中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲(chǔ)能電站與技術(shù)應(yīng)用（四）“專場(chǎng)，中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司項(xiàng)目設(shè)計(jì)總監(jiān)田莉莎在會(huì)上分享了主題報(bào)告《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在已建光伏電站中的應(yīng)用》，以下為演講實(shí)錄：
田莉莎：大家上午好！這兩天已經(jīng)有不少嘉賓給大家分享了電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用案例，還有一些先進(jìn)技術(shù)，本人也是收獲頗豐，今天由我向大家分享一些電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在已建光伏電站中應(yīng)用的一些探索和思路，供大家探討。
主要從四個(gè)方面來分析：已建光伏電站應(yīng)用現(xiàn)狀、儲(chǔ)能在新能源電站應(yīng)用的相關(guān)政策分析、儲(chǔ)能系統(tǒng)在已建光伏電站中應(yīng)用的幾個(gè)場(chǎng)景、一些簡(jiǎn)單的結(jié)論和建議。
在此之前請(qǐng)?jiān)试S我簡(jiǎn)短的向大家介紹一下我院。我院長(zhǎng)中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成立于1950年，主要是面向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，為綜合能源利用、能源建設(shè)開發(fā)提供全方位綜合性的方案規(guī)劃服務(wù)，主要業(yè)務(wù)涵蓋的領(lǐng)域包括水電、風(fēng)電、光電、交通、市政等行業(yè)領(lǐng)域，而且我院長(zhǎng)第一批持有國(guó)家級(jí)“工程設(shè)計(jì)綜合資質(zhì)”的單位，聯(lián)合多年被評(píng)為中國(guó)勘測(cè)設(shè)計(jì)綜合實(shí)力百?gòu)?qiáng)單位、中國(guó)承包商和工程設(shè)計(jì)企業(yè)雙60強(qiáng)單位。
下面進(jìn)入主題：
第一，已建光伏電站的應(yīng)用現(xiàn)狀。
截止2018年年底，全國(guó)光伏發(fā)電的總裝機(jī)容量達(dá)到了1.74億千瓦，較上年新增了4426萬千瓦，同比增長(zhǎng)34%。其中，集中式光伏電站12384萬千瓦，較上年新增2330萬千瓦，同比增長(zhǎng)23%。雖然2018年受“5.31”光伏新政的影響，集中電站的光伏增速明顯放緩，分布式增速是比較快的，全年總的裝機(jī)增長(zhǎng)規(guī)模僅次于2017年的，也是遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)行業(yè)預(yù)期的。
已建光伏電站到2018年，全國(guó)光伏的棄光電量達(dá)到了54.9億千瓦時(shí)，同比減少了18億千瓦時(shí)，棄光率3%，同比下降2.8個(gè)百分點(diǎn)。目前棄光主要集中在新疆和甘肅地區(qū)，新疆棄光率是16%，甘肅地區(qū)的棄光率達(dá)到10%，從2017年和2018年棄光地區(qū)的分布圖也可以明顯看出來，西北五省是在過去的一年時(shí)間得到了比較明顯的改善。
目前光伏電站發(fā)電受阻的主要原因有以下幾個(gè)方面：1，局部地區(qū)新能源增長(zhǎng)過快，遠(yuǎn)超了當(dāng)?shù)氐南{水平。2，由于系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)電源的比重是在下降的，調(diào)峰能力不足。3，因?yàn)樾履茉吹慕ㄔO(shè)和電網(wǎng)的建設(shè)不匹配，導(dǎo)致跨省跨區(qū)的輸電通道能力不足。4，由于目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是進(jìn)入了一個(gè)新常態(tài)，它的總體市場(chǎng)需求總量是降低的，所以消納市場(chǎng)總量不足。
我國(guó)光伏電站規(guī)模化應(yīng)用是始于2009年，所以發(fā)展至今已經(jīng)有10年的歷程，這10年期間光伏電站上網(wǎng)電價(jià)經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段，示范項(xiàng)目單獨(dú)定價(jià)階段，2009年光伏特許權(quán)第一批項(xiàng)目是在甘肅敦煌，當(dāng)時(shí)的中標(biāo)電價(jià)是1.09元，2010年全國(guó)有三個(gè)特許權(quán)電價(jià)項(xiàng)目。第二階段，2011年開始進(jìn)入了統(tǒng)一定價(jià)階段。到2014年以后就進(jìn)入了電價(jià)的第三階段，按照資源分類區(qū)進(jìn)行定價(jià)，分為三個(gè)資源區(qū)，三個(gè)不同的電價(jià)，從2014年—2018年也是逐漸下降的過程。到2019年我們就進(jìn)入了電價(jià)的第四個(gè)階段，就是競(jìng)價(jià)上網(wǎng)階段，平價(jià)優(yōu)先。
先面分析一下儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源場(chǎng)站中應(yīng)用的相關(guān)政策。2017年，五部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中也是明確指出，應(yīng)該要鼓勵(lì)可再生場(chǎng)站配置合理的儲(chǔ)能系統(tǒng)，要推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，還要研究建立可再生能源場(chǎng)站儲(chǔ)能補(bǔ)償機(jī)制，并且要支持應(yīng)用多種儲(chǔ)能促進(jìn)可再生能源的消納。2017年，國(guó)家發(fā)改委還發(fā)布了《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場(chǎng)的交易化試點(diǎn)通知》，這個(gè)通知中也是提出了鼓勵(lì)分布式發(fā)電項(xiàng)目安裝儲(chǔ)能設(shè)施，提升供電的靈活和和穩(wěn)定性。2017年，青海省發(fā)改委也發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)青海省2017年度風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案的通知》，這個(gè)通知中也提出了新建風(fēng)電場(chǎng)要配置儲(chǔ)能裝置并網(wǎng)，雖然2017年后來這個(gè)通知由于一些原因沒有執(zhí)行，但是也是釋放了一個(gè)信號(hào)，就是說在未來新能源+儲(chǔ)能來并網(wǎng)是未來的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
下面介紹一下在電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在我們已建光伏電站中應(yīng)用的一些可行性，幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。1，削峰填谷，解決棄電。我們都知道西北五省是我們最早規(guī)?；_發(fā)光伏電站的廠區(qū)，對(duì)于早期建設(shè)的光伏電站來說投資成本比較高、電價(jià)比較高，如果在比較嚴(yán)重的棄光條件下，電站的收益是難以保證的。以青海為例，雖然全省2017年、2018連棄光率從6.2%下降到了4.76，但是在局部地區(qū)，比如海西州，由于本地消納不足、外地輸送受阻是比較嚴(yán)重的，據(jù)我們了解格爾木某些電站去年棄光達(dá)到了15—20%，而德爾哈地區(qū)甚至超過了20%。這是德令哈、格爾木在2018年全年逐月的棄光率，圖里面可以看得出來，棄光是比較嚴(yán)重的，基本上15%，10%以上，甚至到了30%。
下面兩張圖是，格爾木兩個(gè)電站在兩個(gè)典型日的情況，橙色的曲線表示的是電站的樣板機(jī)，不受電站影響逆變器的全天日發(fā)電曲線，而藍(lán)色的曲線是被限電的逆變器全天的發(fā)電曲線。從圖里可以看出，電站主要的發(fā)電時(shí)間是集中在中午的大發(fā)時(shí)段，持續(xù)時(shí)間也是4—6小時(shí)不等，最高的限電可能達(dá)到整個(gè)電站的30%左右。
我們可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電量的時(shí)間轉(zhuǎn)移特性來解決我們光伏電站的棄電問題，進(jìn)行削峰填谷。主要有三種工作模式：第一種，我們將高峰時(shí)間的棄電是在非高峰時(shí)段以一種恒功率的模式釋放。第二種，在高峰棄電在我們電站的功率下降的階段用于平邑電站的波動(dòng)。第三種，將高峰棄電我們轉(zhuǎn)移到夜間，就是電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，作為電網(wǎng)的一個(gè)輔助調(diào)峰的功能。
在已建的光伏電站中，增設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，我們主要有兩種方案，一種是集中式布置，一種是分散式布置。我們上面這兩張圖可以看出來，對(duì)于分散式布置來說，就是將儲(chǔ)能系統(tǒng)分散式布置在我們各個(gè)光伏子陣中，蓄電池通過直流變換器之后直接接入光伏逆變器的直流側(cè)，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)的儲(chǔ)能。而集中式就是，儲(chǔ)能電池是經(jīng)過儲(chǔ)能變流器以后，再經(jīng)升壓變壓器升壓之后接到我們光伏電站的升壓站或者開關(guān)站的中壓母線上。這兩種儲(chǔ)能方式也各有優(yōu)缺點(diǎn)的，集中式儲(chǔ)能，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)是相互比較獨(dú)立的，所以比較便于集中管理調(diào)度，而不受光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器選型的限制的。集中式布置，還可以參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻。分散式直流儲(chǔ)能，由于不需要經(jīng)過升壓變壓器以及高壓電纜的，所以設(shè)備投資相對(duì)低一些，而且由于分散式儲(chǔ)能是布置在每個(gè)子方陣中的，容量比較小，對(duì)于已建光伏電站可以布置在原有的逆變器室附近，不受場(chǎng)地制約。另外，由于光伏出力和儲(chǔ)能系統(tǒng)之間直流變換功率環(huán)節(jié)是比較小的，所以儲(chǔ)能系統(tǒng)效率相對(duì)要高一些。集中式交流儲(chǔ)能相對(duì)而言缺點(diǎn)就是，要集中布置，對(duì)于已建光伏電站來說可能要受場(chǎng)地的限制，它的設(shè)備投資可能相對(duì)會(huì)高一些。相對(duì)于分散式儲(chǔ)能來說，因?yàn)橐嘟?jīng)歷一級(jí)逆變和升壓的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)效率相對(duì)低一些。而分散式儲(chǔ)能，由于它是在直流側(cè)來儲(chǔ)能，就要跟原有的光伏逆變器進(jìn)行匹配，所以對(duì)直流變換器的要求比較多一些。設(shè)備布置比較分散，設(shè)備數(shù)量比較多，調(diào)度管理是不方便的。將來參與一次調(diào)頻的控制策略是比較復(fù)雜的，所以也是不建議它作為一次調(diào)頻系統(tǒng)來使用。
下面我們根據(jù)已建光伏電站的電價(jià)水平，還有當(dāng)前儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資水平，我們來分析一下在已建光伏電站中配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)可行性。我們以100兆瓦的格爾木某光伏電站為例，在不限電的情況下年利用小時(shí)數(shù)能到1650小時(shí)，如果按照全年限電15%、儲(chǔ)能電池每日循環(huán)一次兩測(cè)算，則至少需要配置75兆瓦時(shí)的一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，按照日限電最高功率按30%來考慮，要配置30兆瓦的一個(gè)PCS。儲(chǔ)能系統(tǒng)我們這塊按照我們目前最常用的磷酸鐵鋰的電池系統(tǒng)來考慮，按1.4元來測(cè)算。PCS按7毛錢來測(cè)算，這樣系統(tǒng)的總體投資大概1.26億元，針對(duì)已建光伏電站各種電價(jià)水平來測(cè)算它的投資回收期，基本上在它的全生命周期內(nèi)都可以收回初始投資，尤其是高電價(jià)地區(qū)，5毛錢以上的，5—6年就可以收回投資，隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)成本持續(xù)下降，投資回收期會(huì)更短一些，所以在我們?cè)缙谝呀ü夥娬局校渲脙?chǔ)能系統(tǒng)解決棄電是可以明顯的改善由于棄電引起的電站收益受損的問題。
不管是對(duì)于分散式還是集中式儲(chǔ)能的方式，主要是要考慮光伏電站當(dāng)時(shí)的情況，以及他對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)功能的需求來綜合確定，我們是用集中式還是分散式的方案。但是無論是采用哪種方式，我們?cè)谙到y(tǒng)中都要配套建設(shè)一套能量管理系統(tǒng)，用于來控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電，從而有效的解決棄光現(xiàn)象。
光伏電站參與一次調(diào)頻，由于目前新能源持續(xù)快速的發(fā)展，新能源規(guī)模也是不斷的擴(kuò)大，新能源在電網(wǎng)中的滲透率是不斷的提高，所以系統(tǒng)中原有的具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的火電、水電機(jī)組比例也是不斷下降，導(dǎo)致系統(tǒng)中可用的快速調(diào)頻的資源是逐步減少，系統(tǒng)的功率平衡和調(diào)頻難度不斷加大，這就威脅到電網(wǎng)的頻率安全。因此，迫切的需要新能源的機(jī)組盡快能夠參與到電網(wǎng)的快速頻率響應(yīng)里來。所以在2018年，國(guó)家能源局西北監(jiān)管局發(fā)布了一個(gè)《關(guān)于開展西北電網(wǎng)新能源場(chǎng)站快速頻率響應(yīng)功能推廣應(yīng)用工作的批復(fù)》，這個(gè)文件中有一些要求。文件中要求對(duì)光伏電站按照左邊那張圖來進(jìn)行有功和功率下垂特性的示意圖來進(jìn)行運(yùn)行，至少應(yīng)該能夠提供10%的電站額定容量來調(diào)節(jié)，要求光伏電站的響應(yīng)時(shí)間不超過5秒，整體的調(diào)節(jié)時(shí)間不超過15秒。
我們要注意的一點(diǎn)就是，在原來西北監(jiān)管局這個(gè)文件中，他指出了一條，在電網(wǎng)低頻擾動(dòng)的情況下，新能源場(chǎng)站根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況參與電網(wǎng)調(diào)頻快速響應(yīng)，不提前預(yù)留有功備用。
2018年發(fā)布了一個(gè)電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范，這里指出來，光伏電站和廣電場(chǎng)都要具備調(diào)頻功能，而且要通過有功備用和儲(chǔ)能設(shè)置方式來實(shí)現(xiàn)參與一次調(diào)頻，這就要求我們光伏電站除了要參與高頻響應(yīng)以外還要參與低頻響應(yīng)，參與低頻響應(yīng)目前的方式，要么留有功備用、要么配儲(chǔ)能設(shè)備。以100千瓦的光伏電站為例，如果他要參與低頻響應(yīng)，按照預(yù)留10%的備用容量，按每天備用8小時(shí)測(cè)算，每年就要少發(fā)2920萬度電站，對(duì)于高電價(jià)地區(qū)每年的收益受損情況還是比較嚴(yán)重的，從2336萬到3850萬元不等。同樣，如果我們采用配置儲(chǔ)能系統(tǒng)來參與一次調(diào)頻的話，投資大概是2100萬，這樣相較而言配置儲(chǔ)能系統(tǒng)是更為經(jīng)濟(jì)的。我們這里測(cè)算的是對(duì)于已建光伏電站來說的，對(duì)于即使是新建光伏電站，按照目前的平價(jià)上網(wǎng)政策來考慮，如果要參與一次調(diào)頻，按照3毛錢來測(cè)算，每年損失的收益也是800多萬，相較而言也還是配儲(chǔ)能系統(tǒng)來參與一次調(diào)頻是更為合理和經(jīng)濟(jì)的。
我們?cè)谛履茉措娬局信渲脙?chǔ)能系統(tǒng)可以跟蹤計(jì)劃出力，提高功率預(yù)測(cè)的精度。在2018年12月份，西北監(jiān)管局也是發(fā)布了一個(gè)雙細(xì)則的考核通知，在這個(gè)考核通知中明確提出來，光伏電站的日預(yù)測(cè)曲線的最大誤差不能超過20%，而且它的短期誤差準(zhǔn)確率是應(yīng)該不低于75%的，所以可用電量準(zhǔn)確率是不小于97%，這些要求也是比較嚴(yán)苛的。
包括在南方區(qū)域，也是要求光伏電站有功出力與調(diào)度計(jì)劃曲線的偏差是不超過1%，日準(zhǔn)確率不小于85%，短期預(yù)測(cè)率不小于90%的。這些對(duì)于已建光伏電站來說，原有的逆變器和AGC系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度和控制精度可能都不能滿足要求，因此我們可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、具有雙向調(diào)節(jié)能力的特點(diǎn)，來對(duì)光伏實(shí)際出力與預(yù)測(cè)功能的補(bǔ)償，提高精度。
根據(jù)以上分析我們可以得出結(jié)論，光伏電站中配儲(chǔ)能系統(tǒng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1，有效減少棄光電量，保障已建電站收益。
2，參與頻率快速響應(yīng)，一定程度保證電網(wǎng)頻率安全。
3，跟蹤計(jì)劃出力，提高電站功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，便于調(diào)度部門制定調(diào)度計(jì)劃。
最后就是一些建議：
1，盡快明確光伏電站中安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)的上網(wǎng)電價(jià)。
2，完善光伏電站+儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻的輔助服務(wù)相關(guān)政策。
以上就是我在光伏電站中配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的思路，不足之處歡迎大家批評(píng)指正。謝謝！
（本文根據(jù)演講錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
