中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
一、儲(chǔ)能典型應(yīng)用場(chǎng)景
儲(chǔ)能技術(shù)已逐漸應(yīng)用于可再生能源平滑并網(wǎng)、峰荷管理、調(diào)頻及電能質(zhì)量改善等場(chǎng)景。按照接入方式歸屬方不同，可分為電源側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能。
1.1電源側(cè)儲(chǔ)能
可再生能源平滑出力與自我消納
光電、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電受外部因素影響大，出力具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，并網(wǎng)規(guī)模過(guò)大時(shí)不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制造成一定的影響。目前主要采用棄光（棄風(fēng)）的方式以達(dá)到維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的，但高比例的棄光（棄風(fēng)）將會(huì)造成能源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)可再生能源滲透率的提升造成限制。利用儲(chǔ)能與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，可有效平滑發(fā)電出力曲線，使隨機(jī)變化的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的功率輸出。儲(chǔ)能技術(shù)使可再生能源變得可控可調(diào)，有利于滿(mǎn)足并網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)要求，促進(jìn)光伏發(fā)電及風(fēng)電可靠安全并網(wǎng)，從而達(dá)到可再生能源自我消納的目的，也可進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。
現(xiàn)有研究成果表明儲(chǔ)能應(yīng)用于平抑波動(dòng)場(chǎng)景時(shí)其配置容量無(wú)需太大，可將研究重點(diǎn)集中于儲(chǔ)能的配置方法，例如文獻(xiàn)[1-4]分別研究了超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、混合儲(chǔ)能的配置方法。文獻(xiàn)[5]中提出一種平抑輸出功率波動(dòng)的風(fēng)光并網(wǎng)聯(lián)合控制策略，但未考慮儲(chǔ)能全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性，未來(lái)也可以將其作為重點(diǎn)研究方向。
調(diào)頻調(diào)峰
火電機(jī)組作為傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)頻的主要方式，調(diào)頻性能及質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，不利于電能質(zhì)量的提高。針對(duì)火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)滯長(zhǎng)的問(wèn)題，在電源側(cè)應(yīng)用儲(chǔ)能進(jìn)行輔助調(diào)頻，通過(guò)改善儲(chǔ)能充放電策略，達(dá)到調(diào)頻效果，改善電網(wǎng)穩(wěn)定性，適用于火電裝機(jī)容量較大的省份。
目前調(diào)頻研究多集中于電池儲(chǔ)能參與調(diào)頻運(yùn)行優(yōu)化策略的研究，通過(guò)發(fā)揮儲(chǔ)能在調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)速率方面的優(yōu)勢(shì)，與火電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化機(jī)組AGC（automatic generation control）綜合調(diào)頻性能指標(biāo)，優(yōu)化電池儲(chǔ)能控制器參數(shù)也是參與調(diào)頻的一種途徑。安裝在電源側(cè)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還具有四象限調(diào)節(jié)能力，可靈活調(diào)整有功功率和無(wú)功功率的輸入輸出，以增強(qiáng)發(fā)電側(cè)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力。儲(chǔ)能在傳統(tǒng)電源和可再生能源中均有調(diào)頻應(yīng)用，文獻(xiàn)[6]針對(duì)傳統(tǒng)電源發(fā)電側(cè)提出一種利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行輔助調(diào)頻的方法，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了此方法對(duì)提升傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組的AGC性能的有效性；在可再生能源發(fā)電側(cè)；文獻(xiàn)[7]以提升在不同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程的整體頻率調(diào)制性能為目的，提出基于限轉(zhuǎn)矩控制的新型慣量控制方法。
儲(chǔ)能裝置不同工況下可扮演不同的角色參與系統(tǒng)調(diào)峰，在負(fù)荷低谷時(shí)吸收電能充電，在高峰時(shí)輸出電能放電。為充分發(fā)揮有限儲(chǔ)能的調(diào)峰作用，還可與常規(guī)手段協(xié)同調(diào)峰，從而減小儲(chǔ)能調(diào)峰的需求容量，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全裕度和經(jīng)濟(jì)效益。
1.2電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能
儲(chǔ)能裝置在電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用主要安裝在輸配電側(cè)，在調(diào)頻調(diào)峰、備用容量、緩解線路阻塞和維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行等領(lǐng)域中發(fā)揮重要價(jià)值。
調(diào)頻調(diào)峰
電網(wǎng)靈活性的提升需同時(shí)提高電網(wǎng)的調(diào)頻和調(diào)峰能力，儲(chǔ)能以其反應(yīng)靈敏的特性在調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用逐步規(guī)模化，可有效改善電網(wǎng)抗干擾能力。通過(guò)電網(wǎng)側(cè)接入的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，參與頻率異常主網(wǎng)的控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的目的。儲(chǔ)能技術(shù)不同，一次調(diào)頻效果也有所差別，超級(jí)電容器是具有較好調(diào)頻效果的常用一次調(diào)頻儲(chǔ)能設(shè)備；而鋰離子電池一般為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組提供一次調(diào)頻服務(wù)，文獻(xiàn)[8-9]基于電池儲(chǔ)能一次調(diào)頻特性的關(guān)鍵影響因素分析，研究了配電側(cè)儲(chǔ)能的調(diào)頻特性。
可再生能源發(fā)電的電源一般主要分布在重負(fù)荷區(qū)，對(duì)本就缺少足夠調(diào)峰電源的電網(wǎng)提出了更大挑戰(zhàn)，迫切需求更強(qiáng)的調(diào)峰能力；而可再生能源接入所導(dǎo)致的滲透率提高，也對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰帶來(lái)了更大的壓力，大大增加了電網(wǎng)調(diào)峰的難度。利用儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)峰，可大幅減小配電容量，節(jié)省電力裝備的建設(shè)投資，并減少增容費(fèi)用。
為滿(mǎn)足調(diào)峰需求，文獻(xiàn)[10]提出了一種基于邊際負(fù)荷值的儲(chǔ)能電站充放電運(yùn)行狀態(tài)控制方案。針對(duì)兩級(jí)式并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，文獻(xiàn)[11]提出了基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓補(bǔ)償?shù)恼{(diào)峰控制策略。在調(diào)峰儲(chǔ)能選型方面，微中型超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)輔助調(diào)峰上均具有較好的應(yīng)用效果。
備用容量、提高傳輸能力
國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究?jī)?chǔ)能應(yīng)用于備用容量場(chǎng)景的文獻(xiàn)較少。文獻(xiàn)[12]提出在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)能可協(xié)同柴油機(jī)、風(fēng)電機(jī)組作為備用容量參與一次調(diào)頻。文獻(xiàn)[13]將儲(chǔ)能作為消納風(fēng)電的重要手段建立了含壓縮空氣儲(chǔ)能電力系統(tǒng)日前-日內(nèi)協(xié)調(diào)調(diào)度模型，在制定壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行計(jì)劃的同時(shí)也制定了最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用容量承擔(dān)方案。
可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)可能引起傳輸線過(guò)載，可將阻塞的電能儲(chǔ)存到儲(chǔ)能設(shè)備，在線路負(fù)荷小于容量時(shí)再釋放電能。儲(chǔ)能技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的電網(wǎng)升級(jí)增建措施，以較小的儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到提高電網(wǎng)的輸配電能力的目的，從而延長(zhǎng)原有設(shè)備的使用壽命，降低電網(wǎng)改造投資成本。
對(duì)于給定系統(tǒng)，可綜合考慮發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能的耦合作用機(jī)制，開(kāi)展發(fā)輸儲(chǔ)協(xié)同擴(kuò)容規(guī)劃或變電站擴(kuò)容和儲(chǔ)能容量配置的協(xié)調(diào)規(guī)劃，從而優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控能力與傳輸能力。
電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行
電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能裝置可通過(guò)支撐母線電壓改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可提供無(wú)功功率支持，參與輸配電線路的電壓調(diào)節(jié)，增強(qiáng)光電、風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力。
電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、沖擊性負(fù)荷波動(dòng)、可再生能源并網(wǎng)等情況時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、閃變的電能質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)協(xié)調(diào)控制可再生電源與儲(chǔ)能裝置，快速排除故障，恢復(fù)供電。儲(chǔ)能對(duì)電網(wǎng)的補(bǔ)償效果更優(yōu)于傳統(tǒng)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止同步補(bǔ)償裝置等補(bǔ)償設(shè)備，還可充當(dāng)備用電源及黑啟動(dòng)電源，為電力系統(tǒng)提供緊急的有功、無(wú)功支撐，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行?？稍偕茉床⒕W(wǎng)可能會(huì)引起電網(wǎng)潮流大小、方向的不確定，電壓暫降將導(dǎo)致電壓在短時(shí)間內(nèi)突然下降，導(dǎo)致電能質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)將造成用電設(shè)備停止工作，可通過(guò)風(fēng)-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)等來(lái)抑制電壓波動(dòng)。
為提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，文獻(xiàn)[14]對(duì)含儲(chǔ)能的配電網(wǎng)進(jìn)行了故障恢復(fù)策略?xún)?yōu)化以提升電網(wǎng)抵抗自然災(zāi)害的能力，含有儲(chǔ)能的黑啟動(dòng)優(yōu)化方案及最佳控制策略、充當(dāng)微網(wǎng)應(yīng)急電源、優(yōu)化恢復(fù)路徑，以及實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)互聯(lián)等也是重要的研究方向。
1.3用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能
用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用主要為需求側(cè)響應(yīng)和峰谷價(jià)差套利。需求響應(yīng)是指利用價(jià)格或其它激勵(lì)機(jī)制使電力用戶(hù)做出響應(yīng)，改變負(fù)荷特性以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)運(yùn)行要求。用戶(hù)在電網(wǎng)負(fù)荷較小時(shí)利用儲(chǔ)能充電，在負(fù)荷較大時(shí)利用儲(chǔ)能進(jìn)行供電，達(dá)到降低電網(wǎng)負(fù)荷的目的，有助于提高用戶(hù)負(fù)荷調(diào)控能力和供電可靠性，具有削峰填谷、需求響應(yīng)和應(yīng)急供電等功能。電網(wǎng)負(fù)荷峰谷電價(jià)相異，在滿(mǎn)足需求側(cè)響應(yīng)的同時(shí)還可達(dá)到價(jià)差套利的目的。
文獻(xiàn)[14]針對(duì)鈉硫電池和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在紐約市場(chǎng)上的應(yīng)用，指出儲(chǔ)能裝置在能源套利應(yīng)用方面具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)前景，并提出可行的套利方案。文獻(xiàn)[15]中建立計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益的數(shù)學(xué)模型，以實(shí)例分析儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。
針對(duì)前述所提到的應(yīng)用場(chǎng)景，可根據(jù)其應(yīng)用功能將其歸納為以下七種典型應(yīng)用場(chǎng)景，不同典型應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能選型及性能要求見(jiàn)表2。
表2 典型應(yīng)用場(chǎng)景儲(chǔ)能類(lèi)型及性能要求
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應(yīng)用場(chǎng)景 |
儲(chǔ)能類(lèi)型 |
性能要求 |
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功率型 |
能量型 |
響應(yīng)時(shí)間 |
容量 |
功率 |
放電時(shí)長(zhǎng) |
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平抑波動(dòng) |
√ |
超短期、短期 |
1s~30min |
|||
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參與調(diào)頻 |
√ |
超短期、短期 |
大 |
15min~2h |
||
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峰荷管理 |
√ |
中長(zhǎng)期 |
大 |
大 |
2h~6h |
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備用容量 |
√ |
短期、中長(zhǎng)期 |
≥15min |
|||
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提高傳輸能力 |
√ |
中長(zhǎng)期 |
大 |
大 |
2h~4h |
|
|
改善電能質(zhì)量 |
√ |
超短期、短期 |
1s~30min |
|||
|
提升運(yùn)行穩(wěn)定性 |
√ |
√ |
超短期、短期 |
大 |
≥15min |
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二、結(jié)論
隨著可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)時(shí)空匹配難度日漸加劇，儲(chǔ)能技術(shù)成為當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的焦點(diǎn)之一。本文在綜述了現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)的同時(shí)，分析了儲(chǔ)能技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景。在儲(chǔ)能技術(shù)多樣化和應(yīng)用場(chǎng)景多元化的今天，有以下幾個(gè)方面需要加以考慮：
（1）亟需構(gòu)建功率型和能量型儲(chǔ)能技術(shù)體系，梳理儲(chǔ)能技術(shù)的功率、能量、壽命、成本等指標(biāo)特性，分析各儲(chǔ)能技術(shù)間、儲(chǔ)能與可再生能源間及其與各典型場(chǎng)景間的互補(bǔ)性和適應(yīng)性，形成完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
（2）在兼顧投資成本約束、場(chǎng)景空間約束和電網(wǎng)運(yùn)行約束的前提下，研究?jī)?chǔ)能的匹配和協(xié)調(diào)方法，從準(zhǔn)入容量、接入位置、接入電壓等級(jí)等多方面考慮接入原則，同時(shí)兼顧分散/集群接入方式、分布式/集中控制策略及功率/信號(hào)的雙向傳輸。
（3）基于經(jīng)濟(jì)性分析，研究包括功率容量成本、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、節(jié)能環(huán)保效益等在內(nèi)的多種性能指標(biāo)，進(jìn)一步分析儲(chǔ)能接入帶來(lái)的建設(shè)-使用-回收全壽命周期成本，結(jié)合儲(chǔ)能的利用價(jià)值從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保方面計(jì)算儲(chǔ)能的收益，確定儲(chǔ)能全壽命周期評(píng)估的效益指標(biāo)及評(píng)估方法。
