為應(yīng)對省級電網(wǎng)清潔能源迅猛發(fā)展、電網(wǎng)峰谷差進一步加大、電網(wǎng)調(diào)峰能力和運行控制難度偏大的問題，提升特高壓直流的輸送能力和電網(wǎng)安全供電保障能力；同時，為解決地區(qū)電網(wǎng)負荷峰谷差大、尖峰負荷持續(xù)時間短、負荷波動速率大、供電能力嚴重不足等問題，緩解電網(wǎng)迎峰度夏、度冬供電壓力，結(jié)合電池儲能電站（簡稱“儲能電站”）建設(shè)周期短、布點靈活的特點，國網(wǎng)湖南省電力有限公司在地區(qū)電網(wǎng)開展了儲能電站示范工程的建設(shè)與應(yīng)用，探索儲能電站的投資規(guī)劃、運行維護、調(diào)度管理、分析評價等各個方面。
長沙儲能示范工程規(guī)模60兆瓦/120兆瓦時（10千伏電壓等級接入），分別位于220千伏榔梨、延農(nóng)、芙蓉變電站，分別于2019年5月26日、6月5日、6月14日投入運行。
目前針對儲能電站的研究已經(jīng)日趨成熟，但是儲能電站的運行經(jīng)驗還有待完善，為了填補儲能電站實際運行方面的空白，為電網(wǎng)管理、儲能設(shè)備制造和投資決策提供參考依據(jù)，筆者結(jié)合湖南電網(wǎng)及儲能電站一期示范工程實際情況，研究并提出儲能電站運行方案，該方案已經(jīng)應(yīng)用于湖南電網(wǎng)儲能電站示范工程。實際結(jié)果表明，該方案能夠充分反映儲能電站運行情況，實現(xiàn)對儲能設(shè)備的調(diào)控運行，同時對湖南電網(wǎng)儲能電站的商業(yè)模式進行了探索，全面提高了湖南電網(wǎng)儲能電站運行管理水平，可為其他地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)儲能電站提供經(jīng)驗和參考。
儲能電站運行模式
儲能電站控制模式設(shè)計
儲能電站運行控制遵循省調(diào)調(diào)度有功、地調(diào)調(diào)度無功，優(yōu)先保障有功的原則，主要考慮以下幾種控制模式：
日前調(diào)度計劃控制模式。省、地調(diào)根據(jù)負荷預(yù)測情況及清潔能源消納要求，考慮電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻及安全約束，經(jīng)過校核后制定充放電計劃，既保障電池性能和使用壽命，又充分發(fā)揮儲能電站頂峰能力。
AGC控制模式。根據(jù)湖南電網(wǎng)負荷水平特點，將儲能電站納入AGC調(diào)節(jié)范疇，通過省調(diào)AGC主站下發(fā)調(diào)節(jié)指令，由PCS自動實現(xiàn)該指令，實時動態(tài)調(diào)節(jié)儲能電站有功功率，充分發(fā)揮儲能電站調(diào)節(jié)快速的優(yōu)勢，參與大電網(wǎng)實時調(diào)控。
儲能電站無功控制模式。將儲能電站納入地調(diào)自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)控，合理設(shè)置儲能電站電壓調(diào)控優(yōu)先級，實現(xiàn)儲能與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)手段的協(xié)同控制。
儲能電站輔助電網(wǎng)緊急控制模式。將儲能電站納入精準(zhǔn)切負荷系統(tǒng)，在緊急情況下，以最高優(yōu)先級直接控制儲能電站PCS，充分發(fā)揮儲能電站啟動時間短、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點。
儲能電站充放電模式
根據(jù)儲能電站運行情況及電網(wǎng)實際需求，重點從削峰填谷、促進清潔能源消納兩個方面進行研究，制定了中長期、短期充放電方案，“一充一放”結(jié)合“兩充兩放”模式，探求最大經(jīng)濟效益。自投運至2020年4月2日，三座儲能電站（芙蓉、榔梨、延農(nóng)）采取“一充一放”的計劃出力模式，通過開展運行安全分析及經(jīng)濟效益評估，在4月3日后調(diào)整為“兩充兩放”。自投運至2019年10月27日，荷電狀態(tài)（SOC）上下限范圍設(shè)為20%～80%，之后調(diào)整至10%～90%。截至2020年6月，儲能電站累計充電量5218萬千瓦時，放電量4143萬千瓦時。
2019年度夏期間，執(zhí)行的是“一充一放”運行策略，充電時間段為00:00～08:00，充電時間約8小時；榔梨、延農(nóng)儲能電站放電時間段為20:30～22:00，放電時間約1.5小時；芙蓉儲能電站放電時間段為12:00～13:30，放電時間約1.5小時。榔梨、延農(nóng)、芙蓉儲能電站的整體綜合運行效率均在80%左右。
目前執(zhí)行的是“兩充兩放”運行策略，針對風(fēng)力發(fā)電的反調(diào)峰特性和光伏發(fā)電午間出力最大的特點，儲能電站充電時段分別為03:30～05:30和13:30～16:30；放電時段為電網(wǎng)高峰負荷時段，分別為10:00～12:00和18:00～21:00；每天放電量約為16萬千瓦時，充電量約為21.3萬千瓦時；榔梨、延農(nóng)、芙蓉儲能電站的整體綜合運行效率均在85%左右?！皟沙鋬煞拧蹦Ｊ骄C合運行效率更高，能夠充分地消納湖南省內(nèi)清潔能源，配合長沙地區(qū)負荷早晚高峰的頂峰作用更為明顯。
儲能電站商業(yè)模式
示范工程由國網(wǎng)湖南綜合能源服務(wù)有限公司投資運營，采取與屬地化電力供電公司（長沙供電公司）簽訂電費結(jié)算協(xié)議方式，按照“電量電費+備用容量費”兩部制電價方式進行經(jīng)營結(jié)算，同期正開展“新能源配套儲能租賃服務(wù)+電力輔助服務(wù)市場”多元化商業(yè)模式，推廣儲能增值服務(wù)。
電費營業(yè)收入
采取“電量電費+備用容量費”兩部制電價方式進行結(jié)算，長沙供電公司向綜合能源公司支付儲能電站電費。湖南省綜合能源公司年電費營業(yè)收入約3120萬元，年備用容量費約為1320萬元；電量電費按照儲能電站發(fā)電量核算，年發(fā)電量不低于4000萬千瓦時，每年電費營業(yè)收入約1800萬元。
新能源配套儲能租賃服務(wù)營業(yè)收入
“新能源配套儲能租賃服務(wù)”是指電網(wǎng)公司將儲能電站租賃給風(fēng)電、光伏等新能源企業(yè)，開展風(fēng)電、光伏并網(wǎng)配套儲能租賃業(yè)務(wù)，儲能電站6萬千瓦裝機容量，每年實現(xiàn)1600余萬元營業(yè)收入。
電力輔助服務(wù)市場補貼營業(yè)收入
“電力輔助服務(wù)市場”是指儲能電站參與湖南省內(nèi)電力輔助服務(wù)市場交易，獲取相關(guān)輔助服務(wù)補貼，根據(jù)省內(nèi)輔助服務(wù)市場需求與規(guī)模，依據(jù)調(diào)度測算準(zhǔn)則，每年實現(xiàn)600萬元營業(yè)收入。隨著電力市場的快速發(fā)展，據(jù)《湖南省電力輔助服務(wù)市場模擬運行規(guī)則》的規(guī)定，儲能電站可增加輔助服務(wù)品種：深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰、緊急短時調(diào)峰。
儲能電站應(yīng)用效果
儲能電站可以日常參與電網(wǎng)調(diào)峰，滿足長沙地區(qū)“午高峰+晚高峰”電力供應(yīng)需求，有效降低峰谷差，優(yōu)化負荷特性；新能源與負荷出力不匹配時段，存儲電量，促進新能源消納；同時儲能電站具備毫秒級響應(yīng)調(diào)度指令能力，能夠參與電網(wǎng)調(diào)頻和調(diào)壓；緊急狀況下，能夠提供快速功率支撐，提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性；納入源網(wǎng)荷儲統(tǒng)一管理，與精準(zhǔn)切負荷系統(tǒng)配合，實現(xiàn)儲能電站源荷快速轉(zhuǎn)換，增加電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度，提升祁韶直流輸送容量。
在提升電網(wǎng)供電充裕性方面，2019年7月10日至8月30日迎峰度夏期間，儲能電站在負荷高峰時段頂峰，有效緩解了湖南省網(wǎng)斷面的負荷壓力；2019年12月19日，三座儲能電站實現(xiàn)跨省調(diào)用，在低谷時段對河南進行調(diào)峰支援，調(diào)峰電力2.6萬千瓦，持續(xù)時間2個小時；2020年6月14～18日某500千伏變電站3號主變停電期間導(dǎo)致該主變下網(wǎng)超穩(wěn)定控制，通過提前調(diào)整延農(nóng)儲能電站出力，在一定程度上緩解了其所在省網(wǎng)斷面潮流及500千伏變電站供電區(qū)下網(wǎng)負荷（見圖）。
在提升電網(wǎng)供電穩(wěn)定性方面，儲能電站在輔助電網(wǎng)緊急控制方面發(fā)揮了重要作用。2020年5月6日，儲能電站完成配合精切傳動試驗，祁韶直流功率從80萬千瓦降為0后，芙蓉儲能電站精切動作后立即從滿功率充電轉(zhuǎn)為滿功率放電，實現(xiàn)功率支撐5.2萬千瓦。
在促進清潔能源消納方面，截至2020年8月9日，累計在低谷負荷時段消納湖南省新能源電量6055.76萬千瓦時，同時在尖峰時期提高了分散分布式清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的消納能力，促進了可再生能源消納。不考慮配置儲能時，預(yù)計2020年全省豐水年/平水年清潔能源棄電量為26.7億/18.9億千瓦時。根據(jù)消納能力測算，每配置1千瓦時儲能裝置能為系統(tǒng)每年減少400千瓦時的新能源棄電量，120兆瓦時的儲能電站2020年可降低全省清潔能源棄電量0.48億千瓦時。
在降低碳排放方面，儲能系統(tǒng)在火電機組出力低谷期間充電，可以增加低谷期機組出力，降低火電機組調(diào)峰深度，有效降低機組單位電量煤耗。示范工程每年可有效減少二氧化碳排放1.6萬噸，減少二氧化硫排放480噸，有效促進了節(jié)能減排。
湖南儲能電站能夠通過中長期“一充一放”、“兩充兩放”的充放電方案實現(xiàn)削峰填谷，緩解電網(wǎng)重載；針對不同應(yīng)用場景，采用不同的控制策略，能夠發(fā)揮輔助電網(wǎng)緊急調(diào)峰、促進清潔能源消納、提升電網(wǎng)供電可靠性等巨大作用，極大地提高了長沙地區(qū)及湖南電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同時探索儲能電站運行經(jīng)營的商業(yè)模式，積極開發(fā)儲能電站在電力市場中的交易品種，實現(xiàn)儲能電站的盈利，豐富了儲能電站的交易模式。湖南省儲能電站的運行管理方案可以為評判各廠家設(shè)備提供參考，為電網(wǎng)側(cè)儲能探索不同的應(yīng)用場景提供數(shù)據(jù)支撐，為其他地區(qū)建設(shè)管理電網(wǎng)側(cè)儲能電站提供參考。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年08期，作者彭清文、吳東琳、黃際元供職于國網(wǎng)湖南省電力有限公司長沙供電分公司，黃博文供職于國網(wǎng)湖南綜合能源服務(wù)有限公司，徐民供職于國網(wǎng)湖南省電力有限公司
