中國儲能網(wǎng)訊：中國電網(wǎng)側(cè)儲能在典型場景下的應用價值評估
黃碧斌, 胡靜, 蔣莉萍, 李瓊慧, 馮凱輝, 元博
（國網(wǎng)能源研究院有限公司，北京 102209）
摘要：中國高度重視儲能發(fā)展，電網(wǎng)側(cè)儲能是實現(xiàn)儲能規(guī)?；l(fā)展的重要途徑。結(jié)合儲能技術(shù)經(jīng)濟特性和電力系統(tǒng)需求，提出中國電網(wǎng)側(cè)儲能應用的幾點總體認識。電網(wǎng)側(cè)儲能應在能源電力規(guī)劃中統(tǒng)籌考慮，綜合衡量安全效益、經(jīng)濟效益和社會效益，優(yōu)化總量規(guī)模、分區(qū)布局和技術(shù)類型。針對保障安全、保障輸配電功能、降低網(wǎng)損、提高新能源利用水平等典型場景，開展電網(wǎng)側(cè)儲能典型案例的應用價值和經(jīng)濟性研究。研究結(jié)果表明：抽水蓄能作為系統(tǒng)級的調(diào)節(jié)手段，應保持一定規(guī)模；電化學儲能作為一種電網(wǎng)元件，目前成本仍然比較高，仍須通過統(tǒng)籌規(guī)劃，提高應用經(jīng)濟性，未來規(guī)?；l(fā)展需要依賴市場。
引文信息
黃碧斌, 胡靜, 蔣莉萍, 等. 中國電網(wǎng)側(cè)儲能在典型場景下的應用價值評估[J]. 中國電力, 2021, 54(7): 158-165.
HUANG Bibin, HU Jing, JIANG Liping, et al. Application value assessment of grid side energy storage under typical scenarios in china[J]. Electric Power, 2021, 54(7): 158-165.
引言
中國高度重視儲能發(fā)展，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展、能源發(fā)展、可再生能源發(fā)展以及電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃中均提出推動儲能發(fā)展和應用。2017年，國家發(fā)改委等五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，是中國首份針對儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項政策文件，明確將儲能定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將儲能技術(shù)列為能源與制造業(yè)領(lǐng)域重點突破對象。2019年，國家發(fā)改委等四部委聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實<關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見>2019—2020年行動計劃》，細化工作任務?！?020年能源工作指導意見》提出加大儲能發(fā)展力度，制定實施儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
儲能可以在電力系統(tǒng)中發(fā)揮調(diào)壓、調(diào)峰、調(diào)頻等多種價值[1-4]，根據(jù)接入位置通?？煞譃殡娫磦?cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲能[5]。電網(wǎng)側(cè)儲能是指直接接入公用電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)，通常在已建變電站內(nèi)、廢棄變電站內(nèi)或?qū)Ｓ谜局返鹊貐^(qū)建設(shè)，主要承擔事故安全響應、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、解決電網(wǎng)阻塞、增強電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力、延緩電網(wǎng)投資、參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、改善電能質(zhì)量等功能。
目前已有諸多學者開展了電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃研究[1,3-5]，2018年多個電網(wǎng)側(cè)儲能示范項目并網(wǎng)運行，中國電網(wǎng)側(cè)儲能實現(xiàn)快速發(fā)展[6]。但是，2019年第二輪輸配電定價成本監(jiān)審辦法明確電儲能設(shè)施不得計入輸配電定價成本[7-9]，電網(wǎng)側(cè)儲能面臨應用價值難以評估、成本無法收回的問題，發(fā)展出現(xiàn)停滯。在這樣的背景下，有必要客觀評估和盡可能挖掘發(fā)揮電網(wǎng)側(cè)儲能的應用價值，創(chuàng)新拓展商業(yè)模式，提高應用經(jīng)濟性，并依此科學制定政策機制和技術(shù)措施，從而推動電網(wǎng)側(cè)儲能可持續(xù)發(fā)展[10]。
本文首先提出電網(wǎng)側(cè)儲能應用的6點總體認識，在此基礎(chǔ)上，針對保障安全場景、保障輸配電功能場景、降低網(wǎng)損場景、提高新能源利用水平場景，開展電網(wǎng)側(cè)儲能典型場景下的應用價值和經(jīng)濟性研究，研究結(jié)論可為近中期電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃應用和政策機制制定提供決策支撐。
1 對電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃應用的總體認識
（1）從規(guī)劃應用思路來看，儲能可用在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，而且各側(cè)、各主體之間可以進行共享支持，對整個電力系統(tǒng)發(fā)揮作用，因此，需要將電網(wǎng)側(cè)儲能作為一種可選方案，將其納入電力乃至能源規(guī)劃進行統(tǒng)籌。
儲能接入電網(wǎng)可以發(fā)揮多種價值作用，不同類型儲能的時間尺度也不一樣，并且可以與傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)、電源建設(shè)以及新興的源網(wǎng)荷互動系統(tǒng)、調(diào)相機等電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)手段進行協(xié)同優(yōu)化。隨著新能源大規(guī)模發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型持續(xù)深化和儲能技術(shù)不斷成熟，未來儲能將與電力系統(tǒng)深度融合，在規(guī)模和布局上將與系統(tǒng)各類電源和電力流呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢，這就要求從能源電力發(fā)展全局出發(fā)，將電網(wǎng)側(cè)儲能作為一種可選方案，統(tǒng)籌儲能規(guī)劃、建設(shè)及運行，優(yōu)化電力系統(tǒng)整體運行效益，保障系統(tǒng)運行安全與供電可靠[10]。
（2）從規(guī)劃應用目標來看，電網(wǎng)側(cè)儲能的應用應從全社會的安全效益、經(jīng)濟效益、社會效益等角度進行綜合衡量和科學全面評估，提升電力系統(tǒng)發(fā)展的效率效益。
儲能應用打破了電力發(fā)輸供用同時完成的固有屬性，可在電力系統(tǒng)電源、電網(wǎng)、負荷側(cè)承擔不同的角色，能夠應用于平抑發(fā)電及負荷波動、提升發(fā)電機組靈活調(diào)節(jié)能力、為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、備用及需求響應等多種服務，在增強電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力、改善電能質(zhì)量等方面均可發(fā)揮重要作用，具有較好的安全效益和經(jīng)濟效益[11]。此外，儲能應用還將培育壯大電化學儲能上下游企業(yè)，促進可再生能源消納，推進清潔能源轉(zhuǎn)型，具有較大的社會效益。
（3）從規(guī)劃方法來看，電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃應統(tǒng)籌儲能總量規(guī)模和分區(qū)布局的關(guān)系，在總體規(guī)模上滿足調(diào)峰、調(diào)頻，以及事故與正常備用的需要，同時在布局上結(jié)合輸配電網(wǎng)安全可靠和電能質(zhì)量需求，進行靈活布點，支撐堅強局部電網(wǎng)建設(shè)，統(tǒng)一發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)節(jié)效益。
電網(wǎng)側(cè)儲能的規(guī)劃應用，應堅持從確定全局需求到滿足局部需求的思路，確定儲能的總?cè)萘考捌浞植?，再根?jù)儲能發(fā)揮的效益進行綜合評估，從而實現(xiàn)儲能系統(tǒng)綜合效益最大化。
首先是全網(wǎng)整體儲能需求。在全網(wǎng)系統(tǒng)層面，儲能需求實質(zhì)是保障源荷的實時平衡，體現(xiàn)在大規(guī)模新能源接入后電網(wǎng)在正常運行狀態(tài)下的調(diào)峰、調(diào)頻以及特高壓直流閉鎖后的瞬時功率平衡等方面。
然后是局部電網(wǎng)儲能需求。由于網(wǎng)架約束對源荷實時平衡、動態(tài)無功支撐、潮流優(yōu)化、電壓調(diào)整等方面的作用，如部分斷面輸送容量約束等，或者部分地區(qū)新能源和分布式電源的快速發(fā)展，將影響不同地區(qū)對儲能的分布要求。
（4）從電網(wǎng)側(cè)儲能自身來看，不同類型儲能自身具有多種應用價值，又具有相互替代作用，應綜合考慮不同類型儲能的技術(shù)經(jīng)濟和應用特性、不同應用場景的時間尺度特性和需求，進行統(tǒng)籌規(guī)劃。
目前抽水蓄能已實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用，近中期具備大規(guī)模應用潛力的鋰離子電池、鉛碳電池和液流電池等，是現(xiàn)階段開展規(guī)劃應用研究重點考慮的儲能技術(shù)類型，但這些儲能類型特性不同，各種應用場景的需求不同[12]。近中期抽水蓄能經(jīng)濟性更好，規(guī)劃運行管理簡單，但受限于選址。電化學儲能可分散布置，接入電壓等級相對較低，同容量儲能可以發(fā)揮更為有效的作用。
因此，儲能規(guī)劃應突出抽水蓄能壽命長、容量大、經(jīng)濟性好，以及電化學儲能調(diào)節(jié)靈活、可實現(xiàn)毫秒級快速響應等不同類型儲能的技術(shù)優(yōu)勢，充分利用不同類型儲能的功能特點，實現(xiàn)統(tǒng)籌優(yōu)化[13]。此外，還要考慮不同區(qū)域?qū)δ艿男枨蟛煌?，比如風光富集區(qū)、東部負荷中心、南部水電富集區(qū)等區(qū)域的地理位置、負荷等，要分別按應用場景考慮，確定優(yōu)化技術(shù)類型和推薦規(guī)模。
（5）大規(guī)模儲能尤其是鉛碳電池在用戶側(cè)的應用，占地面積較大，一定程度上將影響配電設(shè)施的布局規(guī)劃，電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃需要和變配電設(shè)施進行統(tǒng)籌規(guī)劃布局。
以10 MW/2 h的鋰離子電池儲能為例，安裝于固定廠房內(nèi)，考慮維護通道和安全隔離墻，以及集中式消防設(shè)施，占地約2000 m2，相當于35 kV變電站占地面積。若是鉛碳電池，要達到同樣儲能效果，需要配置10 MW/4 h，占地面積預計達到8000 m2，超過110 kV變電站占地面積。若采用集裝箱配置方式，10 MW/2 h鋰離子電池儲能系統(tǒng)需要10個45英尺（13.7 m）標準集裝箱，安全間隔最小為3 m，共計占地1000 m2左右。若采用鉛碳電池，則須配置40個45英尺（13.7 m）標準集裝箱，占地約4000 m2。
（6）電網(wǎng)側(cè)儲能大規(guī)模接入會給電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)，進行電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃應用時也需要考慮這一點。
負荷側(cè)儲能設(shè)施充放電在時間上有一定的隨機性，規(guī)?；尤牒?，將改變傳統(tǒng)負荷曲線，增加負荷預測難度，給電網(wǎng)規(guī)劃帶來一定挑戰(zhàn)。儲能設(shè)施采用電力電子裝置并網(wǎng)，實現(xiàn)功率的靈活調(diào)節(jié)，大規(guī)模分散接入可能會產(chǎn)生諧波超標等電能質(zhì)量問題[14]。
2 典型場景下電網(wǎng)側(cè)儲能的應用價值
根據(jù)具體應用情況和對電力系統(tǒng)的價值，電網(wǎng)側(cè)儲能應用場景可細分為5類：（1）保障故障或異常運行下的系統(tǒng)安全，（2）保障輸配電功能，（3）提供調(diào)頻等輔助服務，（4）移峰填谷，（5）提高新能源利用水平，如表1所示。
表1 電網(wǎng)側(cè)儲能在電力系統(tǒng)中的典型應用場景
Table 1 Typical application scenarios of grid-side energy storage in power system
值得強調(diào)的是，通過在配電網(wǎng)內(nèi)建設(shè)電網(wǎng)側(cè)儲能，直接接入公用電網(wǎng)，作為電網(wǎng)改造投資的替代方案，進行電壓調(diào)整控制，保障分布式光伏接入后的電壓要求，應屬于保障輸配電功能的一種形式。此外，儲能直接接入公用電網(wǎng)，而非新能源場站內(nèi)，可以同時對多個新能源項目利用率的提高發(fā)揮作用，也同樣屬于電網(wǎng)側(cè)儲能項目，譬如國家能源局批復的甘肅儲能試點項目。
2.1 保障安全場景下的電網(wǎng)側(cè)儲能應用價值
2.1.1 應用價值分析
隨著特高壓電網(wǎng)和新能源的快速發(fā)展，電網(wǎng)運行特性發(fā)生較大變化，電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不斷下降，電網(wǎng)安全運行面臨重大挑戰(zhàn)。電網(wǎng)側(cè)儲能可以有效提高電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，降低故障發(fā)生后的電網(wǎng)運行事故風險。在有功功率調(diào)節(jié)方面，能夠提高直流故障后安全穩(wěn)定水平和直流輸送能力，替代一定規(guī)?？芍袛嘭摵?，參與一次調(diào)頻。在無功功率支撐方面，可通過逆變器實現(xiàn)動態(tài)無功調(diào)節(jié)，減少電網(wǎng)無功設(shè)備投資。
與調(diào)相機等其他調(diào)節(jié)手段相比，儲能可以實現(xiàn)多時段、多功能復用，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的效益最大化。一方面，從設(shè)備本身的技術(shù)特性來看，儲能可實現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻與調(diào)峰的功能解耦復用，調(diào)壓對儲能的剩余電量（SOC）沒有要求，僅受限于逆變器的控制響應速度，調(diào)頻對SOC僅要求不能過低，而調(diào)峰對SOC的電量要求較高；另一方面，從電力系統(tǒng)需求來看，系統(tǒng)在調(diào)峰、調(diào)壓和調(diào)頻方面對儲能的需求時間段不同，儲能可在不同時段實現(xiàn)功能復用。
2.1.2 實際案例分析
近年來，特高壓直流技術(shù)的快速發(fā)展在提高電網(wǎng)大范圍資源優(yōu)化配置能力的同時，也給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了新的挑戰(zhàn)。直流閉鎖后造成大容量功率沖擊，易引發(fā)頻率越限甚至穩(wěn)定破壞，同時，負荷低谷階段大量常規(guī)機組關(guān)停，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量水平降低，頻率調(diào)節(jié)能力下降，因此系統(tǒng)頻率安全形勢非常嚴峻[15]。
以錦蘇直流故障對江蘇電網(wǎng)頻率的影響和天中直流故障對河南電網(wǎng)頻率的影響作為案例進行分析，研究電網(wǎng)側(cè)儲能保障電網(wǎng)安全的應用價值。
（1）江蘇電網(wǎng)案例基本情況。
2015年“9·19”錦蘇直流雙極閉鎖，華東電網(wǎng)損失功率490萬kW，最低頻率跌至49.56 Hz，特高壓直流受端電網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題受到廣泛關(guān)注。以2015年“9·19”事故江蘇電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對錦蘇直流發(fā)生雙極和單極閉鎖情況下儲能裝置改善電網(wǎng)頻率的效果進行計算分析。
將故障后儲能系統(tǒng)總輸出功率分別設(shè)置為500萬、300萬、100萬kW。儲能采用分布式布置，分散安裝到蘇南地區(qū)的10個安裝點，各安裝點最大儲能容量均為50萬kW。雙極閉鎖后，儲能分別以500萬、300萬、100萬kW投入。
（2）河南電網(wǎng)案例基本情況。
以河南電網(wǎng)實際算例模擬天中直流發(fā)生雙極或單極閉鎖，觀察儲能系統(tǒng)在系統(tǒng)穩(wěn)定過程中的效果，并對儲能裝置改善電網(wǎng)頻率及聯(lián)絡(luò)線功率波動進行仿真計算。電網(wǎng)基礎(chǔ)運行方式選擇為2016年冬季特高壓南送方式，河南總負荷5405萬kW，總開機4626萬kW。長南線南送500萬kW，鄂豫斷面南送500萬kW，天中直流運行800萬kW。
仿真計算中對儲能系統(tǒng)采用分布式布置，分布在河南電網(wǎng)500 kV變電站220 kV側(cè)（豫北：洹安、塔鋪、獲嘉、倉頡、博愛；豫中：瀛洲、官渡、鄭州、惠濟、嵩山、菊城、祥符、莊周；豫南：香山、白河、花都）。各安裝點最大儲能容量均為50萬kW。為研究雙極閉鎖條件下系統(tǒng)穩(wěn)定性對儲能裝置總?cè)萘康男枨?，仿真中將故障后分布式儲能系統(tǒng)總輸出功率分別設(shè)置為800萬、700萬、670萬、660萬、650萬kW。
（3）案例仿真結(jié)果分析。
一是已有案例中，為保證特高壓直流閉鎖后頻率仍在安全要求范圍內(nèi)，僅靠配置儲能，容量需求較大。江蘇電網(wǎng)案例結(jié)果顯示，在不采用調(diào)相機、江蘇電網(wǎng)源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)的情況下，需要投入儲能110萬kW，才能確保頻率在49.8 Hz以上。直流滿發(fā)情況下，若不配置儲能或采取其他控制措施，江蘇電網(wǎng)將頻率失穩(wěn)。為確保電網(wǎng)頻率在49.8 Hz以上，須安裝儲能總?cè)萘繛?40萬kW。河南電網(wǎng)案例結(jié)果顯示，將長南線與天中直流的輸送極限由530萬kW提升至1300萬kW時，當發(fā)生天中直流單極閉鎖，為維持系統(tǒng)頻率與電壓穩(wěn)定，在不采用調(diào)相機的情況下，需要儲能系統(tǒng)提供的功率支撐為260萬kW；當發(fā)生天中直流雙極閉鎖，則需要儲能系統(tǒng)提供的功率支撐為670萬kW。
二是保障電網(wǎng)安全場景下對電網(wǎng)側(cè)儲能響應時間要求較高，在秒級左右，響應時間越慢，對儲能容量要求越高。儲能在2 s范圍內(nèi)頻率支撐效果較好，隨著響應時間變長，儲能的支撐效果逐漸變?nèi)?，所需儲能投入容量顯著增長。若儲能響應時間超過5 s，則不能保障雙極閉鎖故障時頻率在49.8 Hz以上。
三是保障電網(wǎng)安全場景下電網(wǎng)側(cè)儲能選址定容情況對作用發(fā)揮程度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要取決于電網(wǎng)內(nèi)部相關(guān)斷面的約束。江蘇電網(wǎng)案例顯示，由于江蘇電網(wǎng)網(wǎng)架較強，儲能安裝地點和配置比例對電網(wǎng)頻率控制效果影響不大。河南電網(wǎng)案例顯示，在天中直流受電800萬kW情況下，河南電網(wǎng)各斷面潮流基本以鄭州為中心，向電力缺額較大的豫南、豫東電網(wǎng)輸送；天中直流閉鎖后，省網(wǎng)電力缺額主要通過南陽特高壓及鄂豫四回補充，省網(wǎng)潮流發(fā)生逆轉(zhuǎn)。河南電網(wǎng)儲能作為天中直流閉鎖事故備用，應考慮故障后相關(guān)斷面（豫中—豫南斷面、豫北—豫中斷面、豫西送出斷面）輸電能力。因此，河南電網(wǎng)側(cè)儲能宜配置于電力缺額較大的豫南、豫東電網(wǎng)，以及中州換流站所在的鄭州電網(wǎng)，對于電源相對充足的豫西、豫北電網(wǎng)則減小配置容量，從而使故障后潮流避開相關(guān)斷面輸電瓶頸限制。
四是電網(wǎng)側(cè)儲能對于保障故障后電網(wǎng)安全的作用明顯，典型方式下增加直流輸電能力的價值可以量化，但安全價值難以量化，儲能運行時以備用為主，充放電小時數(shù)低，為保證支持能力，難以從其他盈利模式獲益保證經(jīng)濟性。
2.2 保障輸配電功能場景的電網(wǎng)側(cè)儲能應用價值
電網(wǎng)側(cè)儲能作為電網(wǎng)的一種元件，和線路、變壓器等常規(guī)電網(wǎng)設(shè)備進行替換，實現(xiàn)保障供電可靠性、保障電能質(zhì)量等作用。本文以保障分布式光伏接入后的供電可靠性和質(zhì)量作為典型案例開展研究，屬于保障輸配電功能場景。
2.2.1 應用價值分析
分布式光伏接入引起電流過載和電壓越限問題，降低供電可靠性和供電質(zhì)量。支撐大規(guī)模分布式光伏接入的技術(shù)措施可分為電網(wǎng)側(cè)、電源用戶側(cè)、源網(wǎng)荷互動等三類，其中，電網(wǎng)側(cè)措施包括電網(wǎng)改造、有載調(diào)壓、高級電壓控制、靜態(tài)無功控制、電網(wǎng)側(cè)儲能等[16-18]。電網(wǎng)側(cè)儲能在分布式電源大量接入引起配電網(wǎng)短時局部電壓過高時進行充電，等效增加電網(wǎng)負荷，降低電壓，從而可以避免出現(xiàn)電壓越限情況。
各種技術(shù)措施的成本不同，不同情景下的最優(yōu)技術(shù)措施組合不完全相同，因此需要對電網(wǎng)改造、限電和儲能等措施進行優(yōu)化。儲能系統(tǒng)具備有功功率的雙向調(diào)節(jié)和無功功率的四象限調(diào)節(jié)能力，可以作為電網(wǎng)改造的替代技術(shù)措施，有效緩解分布式光伏接入后的節(jié)點電壓升高和設(shè)備過載問題。
2.2.2 實際案例分析
（1）案例基本情況。
選擇河北某村低壓配電網(wǎng)為案例，該村共有4臺公用配變，主變?nèi)萘繛椋?×100+200）kV·A；共有160余戶居民和217個戶表，其中單相居民用戶180個，三相動力用戶37個；分布式光伏接入滲透率比較高，已超過100%。
本文采用配電系統(tǒng)分析和優(yōu)化軟件（簡稱DSAP）進行計算，該軟件支持分布式電源、儲能等多種模型，可對分布式電源和配電網(wǎng)進行優(yōu)化，得到適應大規(guī)模分布式電源接入配電網(wǎng)的最優(yōu)技術(shù)措施組合[4]。
根據(jù)計算，如果不進行電網(wǎng)改造但允許限電，全年8760 h中有764 h存在限電，時段占比為8.7%；限電量占比為10.04%。不同限電比例的概率如圖1所示。
圖1 不同限電比例的概率
Fig.1 Probability of different electricity curtailment proportions
（2）案例分析結(jié)果。
電網(wǎng)改造和安裝儲能都是電網(wǎng)提高分布式光伏接納能力的備選技術(shù)措施，具體方案需要以總成本最小為目標優(yōu)化確定。本文利用DSAP軟件，考慮電網(wǎng)改造和安裝儲能兩種設(shè)施，不允許限電，開展案例研究。
案例結(jié)果如表2所示，可得到如下結(jié)論。
表2 提升分布式電源接納能力的技術(shù)措施案例分析
Table 2 Case analysis of technical measures to improve the allowable capacity of distributed generation
（1）儲能可以有效減少電網(wǎng)改造成本，但在實際應用中需要對儲能位置、容量以及電網(wǎng)改造策略進行協(xié)同優(yōu)化。
（2）從經(jīng)濟性上考慮，在儲能選擇時應偏向小容量、短時間。儲能如果要具有經(jīng)濟性，則單位千瓦時的儲能每年吸收限電電量不少于410 kW·h，折合每天至少吸收限電電量1 kW·h。這就要求儲能容量選擇應偏小，提高儲能利用次數(shù)。
（3）保障輸配電功能場景的儲能若僅靠充放電價差，無法收回成本，因此，作為減少電網(wǎng)總體投資、提高電網(wǎng)供電能力、保障電網(wǎng)運行安全的有效手段，電網(wǎng)側(cè)儲能應與其他電網(wǎng)元件一同納入電網(wǎng)規(guī)劃進行考慮，確保成本能夠回收[19-23]。
2.3 降低網(wǎng)損場景的電網(wǎng)側(cè)儲能應用價值
儲能容量在合理范圍內(nèi)時，網(wǎng)損減少量大于其導致的網(wǎng)損增加量。由于峰負荷時的電價高，相應時段的網(wǎng)損成本更高，儲能系統(tǒng)在降低網(wǎng)損成本方面可以發(fā)揮重要作用。選擇單回10 kV輸電線路、末端負荷供電（最大負荷為8 MW，最小負荷為2 MW）作為案例，選擇典型日進行穩(wěn)態(tài)潮流計算，研究儲能系統(tǒng)對配電線路輸電損耗的影響。案例結(jié)果如表3所示，安裝1 MW·h儲能后，降低網(wǎng)損率約1%。儲能降低網(wǎng)損作用的發(fā)揮程度有賴于接入位置和容量的優(yōu)化，當儲能容量較小時，接入位置相對比較隨意，均能夠降低配電網(wǎng)網(wǎng)損；當儲能容量較大時，應盡量將其接在母線附近，有利于最大限度發(fā)揮降低網(wǎng)損作用，而且隨著容量的進一步增大，網(wǎng)損減少的程度趨于飽和，并可能增大網(wǎng)損，網(wǎng)損和儲能容量的關(guān)系呈現(xiàn)倒U形關(guān)系。
表3 線路損耗仿真計算結(jié)果
Table 3 Simulation results of line loss
根據(jù)線路損耗計算結(jié)果，按照當前儲能的投資成本進行計算，全壽命周期內(nèi)所產(chǎn)生的降損效益約為投資成本的28%，這難以支撐儲能實現(xiàn)盈利。從未來趨勢來看，儲能可以在不同時段提供不同服務，通過多種價值回收成本，降低網(wǎng)損可以作為其中一種。
2.4 提高新能源利用水平場景的電網(wǎng)側(cè)儲能應用價值
（1）受容量配置規(guī)模限制，連續(xù)無風天氣可能限制儲能發(fā)揮作用。
一般儲能滿功率連續(xù)充放電時間為1~8 h，可有效應對新能源日內(nèi)波動，但若出現(xiàn)長時間無風/大風等極端天氣，儲能發(fā)揮作用可能受到較大限制。
單一省份看，極端無風天氣最大持續(xù)時間達6天，頻次最高達3次/年，影響儲能發(fā)揮容量效應，若無其他備用電源可能致系統(tǒng)缺電；若聯(lián)網(wǎng)平衡規(guī)模擴大，空間互補效應將減輕極端天氣影響，統(tǒng)計范圍擴大至整個西北電網(wǎng)時，極端無風天氣最大持續(xù)時間和頻次下降至3天和1次/年。
（2）從經(jīng)濟性和新能源消納作用看，儲能與新能源規(guī)模上存在合理配比。
為確?！赌茉瓷a(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016—2030）》提出的2030年和2050年非化石能源消費占比目標實現(xiàn)，以國家規(guī)劃的水電、核電和生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模為邊界條件測算，2035年新能源發(fā)電量要達到1.5萬億kW·h以上，相應風電和太陽能裝機規(guī)模預計將達到7億kW和6.7億kW。在將儲能作為主要調(diào)峰手段下，2035年儲能與新能源裝機規(guī)模比例約15%，其中非抽蓄儲能規(guī)模超過1億kW，抽蓄儲能規(guī)模為9 000萬~14 000萬kW。若要維持系統(tǒng)棄能率為基準情景的7.9%不變，增加新能源裝機規(guī)模同時，則儲能規(guī)模應同步增長，比例逐步提高，最終趨近于20%。在不同區(qū)域這一比例會有一定差異。
（3）優(yōu)先采用推進火電靈活性改造和抽水蓄能方式提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，適當有序發(fā)展非抽水蓄能作為補充。
傳統(tǒng)電力規(guī)劃主要重視電力電量平衡，對系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力關(guān)注較少。隨著新能源大規(guī)模發(fā)展，靈活調(diào)節(jié)能力提升將成為電力規(guī)劃和運行的重要內(nèi)容。中國煤電基數(shù)大，改造成本低，可釋放靈活調(diào)節(jié)潛力巨大，應優(yōu)先推動火電靈活性改造；其次要加快發(fā)展抽水蓄能，預計2035年前抽水蓄能的競爭力仍強于其他儲能方式，系統(tǒng)級儲能應優(yōu)先發(fā)展抽水蓄能；最后應考慮市場因素適當并有序發(fā)展非抽蓄儲能，滿足多種應用場景需求[24-25]。
3 結(jié)論
儲能對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、綠色、高效運行可發(fā)揮重要作用，隨著儲能技術(shù)進步和成本下降，電網(wǎng)側(cè)儲能受到廣泛關(guān)注，成為“十四五”能源電力規(guī)劃需要考慮的重點內(nèi)容。
本文分析了電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)劃應用的總體認識以及典型場景案例，得出結(jié)論如下。
（1）作為系統(tǒng)級的調(diào)節(jié)手段，抽水蓄能應保持一定規(guī)模，國家應給予支持。
（2）電網(wǎng)需要電化學儲能，但并不是“剛需”，有多種備選措施。電化學儲能目前成本仍然比較高，應作為“特種部隊”，而非“常規(guī)部隊”。
（3）儲能規(guī)劃需要統(tǒng)籌，仍須深化研究和應用實踐。
（4）電化學儲能具備分布式和快速響應等特性，科學的支持政策或市場機制應能充分激發(fā)這些特性。
（5）電化學儲能有較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和應用前景，初期有必要示范試點支持，規(guī)?；l(fā)展階段重點要依靠市場。
