文/牛瀟 葉鵬

隨著經(jīng)濟和電力需求的快速增長，中國電力供需經(jīng)常處于偏緊狀態(tài)；不得不進行拉閘限電，影響了供電可靠性，簡單増加發(fā)電側(cè)的裝機容量及擴大電網(wǎng)建設(shè)以提升輸電容量并不是解決該問題的最優(yōu)方法。然而，在電力需求的低谷時段又有大量的電力設(shè)備閑置，無法充分地利用這些設(shè)備，導致電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性下降。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)面對間歇式能源的快速接入，沒有采取新的調(diào)度思維，而是仍有大量的棄風行為來應(yīng)對大量的功率涌入電網(wǎng)，面對可再生能源的大量接入，其中儲能技術(shù)引起大家的關(guān)注。

隨著“煤改電”的快速推進，電儲熱鍋爐作為一種新型的可儲能裝置進入人們的視野。作為三北高寒地區(qū)的取暖與供熱水與熱蒸汽的需求日益擴大，因此作為一種可選的儲能方案。其中儲熱與其他裝置相比具有高效，環(huán)保，容量大，而且能量輸出與輸入平穩(wěn)的特點，但考慮到熱量對于用戶的需求，只能持續(xù)運行以保證供熱，因此需要其他的輸出功率快速變化的裝置進行配合，比如電池儲能。

為此，本文分析并總結(jié)了電網(wǎng)儲熱與電池儲能的單獨與聯(lián)合應(yīng)用的現(xiàn)狀。

1 儲熱在電網(wǎng)應(yīng)用的現(xiàn)狀

當前，儲熱負荷主要以儲熱電鍋爐為典型代表。儲熱電鍋爐不僅可以在規(guī)定時段內(nèi)向用戶供熱，而且還可以將多余的熱能儲存到儲熱罐中，以應(yīng)對在極端情況下儲熱電鍋爐功能不足導致的熱能短缺問題。同時，儲熱電鍋爐能夠在電力系統(tǒng)負荷低谷時進行電儲熱，而在電力系統(tǒng)負荷高峰期時選擇退出電網(wǎng)依靠自身的電儲熱進行供熱，通過這一過程可以起到電力系統(tǒng)削峰填谷的作用，使負荷的峰谷差減小，提高了配電網(wǎng)調(diào)度運行的穩(wěn)定性。

應(yīng)用和研究主要集中在利用棄風資源進行供熱來提高經(jīng)濟效益。文獻[1]為有效解決風電發(fā)電過程中存在的棄風現(xiàn)場，提升風電的消納水平，提出了基于儲能與儲熱鍋爐協(xié)調(diào)優(yōu)化的共同調(diào)度模型，并以棄風量最小為目標函數(shù)，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化算例驗證了儲能與儲熱鍋爐協(xié)調(diào)優(yōu)化可以提升風電的消納能力；文獻[2]為實現(xiàn)熱電廠僅配置電鍋爐和配置儲熱裝置方案的對比，以供電供熱煤耗量最小為目標函數(shù)建立儲熱裝置的電熱調(diào)度模型，最后通過算例驗證了熱電廠配置儲熱裝置在解決風電棄風方面所需要的煤耗量要比僅配置電鍋爐所需要的煤耗量低，得出儲熱裝置比電鍋爐裝置的經(jīng)濟性更優(yōu)的結(jié)論。文獻[3]針對蒙西電網(wǎng)風電機組容易產(chǎn)生棄風等問題，提出了基于電儲熱鍋爐的調(diào)峰方案，通過技術(shù)可行性、經(jīng)濟評價、財務(wù)效益以及風電場投資蓄熱成本四個方面開展研究。文獻[4]以連續(xù)直接控制負荷需求響應(yīng)為基礎(chǔ)建立電加熱水算法的儲熱模型，通過電加熱器與風電的協(xié)調(diào)調(diào)度可以實現(xiàn)系統(tǒng)的供需平衡。文獻[5]在考慮風電不確定區(qū)域間的調(diào)峰能力提出了風電不確定區(qū)域的調(diào)峰互濟改進模型，通過算例驗證該模型可以有效的解決風電存在的棄風現(xiàn)象并降低系統(tǒng)的整體運行成本。

2 儲能在電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的進步，單體儲能電池的能量密度、成本、穩(wěn)定性等指標都得到了很好的發(fā)展，鉛酸電池逐漸退出應(yīng)用市場，取而代之的是各種鋰離子電池。

目前有關(guān)電池儲能的應(yīng)用和研究主要集中在網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。當電池儲能用于網(wǎng)側(cè)時，可以通過自身的充放電特性抑制負荷波動，從而緩解配電阻塞；當電池儲能應(yīng)用在用戶側(cè)時，其主要作用是在負荷低谷期進行電能的儲存，減小配電網(wǎng)負荷的低谷點，在負荷需求高峰期進行對系統(tǒng)放電，削減負荷的波峰值，儲能在用戶側(cè)的應(yīng)用可以為配電網(wǎng)系統(tǒng)的削峰填谷提供技術(shù)手段。文獻[6]中用戶可以根據(jù)服務(wù)商提供的實時電價信息決定儲能單元的工作模式：即，在配電網(wǎng)系統(tǒng)電價低時儲能進行電能的存儲，而當電價高時用戶側(cè)的儲能進行電能的釋放，用戶根據(jù)電價實時信息對儲能單元進行控制可以達到系統(tǒng)削峰填谷的目的。文獻[7]提出了基于分時電價政策，用戶儲能通過“低儲高發(fā)”方式套利運行，客觀上也為電網(wǎng)提供了調(diào)峰服務(wù)。文獻[8]提出了基于聯(lián)絡(luò)線功率波動的頻域分析，利用儲能對電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線進行平抑波動。文獻[9]提出了基于經(jīng)濟性的考慮來驗證電池儲能對設(shè)備擴容有優(yōu)勢。文獻[10]針對配電網(wǎng)電壓跌落和頻率偏移等問題，提出了采用分布式儲能進行協(xié)調(diào)控制解決系統(tǒng)配電網(wǎng)電壓跌落和頻率偏移等問題，通過算例驗證該算法可以減小配電網(wǎng)電壓和頻率偏差，改善配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量

3 儲熱與儲能聯(lián)合應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

電池儲能和儲熱技術(shù)的不斷成熟使基于電池儲能和儲熱的多類型聯(lián)合調(diào)度成為可能，開展電池儲能和儲熱的多類型聯(lián)合調(diào)度必將成為電力系統(tǒng)未來研究的重點方向之一。目前，有關(guān)儲熱與儲能聯(lián)合調(diào)度的研究主要集中在改善風電棄風和提升風電并網(wǎng)消納方面的研究，有關(guān)風電、可控負荷、儲能聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)度研究的國內(nèi)外相關(guān)文獻相對較少。文獻[11]基于風電場直接供熱模式開展儲能和儲熱聯(lián)合運行優(yōu)化控制策略研究，文章中提出的優(yōu)化控制策略能夠提升風電的消納能力和經(jīng)濟效益；文獻[12]開展風電場、電池儲能、儲熱的協(xié)調(diào)調(diào)度研究，建立含風電、電池儲能和儲熱的目標函數(shù)和約束條件，基于粒子群算法進行目標函數(shù)的求解，經(jīng)過算例驗證協(xié)調(diào)調(diào)度策略可以提升風電消納能力；考慮電池儲能與儲熱式電鍋爐成本較為昂貴，設(shè)計合理的容量配置是影響風電消納效果與設(shè)備利用效率的關(guān)鍵。文獻[13]開展蓄熱式電鍋爐與儲能系統(tǒng)聯(lián)合儲能的風電協(xié)調(diào)調(diào)度研究，基于聯(lián)合運行系統(tǒng)的最大收益作為目標函數(shù)建立相關(guān)數(shù)學模型，并基于粒子群算法對目標函數(shù)進行求解，通過算例分析驗證了蓄熱式電鍋爐與儲能系統(tǒng)聯(lián)合儲能在提升風電消納能力方面的有效性。

4 結(jié)語

儲能系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)既可以作為負荷接入配電網(wǎng)消耗系統(tǒng)功率也可以作為為配電網(wǎng)系統(tǒng)提供功率需求，大量柔性負荷接入配電網(wǎng)雖然給配電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度和功率帶來了新的挑戰(zhàn)，但是其供需特性可以使柔性負荷即可以作為電源進行配電網(wǎng)的負荷調(diào)整，目前，基于儲能系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)的可調(diào)負荷的研究主要集中在提升風電消納方面，而考慮可調(diào)負荷的配電網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)調(diào)度研究還未展開。開展基于儲能系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)可調(diào)負荷的研究對于而減小配電網(wǎng)負荷峰谷差和實現(xiàn)削峰填谷，從而提升配電網(wǎng)運行的安全可靠性具有重要現(xiàn)實意義。