儲能技術(shù)是解決可再生能源發(fā)電波動的有效途徑。風場配置儲能電站能夠?qū)崿F(xiàn)平滑輸出、跟蹤計劃出力、削峰填谷等作用，也能夠進行調(diào)頻、無功補償?shù)容o助服務(wù)，從而實現(xiàn)減少棄風、提高并網(wǎng)質(zhì)量、建設(shè)友好型風場的目的。液流電池具有壽命長、安全性好、輸出功率大、儲能容量大且易于擴展等特點，壽命達到15-20年，同其他儲能技術(shù)比較，與風電場硬件具備最高的匹配度。特別適合用于風場儲能，滿足其頻繁充放電、大容量、長時間儲能需求。
近年來，國內(nèi)外相繼開展了大量風場配置液流電池儲能的示范項目，驗證了儲能技術(shù)本身的可靠性，以及對風場的重要作用；一些研究機構(gòu)對風場配置儲能的設(shè)計和運行模式進行了相關(guān)研究，依據(jù)風場運行特性，對配置的儲能容量設(shè)計和控制方法，運行模式，容量優(yōu)化等進行了一系列的研究，提供了具體的解決方案和思路，為以后風場配置儲能設(shè)計建設(shè)提供參考依據(jù)。但是，從目前儲能的發(fā)展來看，儲能的經(jīng)濟性始終是影響液流電池儲能技術(shù)大規(guī)模應用的關(guān)鍵因素。
本文以西北地區(qū)某風電場實際運行情況為基礎(chǔ)，考察風場配置液流電池儲能的應用模式，收益模式，分析風場配置儲能的經(jīng)濟性，為液流電池儲能的發(fā)展，以及風場配置儲能的模式提供參考依據(jù)。
重點內(nèi)容導讀
選定的風場2018年全年棄風量接近30%，棄風帶來的經(jīng)濟損失約5000多萬元。圖1所示為該風場2018年部分運行數(shù)據(jù)，由圖中可以看出，風場棄風頻次較高，且棄風量波動較大。
圖1. 風場部分運行歷史數(shù)據(jù)
依據(jù)選定風場實際運行數(shù)據(jù)，選定風場在2018年發(fā)生棄風頻次為853次，如圖2中所示，風場棄小于10MWh的棄風量的頻次占總數(shù)的50%以上，達到400余次。這些小規(guī)模的棄風可以通過儲能收集起來，在電網(wǎng)不限電時放出，實現(xiàn)減小棄風的目的，這也是儲能移峰功能的體現(xiàn)。
圖2. 風場棄風量及對應頻次
依據(jù)選定風場實際運行數(shù)據(jù)，模擬風場儲能的跟蹤計劃出力模式，分析儲能電站在跟蹤計劃出力模式中的充放電行為，從圖3中可以看出，儲能容量需求大多數(shù)時間在10MWh以內(nèi)，放電次數(shù)接近3000次。這種運行模式特別適合于全釩液流電池儲能系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮全釩液流電池的壽命長、循環(huán)次數(shù)高、可靠性高的優(yōu)點，而且，配置合適規(guī)模的儲能系統(tǒng)，可以提高儲能利用率，充分發(fā)揮儲能的作用。
圖3. 儲能跟蹤計劃出力模式放電次數(shù)及所需容量
由以上風場儲能運行模式分析可以看出，儲能當前比較適合于風場小規(guī)模移峰和跟蹤計劃出力模式運行。當前模式下，風場配置液流電池儲能收益由兩部分構(gòu)成，減免考核和減少棄風。
考慮到全釩液流電池電解液價值，電解液殘值按原值的70%計算。綜合收益模型中的移峰、跟蹤計劃出力、考核減免收益模式，不同配置的全釩液流電池儲能電站在風場運行收益如圖4。
注：2h為2小時儲能時長，4h為4小時儲能時長；全釩液流電池儲能造價2h時長為以4000 RMB/kWh計算，4h時長以3000 RMB/kWh計算。
圖4. 不同規(guī)模不同時長儲能投資回報率和回收期
由數(shù)據(jù)分析可以看出，在當前運行模式下，液流電池儲能功率在5MW時，儲能容量為2小時（10MWh）時， 儲能具有最優(yōu)的資金回報率和最短的回收期，投資靜態(tài)回收期約7.9年。
結(jié)論
風場配置全釩液流電池儲能系統(tǒng)，能夠很好的實現(xiàn)跟蹤計劃出力，減少棄風，減免“兩個細則”考核，也可以參與輔助服務(wù)，有效的提升風場并網(wǎng)質(zhì)量，且具有較好的投資回報率，經(jīng)濟效益明顯。
在小規(guī)模移峰和跟蹤計劃出力模式下，配置規(guī)模5MW/10MWh的液流電池儲能，是較優(yōu)的配置方案。在上述分析中，僅考慮了電解液的回收，沒有考慮電堆的回收，因此分析結(jié)果顯示功率配置對投資回收期影響不大，實際上，電堆回收主要是關(guān)鍵材料的回收和再利用，工藝簡單，若考慮這部分影響，投資回收期會進一步縮短。若采用電解液租賃模式，投資回收期還會更進一步降低。
未來隨著儲能成本的降低，儲能可以發(fā)揮大規(guī)模移峰、能量管理的作用，可以實現(xiàn)削峰填谷以、收集棄風用于電力現(xiàn)貨市場交易，同時可以同跟蹤計劃出力運行模式結(jié)合，最大程度的提高儲能利用率，使得綜合收益最高。
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