挑战，混合电力系统正逐渐成为政策制定者、决策者和研究人员关注的焦点。太阳能、风能、地热能、水电和潮汐能等可再生能源的利用日益广泛，这些资源具有无限供应、生态友好、自然补充、公众广泛接受以及满足大规模能源需求等优势。

根据国际可再生能源机构（IRENA）的报告，2022年全球可再生能源的总装机容量达到了3381吉瓦，而2016年仅为2016吉瓦。这一显著增长表明，全球对可再生能源的重视程度在不断提升。同时，随着可再生能源的渗透率增加，其发电的不稳定性问题也愈发突出。因此，将可再生能源与储能系统相结合，成为解决这一问题的关键策略。储能技术不仅能够有效缓解可再生能源发电的波动性，还能提升电网的稳定性，为可再生能源的高效利用提供保障。

#### 储能技术的多样化与应用潜力

在混合电力系统中，储能技术的多样化是实现系统稳定运行的重要保障。目前，常见的储能技术包括电池储能、超级电容器、超导磁储能（SMES）、飞轮储能和氢燃料电池等。每种技术都有其独特的优势和局限性。例如，电池储能技术具有成熟的技术基础、可扩展性和多种化学成分选择，能够满足大规模的能源存储需求。然而，其循环寿命有限，且材料和废弃问题可能对环境造成影响。

相比之下，超级电容器在快速充放电、高功率密度和低维护需求方面表现优异，适用于短时能量存储和瞬时功率需求。然而，其能量密度较低，且自放电率较高，限制了其在长期储能方面的应用。SMES系统则以其高能量密度、低损耗和快速响应时间著称，适合高功率脉冲应用。然而，SMES的高成本和复杂的集成方式限制了其商业化应用。飞轮储能技术在负荷平衡、频率调节和瞬态稳定性方面具有潜力，但其机械复杂性和高成本可能成为推广的障碍。

#### 文献计量分析揭示研究趋势与挑战

为了系统性地评估储能技术与混合电力系统的融合研究，本研究对250篇Scopus索引的文献进行了文献计量分析，包括合著者、引用和关键词共现等分析。研究发现，过去十年间，相关文献数量增长了510%，2020年至2023年间，年均发表超过120篇，显示出全球对这一领域的研究热情正在迅速升温。中国、伊朗和印度是发表文献最多的国家，分别贡献了11%、11%和9%的论文。德国则在平均引用影响力方面表现突出，其单篇论文的平均引用次数达到229.5次。

此外，研究指出，“SMES”和“飞轮”等技术仍处于研究较少的阶段，显示出该领域存在潜在的研究空白。这为未来的研究提供了方向，即进一步探索这些储能技术在混合电力系统中的应用潜力，以提升系统的整体性能和稳定性。

#### 国家与机构的贡献

从国家层面来看，伊朗、中国和印度是发表相关研究最多的国家，分别贡献了11.74%、11.74%和9.25%的论文。然而，这些国家在引用影响力方面表现不一。伊朗在引用次数方面表现最强，平均引用次数为73.85次，而中国和印度虽然发表数量较高，但平均引用次数相对较低，分别为24.24次和24.35次。这表明，尽管这些国家在研究产出方面具有优势，但在学术影响力方面仍存在提升空间。

从机构层面来看，研究数据表明，418个机构参与了这一领域的研究，其中仅20个机构满足了至少发表两篇论文的条件。King Abdulaziz University、Ege University和University of Tabriz等机构在该领域表现突出，不仅发表数量多，而且引用次数高，显示出较强的学术影响力。然而，研究也指出，这些机构之间的合作网络相对薄弱，缺乏跨机构的深度合作，这可能限制了知识共享和研究的综合发展。

#### 作者与合著网络分析

从作者层面来看，研究识别了该领域中最具影响力的学者。A. Maleki是发表文献最多的作者，共发表了7篇论文，其平均引用次数为58.43次。N. Bizon和S. Nojavan分别发表了6篇论文，其平均引用次数分别为44.50次和73.67次。然而，D.U. Sauer、B.Y. Ekren和O. Ekren虽然仅发表了4篇论文，但其平均引用次数高达849次、741次和741次，显示出极高的学术影响力。这些作者的研究不仅在数量上占据优势，而且在引用次数和学术贡献上同样表现出色。

从合著网络来看，研究发现该领域存在21个合著集群，其中19个集群是自成一体的，缺乏与其他团队的合作。这表明，尽管该领域研究活跃，但跨团队合作仍有待加强。此外，研究指出，尽管部分作者在学术影响力方面表现突出，但仍有部分研究者在引用次数上较低，这可能与研究的创新性和实际应用价值有关。

#### 研究趋势与未来方向

文献计量分析还揭示了该领域的研究趋势和未来发展方向。从关键词共现分析来看，"混合能源系统"、"可再生能源资源"、"风能"、"燃料电池"等关键词频繁出现，表明这些领域是当前研究的重点。同时，研究也指出，一些技术如"需求响应"和"敏感性分析"在相关文献中出现频率较低，显示出研究的空白。这些技术对于提升混合系统的经济性和稳定性具有重要意义，未来的研究应关注其应用潜力。

此外，研究发现，随着技术的进步，一些新兴主题如智能电网、模糊逻辑、优化、碳排放等逐渐成为研究热点。这些主题不仅反映了当前学术界对储能技术的关注，也与全球政策目标相契合。因此，未来的研究应进一步探索这些方向，以推动储能技术在混合电力系统中的广泛应用。

#### 挑战与未来研究建议

尽管储能技术在混合电力系统中的应用前景广阔，但仍面临诸多挑战。例如，储能设备的效率、成本和环境影响是当前研究的焦点。一些储能技术，如电池储能，虽然在能量密度和循环寿命方面表现优异，但其自放电率和材料回收问题仍需进一步解决。此外，某些储能技术（如SMES和飞轮）的高成本和复杂性限制了其在实际应用中的推广。

未来的研究应注重开发更高效、更经济且更环保的储能技术，特别是在设备生命周期结束后的处理和回收方面。同时，应建立统一的评估标准，以衡量不同储能设备和系统对环境的影响，并通过政策引导和监管措施，推动储能技术的可持续发展。此外，随着可再生能源的进一步发展，储能技术的集成和优化策略也需不断改进，以适应不同应用场景的需求。

#### 研究意义与展望

本研究通过文献计量分析，全面回顾了储能技术在混合电力系统中的应用现状，揭示了该领域的研究趋势、关键技术和未来发展方向。混合电力系统与储能技术的结合，不仅有助于缓解可再生能源的间歇性问题，还能提升电网的稳定性和可靠性。未来，随着技术的进步和政策的支持，储能技术将在推动电力系统低碳化和可持续发展方面发挥更加重要的作用。

此外，本研究还强调了多标准决策方法在储能系统优化中的应用价值，为未来的研究提供了新的思路。通过结合人工智能、深度学习等先进技术，研究人员可以更有效地预测可再生能源的发电波动，优化储能系统的运行策略，从而提升系统的整体性能和经济性。

综上所述，储能技术在混合电力系统中的应用是实现电力系统低碳化和可持续发展的重要途径。尽管当前研究已取得显著进展，但仍存在诸多挑战和空白。未来的研究应进一步探索这些技术的潜力，推动其在实际应用中的推广，并通过跨学科合作和政策支持，促进储能技术的创新和发展。