中國儲能網(wǎng)訊：“十二五”期間，我國清潔能源快速發(fā)展，水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機規(guī)模分別增長1.4倍、2.6倍、4倍和168倍，其中風(fēng)電無論裝機規(guī)模、增長速度，無疑都是佼佼者。
2015年中國風(fēng)電并網(wǎng)裝機累計已超過100GW，居全球首位。2005年中國風(fēng)電總裝機占全球裝機僅為2.0%，僅僅10年時間這一比例已達25.9%?！笆濉逼陂g，中國風(fēng)電仍將持續(xù)快速發(fā)展，裝機總量將翻1倍達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)電裝機累計將達到170GW，中東部及南方地區(qū)累計將達到70GW，海上風(fēng)電達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。
?按建設(shè)周期，“十三五”前期三年年新增裝機容量可能達到25GW，后期兩年年新增裝機規(guī)?？赡苓_到30GW。
伴隨著風(fēng)電快速發(fā)展和裝機增大，并網(wǎng)消納和棄風(fēng)限電的問題也隨之而來，成為阻礙產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展迫切需要解決的問題。據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年全國風(fēng)電平均利用小時數(shù)為1728小時，同比下降172小時。棄風(fēng)限電形勢加劇，全年棄風(fēng)電量339億千瓦時，同比增加213億千瓦時，平均棄風(fēng)率15%，同比增加7個百分點。
棄風(fēng)問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)取得的社會經(jīng)濟效益。
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)問題最嚴(yán)重（棄風(fēng)電量82億千瓦時、棄風(fēng)率39%）、風(fēng)電利用小時數(shù)最低（1184小時）的省份；吉林以棄風(fēng)電量27億千瓦時、棄風(fēng)率32%位居第二；“三北”其余各?。▍^(qū)）的總體情況均不樂觀。
“十三五”規(guī)劃明確提出，解決棄風(fēng)限電問題是風(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。
儲能技術(shù)發(fā)展形勢
隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，儲能作為未來能源系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點被提升到了更為重要的位置，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也被廣泛看好。
儲能技術(shù)主要分為物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器等)三大類。各種儲能方式都有其自身適用的條件。
化學(xué)儲能隨著其技術(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)點受到越來越多的關(guān)注。
從全球看，日、美、歐等發(fā)達國家對電化學(xué)儲能技術(shù)投入較大，技術(shù)領(lǐng)先，預(yù)計至2015年底將有300余套儲能電站投入運行，總安裝容量達到891MW。
我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對較晚，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，市場逐步活躍。據(jù)統(tǒng)計至2015年底國內(nèi)總裝機約為106MW，近5年我國電化學(xué)儲能市場增速復(fù)合增長率為110%，是全球市場的6倍，而到2020年預(yù)計市場規(guī)模將達到31GW。
解決（改善）思路
要解決（改善）風(fēng)電棄風(fēng)限電問題，如果說著眼供需平衡，加強大型基地外送通道建設(shè)是基于資源稟賦和經(jīng)濟發(fā)展的宏觀視角，那么著手儲能技術(shù)結(jié)合，建設(shè)儲能型風(fēng)電場則是立足自身特性和技術(shù)演變的微觀視角，是提高風(fēng)電運行質(zhì)量的的根本出路所在。
儲能系統(tǒng)具有動態(tài)吸收能量并適時釋放的特點，能有效彌補風(fēng)電的間歇性、波動性缺點，改善風(fēng)電場輸出功率的可控性，提升穩(wěn)定水平。此外，儲能系統(tǒng)的合理配置還能有效增強風(fēng)電機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，符合國家的大力發(fā)展新能源戰(zhàn)略。
因此，研發(fā)高效的儲能裝置及其配套設(shè)備，與風(fēng)力發(fā)電機組容量相匹配，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。
項目概況
基于以上考慮，北京華電天仁公司與國電和風(fēng)公司合作，在北鎮(zhèn)風(fēng)電場開展了風(fēng)電場大型混合化學(xué)儲能示范項目，該項目完善了國電和風(fēng)北鎮(zhèn)風(fēng)場功能，完成了該風(fēng)場項目核準(zhǔn)批復(fù)的儲能項目。
國電和風(fēng)北鎮(zhèn)風(fēng)場位于遼寧省錦州市北鎮(zhèn)市廣寧鎮(zhèn)東北約4km處。場址中心坐標(biāo)東經(jīng)121°51′，北緯41°42′。場址北至符家?guī)X，南瀕常屯村，西鄰北鎮(zhèn)市，東至下洼子一線，地形為海拔高度120m～240m的丘陵。
國電北鎮(zhèn)風(fēng)電場風(fēng)能資源豐富，已安裝1500kW風(fēng)力發(fā)電機組66臺，裝機容量為99MW，風(fēng)電場建有66kV升壓站1座，儲能項目建設(shè)在升壓站旁，儲能容量為5MW×2h磷酸鐵鋰電池+2MW×2h全釩液流電池+1MW×2min超級電容，該項目是目前國內(nèi)電源側(cè)投資建設(shè)的規(guī)模最大的混合電化學(xué)儲能示范項目。
系統(tǒng)構(gòu)成
國電和風(fēng)北鎮(zhèn)儲能系統(tǒng)主要配合風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電用，整個系統(tǒng)如圖1所示包括風(fēng)力發(fā)電機、升壓站、電池組、電池管理系統(tǒng)、逆變器以及相應(yīng)的儲能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)、功率預(yù)測系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。
國電和風(fēng)儲能系統(tǒng)的主體設(shè)備部署在與風(fēng)電場相鄰的儲能站內(nèi)，其中鋰離子電池系統(tǒng)采用常規(guī)戶內(nèi)布置方案，鋰電池儲能裝置樓為二層結(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)液流電池的特點將該系統(tǒng)布置在儲能電池樓內(nèi)，設(shè)置電池模塊區(qū)、電解液儲罐區(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；超級電容系統(tǒng)布置在超級電容室樓，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，儲能中央監(jiān)控系統(tǒng)、功率預(yù)測系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)均布置在風(fēng)電場綜合辦公樓中央機房，值班員站布置在風(fēng)電場監(jiān)控室內(nèi)。
儲能系統(tǒng)接入風(fēng)電場35kV母線，鋰電池分5組，每組通過1MWPCS接入35kVI段；全釩液流電池通過4個500kW的PCS接入35kVII段，超級電容通過1MWPCS接入35kVI段，兩段設(shè)計了聯(lián)絡(luò)開關(guān)，既可分段投入也可聯(lián)合疊加作用。
儲能系統(tǒng)分兩期建設(shè)，其中一期工程于2014年初開工，完成儲能站、鋰電池和液流電池安裝調(diào)試后，同年年底通過遼寧電網(wǎng)公司驗收并網(wǎng)運行；二期工程于2015年11月完成超級電容裝置的加裝，也已正式投入示范運行。
應(yīng)用情況
國電和風(fēng)儲能型風(fēng)電場在常規(guī)的風(fēng)力發(fā)電運行的基礎(chǔ)上，主要實現(xiàn)如下四項示范應(yīng)用功能：
?出力平抑，如圖2所示，使風(fēng)電場總出力波動得到了明顯改善；如圖3所示，最優(yōu)輸出波動<3%；
?跟蹤計劃，如圖4所示，風(fēng)電場跟蹤計劃曲線運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)及時輸出有功/無功，輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
?削峰填谷，能夠在棄風(fēng)限電時段存儲少量電量，在非限電時段上網(wǎng)，獲得更多發(fā)電收益。
儲能系統(tǒng)采用三種儲能介質(zhì)，因其在特性上有所互補，如圖5所示，故在應(yīng)用領(lǐng)域也有所傾向。本項目中鋰電池更多應(yīng)用于跟蹤計劃曲線，而超級電容和液流電池更多用于出力平抑。
國電和風(fēng)儲能系統(tǒng)示范項目，從投資水平看，結(jié)合目前的峰谷電價差以及電池儲能電站在示范項目階段的容量，直接經(jīng)濟效益還無法達到電力行業(yè)基準(zhǔn)收益率，但在技術(shù)驗證、經(jīng)驗積累、團隊打造、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)略儲備意義。
隨著未來儲能產(chǎn)業(yè)的進步，電池在整個系統(tǒng)中的成本占比勢必逐漸降低，若輔以適當(dāng)?shù)恼咧С趾褪袌黾睿嘈旁诓贿h的將來勢必會有更多的儲能型風(fēng)電場建設(shè)投產(chǎn)。
