中國儲能網(wǎng)訊：6月19—20日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲能技術(shù)應(yīng)用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。
會議期間，四川北控清潔能源工程有限公司設(shè)計(jì)院副院長孫蕾分享了主題報(bào)告《電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)的典型應(yīng)用場景及工程分析》，以下是演講全文：
孫蕾：大家好，我是來自北控智慧能源的孫蕾，在公司主要負(fù)責(zé)儲能和設(shè)計(jì)院方面的業(yè)務(wù)。本次匯報(bào)的題目是《電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)的典型應(yīng)用場景及工程分析》。
包括下面幾方面內(nèi)容，是我們站在儲能行業(yè)的參與者和應(yīng)用者的角度，對儲能技術(shù)和它的應(yīng)用場景、商業(yè)模式的理解，分享給大家，和大家共同探討。
第一部分我們先介紹一下現(xiàn)代電力系統(tǒng)及電化學(xué)儲能的特征?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)有哪些特征呢？站在儲能的角度我們認(rèn)為主要有三個方面，第一個方面是電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，電力系統(tǒng)時刻處于發(fā)電與負(fù)荷的動態(tài)平衡，這種特性決定了電力系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)還有調(diào)度運(yùn)行、控制方式上對安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)靈活性有很高的要求，而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還有特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，國內(nèi)中東部地區(qū)已經(jīng)形成了受端電網(wǎng)，表現(xiàn)為大容量、大機(jī)組、遠(yuǎn)距離傳輸，負(fù)荷密集這些特征，電網(wǎng)在運(yùn)行管理過程中的實(shí)施平衡難度在不斷的增加。
第二，新能源的滲透比例在逐年增高，尤其以風(fēng)能、太陽能為主的可再生能源，由于其隨機(jī)波動性和間歇性的特點(diǎn)，其調(diào)度控制會更加困難。這里有一個10%的歷史數(shù)據(jù)，是指新能源裝機(jī)超過10%以后會對電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的沖擊。為什么說這是一個歷史數(shù)據(jù)呢？這個數(shù)據(jù)體現(xiàn)了我們在新能源發(fā)展之初所遇到的新能源被電網(wǎng)接納和接入系統(tǒng)的一些痛點(diǎn)。但是現(xiàn)在隨著新能源技術(shù)的發(fā)展和我們電網(wǎng)配套措施的完善，這個痛點(diǎn)也在由早期的接納和接入的問題向現(xiàn)在的消納和利用的問題在轉(zhuǎn)變。
目前很多區(qū)域或者省份的新能源電網(wǎng)配比已經(jīng)完全超過了10%這樣一個比例，但是由于不同的電網(wǎng)架構(gòu)不同，電源的形式不同，負(fù)荷的特點(diǎn)不同，不同的區(qū)域電網(wǎng)對新能源的高滲透比例所遇到的困境也是不一樣的，以華北電網(wǎng)為例，華北電網(wǎng)目前的調(diào)度存在的其中一個問題是早晚高峰調(diào)度問題，但是通過風(fēng)電和光伏的典型的出力曲線我們可以看出來，基本上這兩種新能源完美的避開了早晚兩個高峰，在這兩個時段很難給電網(wǎng)提供有效的電源支撐。但是以西北某省的情況為例，這個省份新能源裝機(jī)風(fēng)電和光伏加起來已經(jīng)超過了40%的比例，但是在有功調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)方面并沒有遇到太大的困難，因?yàn)樗麄兺瑫r又很高比例超過40%的水電機(jī)組的裝機(jī)，大家都知道水電機(jī)組的調(diào)節(jié)性能是非常優(yōu)異的。他們遇到的問題由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)斷面的限制導(dǎo)致新能源消納的問題，同時水電還存在季節(jié)性的枯水和水電檢修，在這種情況下他們也會面臨到調(diào)峰的問題。
第三是電力需求，電網(wǎng)的高峰負(fù)荷在不斷增加，華北、華中、華東電力供需偏緊，部分省份高峰時段需要采取錯避峰措施，電網(wǎng)公司必須不斷投資輸配電設(shè)備的投入，導(dǎo)致整體電力資產(chǎn)的利用率偏低。解決這些問題，傳統(tǒng)的電網(wǎng)需要進(jìn)行一些升級甚至變革。
這也帶來了電力系統(tǒng)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們總結(jié)主要包括以下三個方面。
第一，未來可預(yù)期的，電能將成為能源消費(fèi)的絕對主體。
第二，電力系統(tǒng)也在不斷的演變，由現(xiàn)在的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)，未來以智能電網(wǎng)為核心，能源互聯(lián)網(wǎng)并且與其他能量、物質(zhì)、交通信息高度融合的綜合性能源系統(tǒng)。
第三，最終電力系統(tǒng)會向著清潔低碳、安全高效的能源體系來轉(zhuǎn)型。
這里就離不開儲能這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，建立了經(jīng)濟(jì)高效的大容量儲能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用電和發(fā)電時空的解耦，可以起到負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，在一定程度上可以緩解系統(tǒng)的峰谷差。同時儲能系統(tǒng)一旦形成規(guī)模，可以有效的延緩電網(wǎng)的建設(shè)，提高電網(wǎng)資產(chǎn)的利用效率，改變電力系統(tǒng)的建設(shè)模式，從外延的擴(kuò)張型向內(nèi)含的增效型來發(fā)展，所以我們現(xiàn)在比較關(guān)注儲能三個方面的關(guān)健詞，一個是存儲的介質(zhì)、方式和方法，第二是儲能系統(tǒng)集成的思路，第三根據(jù)我們的需求，儲能的控制策略和應(yīng)用場景。儲能為上述的問題提供了一個解決的途徑，同時我們也在逐漸構(gòu)建起新的系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行的模式。
儲能技術(shù)的分類，物理儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能和相變儲能。這是它們的特性表，可能大家都比較熟了，通過典型的額定功率我們可以看出來抽水蓄能現(xiàn)在還是適合大規(guī)模建設(shè)，依然是現(xiàn)在儲能系統(tǒng)的主力軍。從比功率來看，超級電容占優(yōu)勢，它的響應(yīng)速度快，比功率高，所以大部分被用在電能質(zhì)量的治理和電壓暫降的治理方面。從比能量方面來看可以看到鋰離子電池是占優(yōu)的，同時因?yàn)殇囯x子電池的集成化和布點(diǎn)的靈活性，在電力系統(tǒng)儲能也得到了廣泛的應(yīng)用。
電化學(xué)儲能有哪些特點(diǎn)呢？第一個特點(diǎn)還是靈活性與快速性，可以實(shí)現(xiàn)有功和無功快速雙向調(diào)節(jié)。以鋰離子電池儲能系統(tǒng)為例，鋰離子儲能電池在滿充到滿放的轉(zhuǎn)換時間是不超過一秒的，如果從設(shè)備級來看可以實(shí)現(xiàn)毫秒級的轉(zhuǎn)換，是火電機(jī)組的50到100倍。這種特性就決定了我們的儲能系統(tǒng)可以靈活的參加電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻調(diào)壓、備用和需求側(cè)響應(yīng)的各種場景的應(yīng)用。
其次電化學(xué)儲能系統(tǒng)還有個很重要的特點(diǎn)是不受地域的限制，它可以分散布置于電網(wǎng)不同的節(jié)點(diǎn)，集成化比較高，系統(tǒng)簡單，建設(shè)周期短，運(yùn)輸業(yè)比較方便。
第二部分我們來看一下電化學(xué)儲能的發(fā)展和應(yīng)用前景。這是全球市場的發(fā)展?fàn)顩r，下一頁是國內(nèi)市場的發(fā)展?fàn)顩r，通過這兩個情況的展示我們可以看出來，抽水蓄能依然是現(xiàn)在儲能發(fā)展的主力軍，其次是電化學(xué)儲能，在電化學(xué)儲能當(dāng)中鋰離子電池的儲能也是現(xiàn)在主流的發(fā)展方向。
這是我們匯總的2018年的一些明星的項(xiàng)目，我們可以看出來基本上也分為這五類，第一類是新能源廠站側(cè)的儲能項(xiàng)目，第二類是微電網(wǎng)的儲能項(xiàng)目，第三類是電網(wǎng)側(cè)的儲能項(xiàng)目，第四類是用戶側(cè)的儲能項(xiàng)目，第五類是電源側(cè)電力系統(tǒng)輔助類的儲能項(xiàng)目。
第三，我們來一起探討一下電化學(xué)儲能典型的應(yīng)用場景。儲能技術(shù)是貫穿于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電各環(huán)節(jié)，在不同的環(huán)節(jié)它們也發(fā)揮著不同的作用。根據(jù)美國能源部和電科院聯(lián)合出版的儲能手冊我們覺得它的分類還是比較合理清晰的，包括批發(fā)能源服務(wù)、電力系統(tǒng)輔助服務(wù)、輸電設(shè)施服務(wù)、配電設(shè)施服務(wù)、消費(fèi)側(cè)能源的管理服務(wù)，每種服務(wù)下面又有不同的分支和應(yīng)用場景。
在國內(nèi)電化學(xué)儲能應(yīng)用在電源側(cè)主要體現(xiàn)在提高發(fā)電機(jī)組的效率，當(dāng)負(fù)荷波動的情況下，我們可以很好的保持發(fā)電機(jī)組的輸出穩(wěn)定，使發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在一個經(jīng)濟(jì)的出力區(qū)間，提高機(jī)組的效率，降低機(jī)組的能耗，減少機(jī)組的排放，提高機(jī)組綜合的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。
第二個電源側(cè)的應(yīng)用場景是優(yōu)化和可再生能源的并網(wǎng)。目前可再生能源的特性我們剛才也說過還是消納和利用的限制的問題，如果在可再生能源廠站側(cè)配置儲能的話可以提高可再生能源發(fā)電輸出功率的可控性與電能質(zhì)量，幫助風(fēng)電、光伏能夠被電網(wǎng)平滑的接入，實(shí)現(xiàn)它發(fā)電的全額消納。
電網(wǎng)側(cè)的主要應(yīng)用場景第一是電網(wǎng)負(fù)荷削峰填谷，利用的還是儲能系統(tǒng)的功率和能量的時空搬運(yùn)能力，削峰填谷，一是可以實(shí)現(xiàn)峰谷差的套利，第二可以有效緩解負(fù)荷高峰期電網(wǎng)供電能力不足的問題，緩解電網(wǎng)的擴(kuò)建增容的問題。同時我們可以優(yōu)化電網(wǎng)的負(fù)荷特性，提高設(shè)備的利用率，最終還是降低傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)峰壓力，降低我們的調(diào)峰成本。
第二個電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用是參與電力系統(tǒng)的輔助服務(wù)。電池儲能系統(tǒng)的一次調(diào)頻容量是水電或者火電容量配置的十分之一到三十分之一，而且系統(tǒng)的負(fù)荷跟蹤速度可以達(dá)到秒級。參加輔助二次調(diào)頻所需的容量是水電火電機(jī)組的二分之一到二十分之一，電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)的輔助調(diào)頻可以顯著減少系統(tǒng)調(diào)頻的備用容量，提高機(jī)組的利用率，同時可以避免機(jī)組頻繁的調(diào)節(jié)造成的損耗，降低機(jī)組的運(yùn)行成本，也可以顯著提高整個系統(tǒng)的暫態(tài)頻率質(zhì)量。
第三個應(yīng)用是輔助暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制。電池儲能電站是一種優(yōu)質(zhì)的暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制資源，能顯著提高電網(wǎng)暫態(tài)安全穩(wěn)定性，如果配置于受端，當(dāng)受端電壓發(fā)生波動的情況下可以提供一個緊急的無功支撐，保證受端電壓的暫態(tài)穩(wěn)定性，同時它也可以提供一些有功的支撐，在受端受到干擾的情況下可以緩解機(jī)組的減速，減少切負(fù)荷的量。當(dāng)它配置于火電機(jī)組側(cè)的時候，可以在嚴(yán)重大干擾的時候作為一種負(fù)荷去吸收能量，起到電氣制動的作用，緩解機(jī)組的加速，提高了系統(tǒng)暫態(tài)同步的穩(wěn)定性。
第四個應(yīng)用是優(yōu)化分布式發(fā)電并網(wǎng)，增強(qiáng)可再生能源的可調(diào)度性。大家都知道一些分布式的光伏項(xiàng)目一般都處于負(fù)荷的末端，資源的隨機(jī)性、波動性、間歇性以及一定數(shù)量的電力電子設(shè)備的接入，會對末端負(fù)荷的母線的電壓和電能質(zhì)量產(chǎn)生一些干擾，儲能系統(tǒng)的接入會平抑或者是降低這些干擾的發(fā)生，同時將我們的儲能與分布式作為一個整體的系統(tǒng)配置，在一定程度上可以保障我們的分布式能源在輸出功率上可調(diào)，從而使整體系統(tǒng)具備一定的可調(diào)度性。
用戶側(cè)的應(yīng)用，在用戶側(cè)負(fù)荷接入電池儲能電站，一個是可以削峰填谷，降低用戶綜合的用電成本，同時可以節(jié)省容量投資，確保電能質(zhì)量，提高用電的可靠性，主要包括三個方面，主動需求響應(yīng)、改善電能質(zhì)量、備用電源。
新型的供電網(wǎng)絡(luò)，微電網(wǎng)。目前主流的微網(wǎng)技術(shù)分為并網(wǎng)型的微網(wǎng)和離網(wǎng)型的微網(wǎng)。離網(wǎng)型的微網(wǎng)由于電源的復(fù)雜性還有負(fù)載的復(fù)雜性，所以它的技術(shù)難度更高，在我們做規(guī)劃設(shè)計(jì)包括我們項(xiàng)目實(shí)施過程中我們發(fā)現(xiàn)，我們剛才所提到的一些削峰填谷、輔助調(diào)頻、輔助調(diào)壓、平滑出力，包括我們研究很多的多級并聯(lián)在微電網(wǎng)的場景都得到了充分的利用。智能微網(wǎng)我們認(rèn)為是目前階段儲能系統(tǒng)做到一機(jī)多能的集中體現(xiàn)。
綠色交通領(lǐng)域方面將電動汽車的充電站、換電站、儲能站和電池梯次利用進(jìn)行多功能融合。體現(xiàn)在實(shí)際項(xiàng)目層面，目前主要是高速公路的快充站，實(shí)現(xiàn)了光儲充一體化的結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了綠色能源和綠色出行。
國外電化學(xué)儲能一些應(yīng)用的探索，其中有部分場景在國內(nèi)還沒有商業(yè)的應(yīng)用，但是在全球范圍內(nèi)有一定實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。以澳大利亞特斯拉的項(xiàng)目為例屬于典型的電源側(cè)備用管理的應(yīng)用，芝加哥屬于電網(wǎng)側(cè)延緩輸變電設(shè)施升級的典型應(yīng)用。意大利這個是一個儲能系統(tǒng)的綜合應(yīng)用案例，它可以進(jìn)行模式的切換，參加一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、系統(tǒng)備用，減少電網(wǎng)的阻塞，優(yōu)化潮流分布等多重任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)的多重效益。
最后看一下北控公司自己的工程實(shí)踐。我們選了幾個比較典型的項(xiàng)目，包括新能源廠站側(cè)的西藏羊易光儲項(xiàng)目，電廠側(cè)輔助調(diào)頻項(xiàng)目是山西長治儲能調(diào)頻項(xiàng)目，光儲充結(jié)合的是力信能源鎮(zhèn)江產(chǎn)業(yè)園的光儲充微電網(wǎng)項(xiàng)目，與電力市場結(jié)合是我們在澳大利亞南澳洲的Whyalla的光儲項(xiàng)目。
先看一下用戶側(cè)儲能項(xiàng)目，這個項(xiàng)目位于北京的世貿(mào)天街，裝機(jī)容量1.4MW，4.2MWh，已經(jīng)被朝陽區(qū)政府認(rèn)定為政府重點(diǎn)工作項(xiàng)目，采用削峰填谷的形式，達(dá)到商業(yè)化的節(jié)能用電。
山西長治熱電儲能聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目，配置9MW，4.5MWh，在項(xiàng)目的執(zhí)行過程中通過不斷的優(yōu)化系統(tǒng)、優(yōu)化策略，從而提升我們系統(tǒng)的響應(yīng)時間、響應(yīng)速率還有它的精度。目前我們整體系統(tǒng)所達(dá)到的調(diào)頻的性能參數(shù)指標(biāo)基本上與我們投資之前所核算的邊界參數(shù)指標(biāo)吻合。同時這個項(xiàng)目在試運(yùn)行的過程中我們也遇到了一些問題，其中就包括與火電廠大容量負(fù)荷互擾的問題，我們也是通過一些策略的調(diào)整，消除了電廠對我們儲能系統(tǒng)的一些顧慮，同時我們自身的性能也得到了一些提升。
微電網(wǎng)是鎮(zhèn)江力信工廠光儲充結(jié)合的項(xiàng)目，6.55MW的分布式光伏，10MW、40MWh鋰電池儲能系統(tǒng)和7套充電樁，可以隨時參加需求側(cè)的響應(yīng)。
西藏羊易的儲能項(xiàng)目是我們公司目前海拔最高的儲能項(xiàng)目，主要采用鉛炭電池和磷酸鐵鋰電池，通過不斷的試驗(yàn)與測試，在調(diào)峰、調(diào)頻、備用等多個課題上開展聯(lián)合研究，為新能源大規(guī)模發(fā)展以及微網(wǎng)的儲能技術(shù)的應(yīng)用做了很多有益的探索。
最后一個是澳洲的Whyally光儲項(xiàng)目，包括三期，光伏18MW，一期已經(jīng)投運(yùn)，二期和三期也在執(zhí)行當(dāng)中。這個項(xiàng)目因?yàn)槲覀冊陉P(guān)口容量一直控制在5兆瓦以內(nèi)，所以我們的光伏電站是一個非調(diào)度電站。澳洲的電力市場又是一個電價波動的市場，它會隨時存在發(fā)生負(fù)電價的情況，所以我們會根據(jù)電力市場的波動，隨時調(diào)節(jié)我們的新能源出力。未來隨著儲能系統(tǒng)的完成和我們EMS系統(tǒng)的改造升級，它可以自動的跟蹤澳洲市場的電價的變化，來實(shí)時調(diào)節(jié)光伏的出力和儲能的出力，并進(jìn)行功能的切換。
我的匯報(bào)到此結(jié)束，謝謝大家。
