中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“十二五”期間，我國(guó)清潔能源快速發(fā)展，水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模分別增長(zhǎng)1.4倍、2.6倍、4倍和168倍，其中風(fēng)電無(wú)論裝機(jī)規(guī)模、增長(zhǎng)速度，無(wú)疑都是佼佼者。
2015年中國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)累計(jì)已超過(guò)100GW，居全球首位。2005年中國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)占全球裝機(jī)僅為2.0%，僅僅10年時(shí)間這一比例已達(dá)25.9%?！笆濉逼陂g，中國(guó)風(fēng)電仍將持續(xù)快速發(fā)展，裝機(jī)總量將翻1倍達(dá)250GW。
?按地域分布，“三北”地區(qū)將要新增風(fēng)電規(guī)模不低于60GW，中東部和南方地區(qū)及海上風(fēng)電將增約40GW。到2020年，“三北”地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)將達(dá)到170GW，中東部及南方地區(qū)累計(jì)將達(dá)到70GW，海上風(fēng)電達(dá)10GW。從“十三五”規(guī)劃的思路看，西部大基地仍是風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn)。
?按建設(shè)周期，“十三五”前期三年年新增裝機(jī)容量可能達(dá)到25GW，后期兩年年新增裝機(jī)規(guī)模可能達(dá)到30GW。
伴隨著風(fēng)電快速發(fā)展和裝機(jī)增大，并網(wǎng)消納和棄風(fēng)限電的問(wèn)題也隨之而來(lái)，成為阻礙產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展迫切需要解決的問(wèn)題。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年全國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)為1728小時(shí)，同比下降172小時(shí)。棄風(fēng)限電形勢(shì)加劇，全年棄風(fēng)電量339億千瓦時(shí)，同比增加213億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率15%，同比增加7個(gè)百分點(diǎn)。
棄風(fēng)問(wèn)題得不到有效緩解和改善，不僅大大損害了投資者的利益和熱情，更嚴(yán)重稀釋掉了風(fēng)電作為綠色能源本應(yīng)取得的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
情況最嚴(yán)重的恰恰是“三北”地區(qū)，當(dāng)?shù)仫L(fēng)電大發(fā)時(shí)節(jié)正是電網(wǎng)調(diào)峰最困難的冬季供熱期。甘肅成為2015年棄風(fēng)問(wèn)題最嚴(yán)重（棄風(fēng)電量82億千瓦時(shí)、棄風(fēng)率39%）、風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)最低（1184小時(shí)）的省份；吉林以棄風(fēng)電量27億千瓦時(shí)、棄風(fēng)率32%位居第二；“三北”其余各?。▍^(qū)）的總體情況均不樂(lè)觀。
“十三五”規(guī)劃明確提出，解決棄風(fēng)限電問(wèn)題是風(fēng)電行業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)，也是風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的必解之題。
儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展形勢(shì)
隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，儲(chǔ)能作為未來(lái)能源系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)被提升到了更為重要的位置，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也被廣泛看好。
儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)、化學(xué)儲(chǔ)能(如鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器等)三大類(lèi)。各種儲(chǔ)能方式都有其自身適用的條件。
化學(xué)儲(chǔ)能隨著其技術(shù)的逐步發(fā)展，由于其環(huán)境適應(yīng)性好、能量密度高、占地少、效率高、工期短等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。
從全球看，日、美、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)投入較大，技術(shù)領(lǐng)先，預(yù)計(jì)至2015年底將有300余套儲(chǔ)能電站投入運(yùn)行，總安裝容量達(dá)到891MW。
我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，但受可再生能源快速發(fā)展以及近期電改相關(guān)政策刺激，市場(chǎng)逐步活躍。據(jù)統(tǒng)計(jì)至2015年底國(guó)內(nèi)總裝機(jī)約為106MW，近5年我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)增速?gòu)?fù)合增長(zhǎng)率為110%，是全球市場(chǎng)的6倍，而到2020年預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到31GW。
解決（改善）思路
要解決（改善）風(fēng)電棄風(fēng)限電問(wèn)題，如果說(shuō)著眼供需平衡，加強(qiáng)大型基地外送通道建設(shè)是基于資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀視角，那么著手儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合，建設(shè)儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)則是立足自身特性和技術(shù)演變的微觀視角，是提高風(fēng)電運(yùn)行質(zhì)量的的根本出路所在。
儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性缺點(diǎn)，改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，提升穩(wěn)定水平。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理配置還能有效增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力、增大電力系統(tǒng)的風(fēng)電穿透功率極限、改善電能質(zhì)量及優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。這樣，電網(wǎng)系統(tǒng)受風(fēng)電并網(wǎng)沖擊降低，在不新增容量的情況下電網(wǎng)公司可以提高風(fēng)電上網(wǎng)電量，甚至優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電，可以大大增加風(fēng)能的利用率，符合國(guó)家的大力發(fā)展新能源戰(zhàn)略。
因此，研發(fā)高效的儲(chǔ)能裝置及其配套設(shè)備，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量相匹配，支持充放電狀態(tài)的迅速切換，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，已成為新能源充分利用的關(guān)鍵。
項(xiàng)目概況
基于以上考慮，北京華電天仁公司與國(guó)電和風(fēng)公司合作，在北鎮(zhèn)風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)展了風(fēng)電場(chǎng)大型混合化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目完善了國(guó)電和風(fēng)北鎮(zhèn)風(fēng)場(chǎng)功能，完成了該風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目核準(zhǔn)批復(fù)的儲(chǔ)能項(xiàng)目。
國(guó)電和風(fēng)北鎮(zhèn)風(fēng)場(chǎng)位于遼寧省錦州市北鎮(zhèn)市廣寧鎮(zhèn)東北約4km處。場(chǎng)址中心坐標(biāo)東經(jīng)121°51′，北緯41°42′。場(chǎng)址北至符家?guī)X，南瀕常屯村，西鄰北鎮(zhèn)市，東至下洼子一線(xiàn)，地形為海拔高度120m～240m的丘陵。
國(guó)電北鎮(zhèn)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源豐富，已安裝1500kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組66臺(tái)，裝機(jī)容量為99MW，風(fēng)電場(chǎng)建有66kV升壓站1座，儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)在升壓站旁，儲(chǔ)能容量為5MW×2h磷酸鐵鋰電池+2MW×2h全釩液流電池+1MW×2min超級(jí)電容，該項(xiàng)目是目前國(guó)內(nèi)電源側(cè)投資建設(shè)的規(guī)模最大的混合電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
系統(tǒng)構(gòu)成
國(guó)電和風(fēng)北鎮(zhèn)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要配合風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電用，整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、升壓站、電池組、電池管理系統(tǒng)、逆變器以及相應(yīng)的儲(chǔ)能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)、功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。
國(guó)電和風(fēng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主體設(shè)備部署在與風(fēng)電場(chǎng)相鄰的儲(chǔ)能站內(nèi)，其中鋰離子電池系統(tǒng)采用常規(guī)戶(hù)內(nèi)布置方案，鋰電池儲(chǔ)能裝置樓為二層結(jié)構(gòu)，設(shè)有電池間、PCS室、控制室、高壓配電室、消防設(shè)備室；根據(jù)液流電池的特點(diǎn)將該系統(tǒng)布置在儲(chǔ)能電池樓內(nèi)，設(shè)置電池模塊區(qū)、電解液儲(chǔ)罐區(qū)、集液池、PCS&BMS電氣區(qū)，升壓變壓器布置在室外，采用箱式變壓器；超級(jí)電容系統(tǒng)布置在超級(jí)電容室樓，設(shè)有電容室、PCS室，升壓變壓器布置在室外，采用箱式變壓器。另外，儲(chǔ)能中央監(jiān)控系統(tǒng)、功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)均布置在風(fēng)電場(chǎng)綜合辦公樓中央機(jī)房，值班員站布置在風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控室內(nèi)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)接入風(fēng)電場(chǎng)35kV母線(xiàn)，鋰電池分5組，每組通過(guò)1MWPCS接入35kVI段；全釩液流電池通過(guò)4個(gè)500kW的PCS接入35kVII段，超級(jí)電容通過(guò)1MWPCS接入35kVI段，兩段設(shè)計(jì)了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，既可分段投入也可聯(lián)合疊加作用。
儲(chǔ)能系統(tǒng)分兩期建設(shè)，其中一期工程于2014年初開(kāi)工，完成儲(chǔ)能站、鋰電池和液流電池安裝調(diào)試后，同年年底通過(guò)遼寧電網(wǎng)公司驗(yàn)收并網(wǎng)運(yùn)行；二期工程于2015年11月完成超級(jí)電容裝置的加裝，也已正式投入示范運(yùn)行。
應(yīng)用情況
國(guó)電和風(fēng)儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)在常規(guī)的風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行的基礎(chǔ)上，主要實(shí)現(xiàn)如下四項(xiàng)示范應(yīng)用功能：
?出力平抑，如圖2所示，使風(fēng)電場(chǎng)總出力波動(dòng)得到了明顯改善；如圖3所示，最優(yōu)輸出波動(dòng)<3%；
?跟蹤計(jì)劃，如圖4所示，風(fēng)電場(chǎng)跟蹤計(jì)劃曲線(xiàn)運(yùn)行的能力得到較大改善；
?電網(wǎng)支撐，能夠根據(jù)調(diào)度指令向電網(wǎng)及時(shí)輸出有功/無(wú)功，輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
?削峰填谷，能夠在棄風(fēng)限電時(shí)段存儲(chǔ)少量電量，在非限電時(shí)段上網(wǎng)，獲得更多發(fā)電收益。
儲(chǔ)能系統(tǒng)采用三種儲(chǔ)能介質(zhì)，因其在特性上有所互補(bǔ)，如圖5所示，故在應(yīng)用領(lǐng)域也有所傾向。本項(xiàng)目中鋰電池更多應(yīng)用于跟蹤計(jì)劃曲線(xiàn)，而超級(jí)電容和液流電池更多用于出力平抑。
國(guó)電和風(fēng)儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目，從投資水平看，結(jié)合目前的峰谷電價(jià)差以及電池儲(chǔ)能電站在示范項(xiàng)目階段的容量，直接經(jīng)濟(jì)效益還無(wú)法達(dá)到電力行業(yè)基準(zhǔn)收益率，但在技術(shù)驗(yàn)證、經(jīng)驗(yàn)積累、團(tuán)隊(duì)打造、支持新能源的靈活接入等方面均有不小收獲，具有較高的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備意義。
隨著未來(lái)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，電池在整個(gè)系統(tǒng)中的成本占比勢(shì)必逐漸降低，若輔以適當(dāng)?shù)恼咧С趾褪袌?chǎng)激勵(lì)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)勢(shì)必會(huì)有更多的儲(chǔ)能型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)投產(chǎn)。
