中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，光伏、風(fēng)電等新能源占比逐漸增加。由于新能源發(fā)電波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性等特性，需要配備儲(chǔ)能的應(yīng)用才能更好地實(shí)現(xiàn)消納和平滑波動(dòng)，儲(chǔ)能逐漸成為推進(jìn)能源體系低碳轉(zhuǎn)型的重要著力點(diǎn)。
近日，2022年度中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)結(jié)果揭曉，國(guó)網(wǎng)浙江電力牽頭完成的“面向多功能復(fù)用的儲(chǔ)能電站優(yōu)化配置與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”斬獲一等獎(jiǎng)，項(xiàng)目聚焦的正是儲(chǔ)能電站多功能復(fù)用問(wèn)題。
看到這，對(duì)儲(chǔ)能有了解的你，可能會(huì)有這樣的疑問(wèn)，儲(chǔ)能電站不就是個(gè)“充電寶”嗎？除了充放電還能有什么多功能？
被“低估”的儲(chǔ)能電站
目前已建成的儲(chǔ)能電站多采用電化學(xué)儲(chǔ)能方式，具有雙向出力，響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，可從源網(wǎng)荷多側(cè)支撐能源清潔高效利用，不僅能夠通過(guò)充、放電響應(yīng)新能源的波動(dòng)，還可以進(jìn)行削峰填谷。
南麂島微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)｜劉廣擴(kuò) 攝
諸多優(yōu)勢(shì)讓儲(chǔ)能電站建設(shè)風(fēng)生水起，但也存在著較大優(yōu)化空間：
目前，較為固定比例的配置會(huì)一定程度影響儲(chǔ)能電站綜合利用率。配置過(guò)低時(shí)，無(wú)法滿足多種功能需求；配置過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能投資成本增加。
運(yùn)行模式單一，當(dāng)前多數(shù)儲(chǔ)能電站僅執(zhí)行傳統(tǒng)的削峰填谷功能，受電價(jià)導(dǎo)向，這些儲(chǔ)能電站多在低谷電價(jià)時(shí)充電，高峰電價(jià)時(shí)放電。據(jù)中電聯(lián)《新能源配儲(chǔ)能運(yùn)行情況調(diào)研報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能電站平均等效利用系數(shù)僅為12.2%。
電池管理較薄弱，當(dāng)前儲(chǔ)能電站的電池多采用串、并聯(lián)方式相連，一旦一個(gè)電池單體發(fā)生故障，將波及儲(chǔ)能電站整體運(yùn)行，可用容量也無(wú)法照常釋放。
助力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)降本增效
為應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中暴露的種種問(wèn)題，自2015年起，國(guó)網(wǎng)浙江電力聯(lián)合高校、多家省內(nèi)外能源重點(diǎn)骨干企業(yè)組成研究團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)7年產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)合攻關(guān)，突破了儲(chǔ)能電站多功能復(fù)用優(yōu)化配置與控制技術(shù)。
通過(guò)多功能精細(xì)控制方法、優(yōu)化配置平臺(tái)等方式，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)、不同場(chǎng)景的需求下，儲(chǔ)能電站多時(shí)間尺度的多種功能復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮儲(chǔ)能電站功率、能量與容量的三重價(jià)值，實(shí)實(shí)在在提高儲(chǔ)能電站整體效能。
項(xiàng)目思路
創(chuàng)新點(diǎn)①｜配置最優(yōu)功率容量，降低儲(chǔ)能投資成本
儲(chǔ)能電站建設(shè)主要分三步走。
“類(lèi)型怎么選”是建設(shè)儲(chǔ)能電站時(shí)需考慮的最基礎(chǔ)問(wèn)題，需要通過(guò)綜合分析儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)需求、負(fù)荷現(xiàn)狀、新能源裝機(jī)等信息，實(shí)現(xiàn)新能源與儲(chǔ)能類(lèi)型的最優(yōu)匹配。
其次是需回答“功能怎么用”的問(wèn)題，需通過(guò)分析負(fù)荷曲線和新能源出力等運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出不同場(chǎng)景下儲(chǔ)能的復(fù)合功能方案和最優(yōu)運(yùn)行方案。
最終要解決“方案怎么配”的問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)全壽命周期測(cè)算，優(yōu)化得到儲(chǔ)能功率容量配置方案，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能配置的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。
儲(chǔ)能最優(yōu)容量配置示意圖
據(jù)此，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出國(guó)內(nèi)首套儲(chǔ)能多功能復(fù)用優(yōu)化配置平臺(tái)，覆蓋源、網(wǎng)、荷三側(cè)15種儲(chǔ)能典型功能配置方案，實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰、鉛炭、液流等10種類(lèi)型儲(chǔ)能的優(yōu)化配置與運(yùn)行優(yōu)化。
研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多功能復(fù)用優(yōu)化配置平臺(tái)開(kāi)發(fā)｜劉廣擴(kuò) 攝
創(chuàng)新點(diǎn)②｜協(xié)調(diào)控制多種功能，挖掘儲(chǔ)能應(yīng)用潛力
儲(chǔ)能電站作為優(yōu)秀的靈活性調(diào)控資源，喚醒其閑置時(shí)段的應(yīng)用潛力尤為重要。研究團(tuán)隊(duì)一方面通過(guò)綜合考慮儲(chǔ)能電站的最大充放電功率、剩余容量、最大持續(xù)時(shí)間等因素，將儲(chǔ)能的功率和容量分配給不同的功能需求，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功率容量的最大化利用。另一方面，從時(shí)域和頻域兩個(gè)維度考量，根據(jù)不同功能需求響應(yīng)時(shí)間（毫秒級(jí)、秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)），確定協(xié)調(diào)控制方法，“見(jiàn)縫插針”式調(diào)動(dòng)儲(chǔ)能利用潛力。
多功能協(xié)調(diào)控制示意圖
創(chuàng)新點(diǎn)③｜精細(xì)管理電池模組，保障儲(chǔ)能容量盡用
要保障儲(chǔ)能電站的多功能復(fù)用能力，除制定整站的控制策略外，還需要精細(xì)化管理電站內(nèi)部的電池模組。研究團(tuán)隊(duì)一手抓充放電管理，一手抓電池單體控制，提升儲(chǔ)能電站內(nèi)電池模組進(jìn)行精細(xì)化管理水平。
對(duì)于充放電管理，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得到最優(yōu)的充放電電流軌跡，有效降低電池模組的溫升能耗，延長(zhǎng)其使用壽命。（《如何優(yōu)化儲(chǔ)能配置促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展》）對(duì)于電池單體控制，研究團(tuán)隊(duì)為每個(gè)電池單體都配備了電力電子可控開(kāi)關(guān)，當(dāng)某一電池單體出現(xiàn)故障時(shí)，可控開(kāi)關(guān)能夠快速隔離故障，保障其他電池模組正常運(yùn)行，不影響儲(chǔ)能電站的充放電容量。
電池單體加裝可控開(kāi)關(guān)示意圖
為儲(chǔ)能電站高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了整套解決方案
2018年2月，“面向多功能復(fù)用的儲(chǔ)能電站優(yōu)化配置與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目成果在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大容量的用戶側(cè)儲(chǔ)能電站——江蘇無(wú)錫星洲工業(yè)園儲(chǔ)能電站中首次整體應(yīng)用。通過(guò)綜合分析星洲工業(yè)園區(qū)電力負(fù)荷情況，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)明確，園區(qū)儲(chǔ)能的主要訴求為提升供電穩(wěn)定性和降低用能成本，據(jù)此選取了長(zhǎng)時(shí)間出力能量型的儲(chǔ)能——鉛炭電池。通過(guò)全壽命周期儲(chǔ)能電站收益測(cè)算，充分考慮儲(chǔ)能壽命衰減，優(yōu)化提出該儲(chǔ)能電站的建設(shè)功率和容量為20兆瓦/160兆瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能規(guī)劃配置最優(yōu)。
此外，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合該園區(qū)負(fù)荷曲線等運(yùn)行數(shù)據(jù)、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策，挖掘儲(chǔ)能出力“增長(zhǎng)點(diǎn)”。最終確定在執(zhí)行傳統(tǒng)削峰填谷功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同時(shí)段電力負(fù)荷特征開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)、需量?jī)?yōu)化、無(wú)功支撐等多功能復(fù)用，最大化利用儲(chǔ)能出力，挖掘應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能組合和運(yùn)行模式的最優(yōu)。經(jīng)兩年的運(yùn)行，該儲(chǔ)能電站的利用率提升9.8%，內(nèi)部收益率提高3.4%。
項(xiàng)目成果應(yīng)用
同時(shí)，項(xiàng)目配套研制的儲(chǔ)能變流器、儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器以及能量管理系統(tǒng)等多功能復(fù)用關(guān)鍵設(shè)備，在湖南、廣東、江蘇等12個(gè)省份的50余個(gè)儲(chǔ)能電站工程中廣泛應(yīng)用，并遠(yuǎn)銷(xiāo)至德國(guó)、英國(guó)、日本等10個(gè)國(guó)家。
