中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在2001年國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)（CES）上，一位年輕人把幾節(jié)5號(hào)電池和一個(gè)控制電路組裝在鐵盒里，用來給數(shù)碼產(chǎn)品充電。這本是個(gè)解決燃眉之急的小發(fā)明，卻引起一些參展商的注意。一年后，第一代移動(dòng)電源產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。但由于當(dāng)時(shí)電芯技術(shù)尚不成熟、體積較大，而且功能手機(jī)待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3?5天，市場(chǎng)需求尚不旺盛，第一代產(chǎn)品并未引發(fā)太多關(guān)注。
文／本刊記者 張?jiān)皆? 本刊特約記者 彭浩 梁立欣 袁甜
反轉(zhuǎn)出現(xiàn)在十年后。主流的智能手機(jī)、平板電腦等新一代數(shù)碼產(chǎn)品功能多但耗電快，很多人甚至患上“電量焦慮癥”。于是，能夠隨時(shí)補(bǔ)充電量的移動(dòng)電源成為解決這一問題的最佳方案，推出后即實(shí)現(xiàn)了普及和發(fā)展。
有意思的是，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能和移動(dòng)電源的境遇有類似之處——電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)出現(xiàn)多年，但一直很“低調(diào)”，直到2018年才有了“爆發(fā)式增長(zhǎng)”。根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）的統(tǒng)計(jì)，2018年新增投運(yùn)（不包含規(guī)劃、在建和正在調(diào)試的儲(chǔ)能項(xiàng)目）的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能規(guī)模為206.8兆瓦，增速高達(dá)2047.5%。且為2018年全國新增儲(chǔ)能投運(yùn)規(guī)模的36%，是各類儲(chǔ)能中占比最高的一類。
如果說，移動(dòng)電源解決的是電量焦慮，那么電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能解決的則是輔助服務(wù)和新能源消納難題。
從技術(shù)角度看，鋰電池儲(chǔ)能跟蹤負(fù)荷變化能力強(qiáng)、控制精確，并有雙向調(diào)節(jié)能力和削峰填谷的功效，可以解決調(diào)峰問題；從經(jīng)濟(jì)角度上看，鋰電池成本在近年已經(jīng)有了顯著下降，特別是磷酸鐵鋰電池，2018 年，磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)平均中標(biāo)價(jià)已至1.5元/瓦時(shí)左右，這讓其在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能領(lǐng)域更具潛力。
于是短短一年間，江蘇、河南、廣東等地的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目就實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，湖南、甘肅、青海等省區(qū)的項(xiàng)目也進(jìn)入建設(shè)中。其中，哪些電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的模式值得關(guān)注？支撐其發(fā)展的商業(yè)模式又有怎樣的內(nèi)在邏輯？
江蘇：從補(bǔ)位到樞紐
在過去一年中，江蘇的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模大、數(shù)量多、運(yùn)營(yíng)模式先進(jìn)，被認(rèn)為實(shí)質(zhì)啟動(dòng)了國內(nèi)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)。
眾所周知，江蘇處于我國電網(wǎng)的末端，也是特高壓受端電網(wǎng)。當(dāng)下，省內(nèi)火電機(jī)組逐漸面臨退役，新項(xiàng)目審批卻日益嚴(yán)格。隨著新能源裝機(jī)不斷增加，如果僅靠老機(jī)組，調(diào)峰需求很難滿足。江蘇第一批電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站正是因“補(bǔ)位”而生。
以2018年7月中旬項(xiàng)目建成投運(yùn)的鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站（下文簡(jiǎn)稱“鎮(zhèn)江項(xiàng)目”）為例，整個(gè)工程僅用時(shí)2個(gè)月，采用“分布式建設(shè)、集中式控制”建設(shè)原則，利用退役變電站、在運(yùn)變電站空余場(chǎng)地等，分8個(gè)站址建設(shè)了儲(chǔ)能子站，并接入了統(tǒng)一的控制器。
在建設(shè)模式上，鎮(zhèn)江項(xiàng)目普遍采用了預(yù)制艙形式，即把儲(chǔ)能設(shè)備集成到大型集裝箱中，以“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的標(biāo)準(zhǔn)配送模式建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)、工廠加工、土建施工、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)的有效銜接。
2018年夏季負(fù)荷高峰期間，鎮(zhèn)江項(xiàng)目采用“兩充兩放”或“一充一放”運(yùn)行模式參與早、晚用電高峰調(diào)節(jié)。2018年夏季鎮(zhèn)江地區(qū)共出現(xiàn)三輪高溫天氣，期間用電負(fù)荷急劇攀升，利用儲(chǔ)能在高峰時(shí)段放電頂峰，提高電網(wǎng)供電能力10萬千瓦，有效保障了鎮(zhèn)江東部生產(chǎn)生活用電需求。
2018年10月以來，根據(jù)負(fù)荷水平變化，國網(wǎng)江蘇省電力公司進(jìn)一步優(yōu)化鎮(zhèn)江項(xiàng)目調(diào)控策略，除國慶節(jié)、春節(jié)等電網(wǎng)調(diào)峰壓力較大的特殊時(shí)段外，鎮(zhèn)江項(xiàng)目主要采用 AGC模式，設(shè)定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)：緊急功率控制、一次調(diào)頻、AGC，對(duì)提升江蘇大電網(wǎng)頻率考核指標(biāo)起到了良好效果。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，鎮(zhèn)江項(xiàng)目參與緊急功率控制的整體響應(yīng)時(shí)間小于350毫秒，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)量可達(dá)同容量火電機(jī)組50倍，跟蹤AGC指令平均控制精度誤差僅1.03%，各項(xiàng)調(diào)節(jié)指標(biāo)優(yōu)異，可根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度需要快速、精準(zhǔn)動(dòng)作，充實(shí)了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)手段。
但發(fā)揮補(bǔ)位作用只是第一步。國網(wǎng)江蘇電力發(fā)展部規(guī)劃一處副處長(zhǎng)朱寰表示，儲(chǔ)能電站相比一般電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其功能定位、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都要復(fù)雜得多，需要大量的研發(fā)投入。江蘇公司依托項(xiàng)目實(shí)踐，在電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用研究方面取得豐碩成果，部分成果已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，初步形成了較為完善的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。
技術(shù)創(chuàng)新不僅提升了項(xiàng)目質(zhì)量，也讓儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“升級(jí)”。以正在開展前期論證工作的南京江北能源綜合服務(wù)站為例，電站不僅融合了變電站、儲(chǔ)能電站，還加入了數(shù)據(jù)中心、充換電站、無線基站等多種功能單元，提供包含電力等多種能源、數(shù)據(jù)的綜合服務(wù)，期望打造建設(shè)能源高效轉(zhuǎn)換利用、信息廣泛共享互聯(lián)的能源互聯(lián)網(wǎng)基本單元。
江蘇的目標(biāo)是，將電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目從傳統(tǒng)“變電節(jié)點(diǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆湓?、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等特征的能量雙向有序流動(dòng)的能源樞紐，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算、云邊協(xié)同提供數(shù)據(jù)樞紐。
冀北：從被動(dòng)到主動(dòng)
如果說，江蘇省的電網(wǎng)側(cè)項(xiàng)目代表了儲(chǔ)能在大電網(wǎng)受端的應(yīng)用，而位于河北省張家口的國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的儲(chǔ)能項(xiàng)目，則是對(duì)電網(wǎng)送端如何融入新能源提供了有力支撐。
中國電力科學(xué)研究院配電所主任吳鳴曾表示，隨著新能源在電網(wǎng)滲透率加大，其穩(wěn)定運(yùn)行需要更加精細(xì)化的控制策略，儲(chǔ)能不可或缺。
國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程位于張北縣，從2009年開始啟動(dòng)建設(shè)，2011年12月一期工程投產(chǎn)時(shí)，包括14兆瓦/63兆瓦時(shí)的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、2兆瓦/8兆瓦時(shí)的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、2兆瓦/16兆瓦時(shí)的膠體鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、1兆瓦/0.5兆瓦時(shí)的鈦酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括C001-C013 13個(gè)儲(chǔ)能發(fā)電單元，共計(jì)電池單體近30余萬節(jié)投入運(yùn)營(yíng)。
在此后多年的運(yùn)行中，儲(chǔ)能解決了新能源滲透率高、特別是風(fēng)電帶來的各種問題。根據(jù)測(cè)算，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)而言，配置儲(chǔ)能裝置是最好的方式，雖然會(huì)增加3%的場(chǎng)站成本，但可降低20%左右的棄風(fēng)量。以2018年2月的數(shù)據(jù)為例測(cè)算，安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)，減少的棄風(fēng)量相當(dāng)于每月增加盈利約16萬元。
二期工程規(guī)劃建設(shè)的50兆瓦均為磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前已經(jīng)完成13兆瓦/12兆瓦時(shí)，包含3兆瓦/9兆瓦時(shí)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，2套5兆瓦/1.65兆瓦時(shí)電站式虛擬同步機(jī)儲(chǔ)能系統(tǒng)。
虛擬同步發(fā)電機(jī)，可以將新能源發(fā)電設(shè)備等無慣性裝置變?yōu)轭愃仆綑C(jī)的裝置，讓其與電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)源、荷、儲(chǔ)一體化，在實(shí)現(xiàn)降低40%以上成本的同時(shí)，從被動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為主動(dòng)支撐。
2016年， 國家電網(wǎng)有限公司在風(fēng)光儲(chǔ)示范工程開工建設(shè)了首個(gè)應(yīng)用于大電網(wǎng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)示范工程，除風(fēng)電和光伏單元式虛擬同步機(jī)外， 還建成了2座采用虛擬同步機(jī)控制邏輯的集中式儲(chǔ)能電站，這意味著，儲(chǔ)能開始和發(fā)電裝置深入結(jié)合。
針對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的需要，國網(wǎng)冀北電力目前已研發(fā)出六種虛擬同步機(jī)，其中包括光伏虛擬同步機(jī)、風(fēng)電虛擬同步機(jī)和電站式虛擬同步機(jī)三大類。
冀北風(fēng)光儲(chǔ)公司黨委委員、副總經(jīng)理、總工程師劉漢民指出，下一步，將深入開展儲(chǔ)能電站式虛擬同步機(jī)技術(shù)研究，探索儲(chǔ)能參與新能源發(fā)電的調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓等電網(wǎng)輔助服務(wù)。
節(jié)能服務(wù)：從安全到性能提升
韓國儲(chǔ)能電站的火災(zāi)事故為國內(nèi)相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)敲醒了警鐘。國內(nèi)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站建設(shè)，除了要保證技術(shù)先進(jìn)性、高效運(yùn)行，在安全方面同樣需要高度重視。
在解決電網(wǎng)側(cè)安全和性能方面，國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司（簡(jiǎn)稱節(jié)能公司）已經(jīng)在江蘇淮安官塘儲(chǔ)能電站和紅湖儲(chǔ)能電站進(jìn)行了嘗試，通過建設(shè)總?cè)萘繛?6.8兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能項(xiàng)目，積累了從安全保障到性能提升的全方位經(jīng)驗(yàn)。
在安全方面，節(jié)能公司的策略是，采用細(xì)水霧和七氟丙烷雙套安全配置方案。一旦發(fā)生火災(zāi)事故，可以先用傳統(tǒng)的七氟丙烷進(jìn)行滅火，然后通過高壓將水形成微米級(jí)的噴霧把關(guān)，這也是細(xì)水霧第一次運(yùn)用在傳統(tǒng)的電池倉級(jí)的滅火項(xiàng)目上。此外，還對(duì)儲(chǔ)能電池的電芯采取了系統(tǒng)級(jí)控制和預(yù)警技術(shù)，在BMS（電池管理系統(tǒng)）、EMS（能量管理系統(tǒng)）層面增加安全控制能力，提升滅火效率。
在性能方面，節(jié)能公司借助在節(jié)能診斷和分項(xiàng)計(jì)量領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于儲(chǔ)能電站轉(zhuǎn)換效率達(dá)不到要求的問題，研發(fā)了針對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目的分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)。通過在儲(chǔ)能各個(gè)專業(yè)設(shè)備之間，添加直采電能表。借助電能表和計(jì)量系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)人員可以直觀地在儲(chǔ)能站投運(yùn)后，了解各個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和能耗情況，并方便在后續(xù)運(yùn)維中進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化和提升。
此外，項(xiàng)目還在總站上加裝了快速功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在PCS（電池儲(chǔ)能變流器）的基礎(chǔ)上，增加了一套協(xié)議控制器，可以通過專用通信網(wǎng)直接與PCS進(jìn)行連接。在穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候，設(shè)備直接通過EMS進(jìn)行控制，但對(duì)于一些有快速響應(yīng)需求時(shí)，可以通過PCS控制器對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)和控制。與傳統(tǒng)方式借助能源管理進(jìn)行控制調(diào)節(jié)相比，這套系統(tǒng)不論是在調(diào)節(jié)的速度上，還是跟蹤的精準(zhǔn)度上，都有數(shù)量級(jí)提升。
未來幾年，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展速度有望持續(xù)提升，但要在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中大規(guī)模配置儲(chǔ)能，有效疏導(dǎo)投資及運(yùn)營(yíng)成本，優(yōu)化和完善商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式是關(guān)鍵。當(dāng)下，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)大多采取租賃模式，即業(yè)主建立儲(chǔ)能電站后，通過容量或電量租賃，由電網(wǎng)公司支付租賃費(fèi)用，租賃期限結(jié)束后，相關(guān)儲(chǔ)能資產(chǎn)移交給電網(wǎng)公司。由于回報(bào)周期較長(zhǎng)，不足以推動(dòng)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。未來，仍需進(jìn)行模式創(chuàng)新，探索相關(guān)技術(shù)和市場(chǎng)機(jī)制突破的新方向。
