中國儲能網訊：電網的最大特點之一就是電源和負荷需要滿足功率的實時平衡。這一特點為電力市場機制的設計、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行以及多種形式的電能應用帶來了極大挑戰(zhàn)。通過大容量、高效的儲能設備實現(xiàn)有效的能量存儲，可以使很多傳統(tǒng)難題迎刃而解，提高電網運行的靈活性和可靠性。主要體現(xiàn)在：消除新能源發(fā)電的波動性，提升吸納新能源并網的能力;降低負荷峰谷差，提升電力設備利用率;提高供電可靠性和改善電能質量;促進微電網的發(fā)展;充當高效的車載電源，促進電動汽車的發(fā)展。
常規(guī)儲能，例如抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的應用較多，而新型儲能系統(tǒng)多為小型、分布式、模塊化，更適合接入配電網和用戶側，目前處于起步階段。從單個儲能設備角度看，可看作獨立的有功/無功四象限靈活調節(jié)的電源或負荷，其需要什么樣的接口或功能可以更加簡單友好地和配電網運行調度銜接，或更好地為配網側的重要負荷和分布式供能提供輔助? 從電網角度看，當配用電側大量接入分布式儲能或分布式電源，尤其對大規(guī)模的儲能進行集群化控制后，從量變到質變，對于電網的規(guī)劃、建設、運維會有什么樣的影響?對于供電可靠性、電能質量、經濟性運行、設備利用率等指標會產生哪些根本性的改變?如何滿足可再生能源大規(guī)模接入、電力系統(tǒng)調峰和分布式供能接入電力系統(tǒng)的需求? 這些都是儲能走向產業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展迫切需要回答的問題。
目前，電池儲能設備造價偏高，性價比較低，有些電池儲能技術成熟度還不高，同時受政策環(huán)境、價格機制、投資回報機制等制約，在電力系統(tǒng)中推廣應用電池儲能技術的條件還未成熟。因此，目前以電池儲能系統(tǒng)的試點應用和接入系統(tǒng)關鍵技術的研究為主攻方向，以試點工程為成果展示平臺，以前瞻性研究為儲能技術可持續(xù)發(fā)展的驅動力，通過自主創(chuàng)新掌握電池儲能系統(tǒng)的核心技術，并推動示范工程的應用和逐步推廣。在試點工程中，積累電池儲能站運行維護經驗，逐步明確電池儲能系統(tǒng)的技術經濟指標和評價標準，培養(yǎng)相關專業(yè)技術人才，研究與掌握大容量電池儲能系統(tǒng)集成控制和接入電網技術，制定電池儲能系統(tǒng)相關技術標準和管理標準，為今后電池儲能技術的大規(guī)模推廣應用奠定基礎。
南方電網儲能技術的實踐
南方電網公司從2010年起，開展大規(guī)模儲能技術的研究和示范，并重點建設了深圳寶清電池儲能站、貴州安順集裝箱式電池儲能站和分布式模塊化儲能車。
深圳寶清電池儲能站是我國建成的首座兆瓦級電池儲能站，目前已投運6兆瓦/18兆瓦時，設計應用的電網功能包括削峰填谷、孤島運行、系統(tǒng)調頻、系統(tǒng)調壓、熱備用、阻尼控制、電能質量治理和間歇式可再生能源并網控制。電池儲能站運行方式可分為手動計劃曲線控制和高級應用優(yōu)化運行控制方式。目前電池儲能站運行方式為計劃曲線方式(兩充兩放模式)。削峰填谷作為儲能電站日常運行的主要功能，孤島運行、系統(tǒng)調頻、系統(tǒng)調壓作為應對緊急情況的輔助功能。其中，系統(tǒng)調頻分為日常運行的AGC功能和緊急情況下的一次調頻，無功支撐分為日常運行的AVC功能和緊急情況下的動態(tài)無功支撐，孤島運行因現(xiàn)場缺乏線路和負荷條件暫不實施。全站綜合效率80%，儲能系統(tǒng)最優(yōu)效率達88%;現(xiàn)場試驗表明儲能站可以降低接入主變負荷峰谷差約10%，可調節(jié)10千伏接入母線頻率±0.015赫茲(0.3%)，電壓±0.2千伏(2%)。2012年3月對電池長期運行的衰減情況進行了測試，運行一年多的電池經過循環(huán)充放電約300次后，電池單體容量衰減約4%，電池模塊容量衰減約8%，符合預期。
貴州安順電池儲能站主要示范了儲能系統(tǒng)在配網末端的應用，以解決饋線供電半徑過長、電壓過低的問題。集裝箱式儲能站容量為70千瓦/140千瓦時，投運后10千伏配變高峰負荷時的負載率由原來的130%下降到現(xiàn)在的60%，用電高峰時段首末端電壓分別提高了9%和21%。用戶側單相電壓則由原來的175伏提高到了216伏，電壓質量大幅提高，配變重載或過載問題得到了有效解決，同時有效降低了配網網損。
通過儲能站的示范應用，我們逐步認識到電池儲能技術的發(fā)展應該走分布式模塊化的道路。移動式儲能車具有占地面積小、存儲容量靈活可調、模塊化集成度高、可即插即用、易于移動、不受地理環(huán)境制約、能靈活選擇安裝地點等特點，具有廣闊的應用前景。第一，在大、配電網中可發(fā)揮儲能系統(tǒng)的八大高級應用功能，包括：削峰填谷、系統(tǒng)調頻、事故備用、無功支持、新能源配合、孤網運行、黑啟動及電能質量治理。第二，在土地資源較為稀缺的科技園區(qū)、城市配網以及邊遠山區(qū)、海島等微網系統(tǒng)，可將儲能車布置在電網末端用電環(huán)境比較惡劣的地點，發(fā)揮占地面積小和安裝快捷簡便的優(yōu)點。第三，可以作為移動式應急電源，用于電力搶險、野外作業(yè)、搶險救災、突發(fā)事件處理、臨時接電等情形，模塊化的設計使其便于移動，且與市電或待供負荷可插拔式連接，支持多臺機組自動協(xié)調并列運行，以滿足負荷需求。第四，電動汽車用的電池和現(xiàn)有電池儲能站所用電池是同一技術，電動汽車電池不僅可以在汽車中發(fā)揮作用，更可以作為分布式儲能站充分發(fā)揮儲能在電網中的作用，在不增加成本的同時，達到資源的最大利用。
儲能在配電網中的應用模式及技術經濟分析
電池儲能有三大要求。一是安全性：電網應用的儲能理論上比電動汽車應用更加安全，但仍然需要昂貴配套設備保證其安全使用范圍和性能。另外，電池自帶電的特性對安全操作的要求高。二是經濟性：電池全生命周期成本是主要制約因素，能量轉換系統(tǒng)(PCS)和電池管理系統(tǒng)(BMS)等設備相對成熟，而且壓縮成本空間較大，集成的利潤空間較大。三是便捷性：儲能尤其是分布式儲能能否做到即插即用，方便用戶使用或整合到已有電力系統(tǒng)中是用戶滿意度的重要考量之一。
配電網中的電池儲能主要應用模式有固定式儲能站和集裝箱分布式方式。根據(jù)分析，以深圳寶清電池儲能站為例，投資成本中電池約占50%、土建約占22%、設計費占9%、PCS、BMS以及常規(guī)設備各占5%左右，價格為5000元/千瓦時;而與集中式儲能方式相比，集裝箱分布式儲能預期可節(jié)省30%~40%的成本，大大節(jié)省廠房建設的費用，且現(xiàn)場安裝費用低，價格為3500元/千瓦時。
為了促進電池儲能在配電網的應用，有必要進行全方位、系統(tǒng)性地開展儲能系統(tǒng)的成本效益分析。通過分析儲能系統(tǒng)在配電網中的功能作用，我們采用了直接計算、等效替代和損失估計三種方法，對深圳寶清電池儲能電站進行綜合效益的實例量化評估分析(見表2)。效益分析與評估主要參考了Sandia國家實驗室與美國電力科學研究院總結歸納的儲能綜合效益評價體系。
由于激勵機制的缺乏和緊急情況發(fā)生的不確定性，寶清電池儲能電站在緊急無功補償、備用電源、獨立供電、提高電能質量等方面的技術經濟性難以給出詳細的定量分析，但為了更好地評估電池儲能站的效益，本次評價考慮電池儲能站的削峰填谷作用，同時將無功補償、備用電源、獨立供電、提高電能質量等應用模式作為輔助功能，對租賃制和峰谷電價制兩種經營模式進行了經濟性分析。以寶清電池儲能電站本期工程投資回收的角度測算了租賃費用和峰谷電價價格。兩種經營模式及其相應的測算內容如表3所示，測算結果如表4所示。需要說明的是，本文開展的測算分析并不具有代表性，只是針對電池儲能站應用的假設場景和可靈活調節(jié)的電價開展的研究。
總體來看，在兩種經營模式下，電站運營20年的內部收益率要高于運營15年的內部收益率，以此推算的峰谷電價差和租賃費相對更低，創(chuàng)造了更大的盈利空間，因此在經濟壽命周期內，電池壽命越長，儲能站運營的經濟性相對越好。從經營模式角度來看，對于經營模式之一的租賃制，承租方每年應向出租方支付年租賃費用，租賃費可以支付儲能站的運行成本、稅金、合理利潤以及回收建設投資;對于經營模式之二的峰谷電價制，由于寶清電池儲能電站的建設投資較大，容量較小，年發(fā)電量也相對較小，在項目投資收益率(稅后)為7.5%的假設情況下，峰谷電價差要遠遠高于深圳市大工業(yè)用戶的峰谷電價差。在現(xiàn)階段政策缺乏、電價機制缺乏、緊急情況應對激勵機制缺乏、電能質量敏感性激勵缺乏的情況下，采用模式一租賃制可以降低經營風險，有利于吸引投資，同時能夠使儲能站在系統(tǒng)中充分發(fā)揮作用。
面臨的問題及發(fā)展建議
目前，儲能的發(fā)展還面臨一系列問題，如儲能在技術經濟性上還不占優(yōu)勢，國家在儲能電價政策和補貼上也未進一步明確;儲能系統(tǒng)結合不同的實用場景，應優(yōu)先應用哪些功能目前還處于探索階段;儲能系統(tǒng)運營模式和商業(yè)化模式還不明晰;在電池技術選擇性上，目前只關注于電池儲能，其他方式關注較少等。結合南方電網的實踐，建議儲能在配電網的應用研究應進一步在以下幾個方面開展：
儲能經濟性與商業(yè)模式。根據(jù)目前測算，如果采用大型集中建站的方式，儲能成本約為4000~5000元/千瓦時，采用集裝箱式儲能成本約為3000~3500元/千瓦時，在沒有儲能電價政策和補貼政策的前提下很難實現(xiàn)盈利。目前，已建成的示范工程驗證了技術的可行性，其商業(yè)化運營模式的探索還應進一步加強。
儲能應用功能和選型。深圳寶清電池儲能站提出了8項應用功能，結合不同的實用場景，應優(yōu)先應用哪些功能目前還處于探索階段。電池技術選擇性上，目前只關注于電池儲能，其他方式關注較少。
儲能監(jiān)控系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)處理。海量監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的處理是大規(guī)模應用的難點之一，且大規(guī)模推廣應用時可靠性存在一定問題。如單體電池：2個遙測量(電壓、溫度)，11個告警量;4兆瓦儲能系統(tǒng)總監(jiān)控信息量約為30萬點，為常規(guī)變電站的數(shù)十倍。
在政策上，建議相關部門積極研究以下方面：
實施峰谷電價和儲能電價政策。儲能產業(yè)缺乏兩方面的投資回報機制。一是峰谷電價，由于儲能是在低谷時蓄電、高峰時供電，峰谷電差是投資儲能基本的收入來源。歐美日等國都有成熟的峰谷電價政策。峰谷電價在我國不同地區(qū)可有所差別，但應盡量為電網削峰填谷和吸引儲能投資創(chuàng)造更大空間。二是儲能電價，由于儲能技術提高了發(fā)電企業(yè)的利用小時數(shù)和電能質量，增強了電網調峰能力，節(jié)省了系統(tǒng)投資，促進了新能源發(fā)展，又有顯著的減排效果，對儲能應該制定單獨的電價政策，以補償儲能所產生的巨大經濟效益和社會效益?？梢詤⒖嫉聡慕涷?。
鼓勵投資主體多元化。在理順投資回報機制、規(guī)范入網技術要求的前提下，應鼓勵發(fā)電商、電網企業(yè)、用戶端、第三方獨立儲能企業(yè)等有條件的投資方投資建設儲能系統(tǒng)。
鼓勵商業(yè)模式的探索，實現(xiàn)商業(yè)化運作，促進儲能在包括電力等行業(yè)的推廣應用，尤其是在分布式發(fā)電和微電網領域首先開展推廣應用。近期可以考慮優(yōu)先推廣集裝箱式分布式儲能系統(tǒng)、小區(qū)、家用和手提式儲能系統(tǒng)的應用;在電網應用方面，建議以應急電源、保安電源和微電網應用等作為切入點。
原標題:儲能在配電網中應用的實踐與思考
