封春菲 李帥

【摘 ?要】隨著智能電網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)的作用日益明顯，其應(yīng)用范圍已涉及發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)。電力儲(chǔ)能不僅具有快速響應(yīng)和雙向調(diào)節(jié)的技術(shù)特點(diǎn)，還具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、配置方式靈活且建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)能源革命將取得階段性成果，能源生產(chǎn)和終端消費(fèi)環(huán)節(jié)新能源比重將超過(guò)“兩個(gè)50%”，儲(chǔ)能市場(chǎng)空間巨大。文章在此基礎(chǔ)上就電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能;技術(shù)應(yīng)用;分析

1電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能成為熱點(diǎn)，其在電源側(cè)、用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)各環(huán)節(jié)中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能概念的討論形成狹義和廣義兩個(gè)范疇。狹義的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能屬于電網(wǎng)設(shè)施的概念范疇，根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備在電力系統(tǒng)中的位置決定，體現(xiàn)出儲(chǔ)能設(shè)備中電能的雙向流動(dòng)性、充放電及時(shí)性等特點(diǎn);廣義的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能屬于儲(chǔ)能資源的概念范疇，指電力系統(tǒng)中達(dá)到一定規(guī)模的、能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的儲(chǔ)能設(shè)備的總和，旨在根據(jù)全網(wǎng)需求進(jìn)行充放電調(diào)節(jié)，體現(xiàn)出投資主體多樣化、建設(shè)位置分散等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目處于積極探索階段，已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1010兆瓦，裝機(jī)規(guī)模以用戶側(cè)為主，占比為47%，顯著高于其他國(guó)家，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能占比為23%。我國(guó)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目在江蘇、河南、湖南、浙江等省份得到推廣示范，通過(guò)建設(shè)儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻。

2儲(chǔ)能在電網(wǎng)側(cè)的角色定位分析

2.1儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)的影響

（1）改變系統(tǒng)潮流。儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，對(duì)電網(wǎng)的潮流分布造成了一定的影響，從而也會(huì)影響電網(wǎng)損耗，儲(chǔ)能系統(tǒng)接入容量和接入位置的不同所帶來(lái)的網(wǎng)損變化亦是不同。如果將儲(chǔ)能系統(tǒng)裝在合適的位置，可以明顯減少負(fù)荷高峰時(shí)段電網(wǎng)主干線路上所流過(guò)的電流，進(jìn)而減少負(fù)荷高峰時(shí)段變壓器和線路的損耗;可在負(fù)荷低谷時(shí)段儲(chǔ)能進(jìn)行充電時(shí)，也會(huì)增大原線路的電流而使得線路損耗增大，但若儲(chǔ)能系統(tǒng)接入容量適合，并依照合理的調(diào)度策略充放電運(yùn)行，便可以使饋線的綜合線損率降低。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)既可能減小損耗亦可能增大損耗，這就由儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入位置和接入容量等因素所決定。合理的配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，可降低負(fù)荷高峰電網(wǎng)主干線路中的電流，進(jìn)而減小損耗。（2）提供輔助服務(wù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以聯(lián)合常規(guī)機(jī)組提供輔助服務(wù)，也可以獨(dú)立參與提供輔助服務(wù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓，可以增加調(diào)頻調(diào)壓容量和控制靈活性，有利于調(diào)度運(yùn)行和系統(tǒng)穩(wěn)定。儲(chǔ)能參與自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓控制時(shí)，可以參考常規(guī)機(jī)組的收益模式，根據(jù)可調(diào)容量的大小和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間來(lái)獲得效益。

2.2儲(chǔ)能對(duì)新能源的影響

隨著可再生能源的快速發(fā)展，棄風(fēng)、棄光問(wèn)題仍十分嚴(yán)重，急需充分挖掘電網(wǎng)對(duì)新能源的消納能力，尤其是在火電機(jī)組以熱定電方式運(yùn)行的取暖季。引入儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平滑可再生能源功率輸出、提高可再生發(fā)電日前計(jì)劃跟蹤能力。針對(duì)風(fēng)電及光伏等新能源出力的短期波動(dòng)性和預(yù)測(cè)誤差，能夠利用蓄電池等快速響應(yīng)儲(chǔ)能裝置快速充放電來(lái)有效消除。儲(chǔ)能用于大規(guī)模風(fēng)光的并網(wǎng)，可解決其因隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問(wèn)題，大幅度提升電網(wǎng)對(duì)新能源的消納能力。

2.3儲(chǔ)能對(duì)常規(guī)機(jī)組的影響

（1）輔助火電機(jī)組調(diào)峰。光伏和風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性等特點(diǎn)，使得它們無(wú)法為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力輸入，加劇了電網(wǎng)的調(diào)峰負(fù)擔(dān)。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有削峰填谷的功能，可以輔助火電機(jī)組充當(dāng)調(diào)峰電源?；痣姍C(jī)組的出力在額定功率附近時(shí)，效率最高，單位煤耗最低。當(dāng)負(fù)荷降低，需要火電機(jī)組向下調(diào)峰，機(jī)組減小出力甚至啟停機(jī)組，煤耗隨之提高。因此，儲(chǔ)能的加入使得火電機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)得到提高，并且能夠在經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)運(yùn)行。減少啟停費(fèi)用、提高機(jī)組使用壽命，進(jìn)而提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。（2）提升常規(guī)機(jī)組AGC調(diào)頻性能。目前，主要由火電機(jī)組提供AGC調(diào)頻服務(wù)?；痣姍C(jī)組進(jìn)行調(diào)頻，即頻繁變功率的工況運(yùn)行，機(jī)組調(diào)頻的煤耗成本是上升的。以相關(guān)文獻(xiàn)的測(cè)算，火電機(jī)組調(diào)頻和不調(diào)頻相比，供電煤耗差異約1%。而且更嚴(yán)重的是，由于調(diào)頻可能導(dǎo)致調(diào)門(mén)損壞，進(jìn)而致使機(jī)組停機(jī)。這個(gè)對(duì)于發(fā)電企業(yè)的來(lái)講會(huì)導(dǎo)致更高的經(jīng)濟(jì)損失，大幅超過(guò)調(diào)頻服務(wù)獲得的補(bǔ)償。另外，火電機(jī)組調(diào)頻也存在眾多問(wèn)題：調(diào)節(jié)延遲、調(diào)節(jié)偏差（超調(diào)，欠調(diào)）、調(diào)節(jié)反向以及單向調(diào)節(jié)等，使得火電機(jī)組AGC補(bǔ)償效果差，經(jīng)常被罰款。為達(dá)到同樣的調(diào)頻效果，發(fā)電機(jī)組和儲(chǔ)能進(jìn)行聯(lián)合調(diào)頻，機(jī)組不需頻繁變功率運(yùn)行，從而減少煤耗，同時(shí)機(jī)組設(shè)備的疲勞和磨損也更低一點(diǎn)。

3實(shí)例應(yīng)用分析

某市220kV變電站主變共有59臺(tái)重過(guò)載，重過(guò)載比例為65.55%;110kV及35kV變電站主變共有178臺(tái)重過(guò)載，重過(guò)載比例為42.38%;全市共有237臺(tái)主變重過(guò)載，重過(guò)載比例為56.43%。根據(jù)某市電網(wǎng)近期規(guī)劃，受基建投資及線行等多方面因素影響，重過(guò)載區(qū)域無(wú)新建變電站投產(chǎn)，負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)移。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，一定程度上可以解決因電網(wǎng)通道不暢導(dǎo)致的“卡脖子”問(wèn)題，同時(shí)有效減少峰谷負(fù)荷差。某片區(qū)現(xiàn)有220kV變電站2座（主變6臺(tái)，總?cè)萘?170MVA）;110kV變電站7座（主變15臺(tái)，總?cè)萘?34MVA），最高負(fù)載率達(dá)88.39%。根據(jù)儲(chǔ)能電站選址及容量配置原則，區(qū)內(nèi)220kV都某站、110kV北某站、110kV道某站符合儲(chǔ)能電站建設(shè)條件。結(jié)合該片區(qū)的年平均負(fù)荷峰谷差，規(guī)劃電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能總規(guī)模為10MW/40MWh，以解決該片區(qū)重過(guò)載問(wèn)題，達(dá)到“削峰填谷”的效果。針對(duì)主變重載現(xiàn)象，作為削峰填谷方式的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站可以采用兩種方案：（1）電網(wǎng)側(cè)集中式儲(chǔ)能調(diào)峰電站;（2）電網(wǎng)側(cè)多點(diǎn)布局分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰電站。通過(guò)比選，建議優(yōu)先考慮電網(wǎng)側(cè)多點(diǎn)布局分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰電站方案，即利用變電站內(nèi)的空地，在3個(gè)變電站分別布點(diǎn)儲(chǔ)能電站。在220kV都某站建設(shè)4個(gè)單元4.8MW/4.8MWh、總?cè)萘繛?9.2MW/19.2MWh的儲(chǔ)能電站，每2個(gè)單元為一組，分別接入#1主變10kV側(cè)和#2主變10kV側(cè)，占地面積約為2400m2;在110kV道某站建設(shè)2個(gè)單元4.8MW/4.8MWh、總?cè)萘繛?.6MW/9.6MWh的儲(chǔ)能電站，分別接入#1主變10kV側(cè)和#2主變10kV側(cè)，占地約1200m2;110kV北某站與110kV道某站建設(shè)方案相同。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰系統(tǒng)調(diào)配總?cè)萘繛?8.4MW/38.4MWh。選取220kV都某站#1主變低壓側(cè)2019年8月份最小負(fù)荷日8月27日負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用多點(diǎn)布局分布式2個(gè)單元9.6MW/9.6MWh對(duì)都某站#1變10kV側(cè)進(jìn)行充放電模擬分析，分別取04：00—07：30進(jìn)行充電，09：00—11：45進(jìn)行放電，12：00—13：30進(jìn)行充電，14：00—17：00進(jìn)行放電，且2次充放電都達(dá)到額定容量，如圖1所示。由圖1可知，加入儲(chǔ)能后，220kV都某站#1主變低壓側(cè)負(fù)荷曲線明顯平緩，削峰填谷效果良好。

4結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式基礎(chǔ)上增加一個(gè)存儲(chǔ)電能的環(huán)節(jié)，使原來(lái)幾乎完全“剛性”的系統(tǒng)變得“柔性”起來(lái)，電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性得到大幅提高。建設(shè)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站能夠減輕負(fù)荷高峰時(shí)段主變負(fù)載率，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變的虛擬擴(kuò)容，可在負(fù)荷低谷時(shí)段充電，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉牛，徐波，陳亞新.基于預(yù)制艙的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站模塊化設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2019，36（3）：231-233.

（作者單位：中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司）