用戶側(cè)儲能系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

楊樹全

安徽海螺新能源有限公司 安徽蕪湖 241070

1 儲能產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀

近年來，基于全球環(huán)境的變化，各國對可再生能源的大力扶持，風(fēng)電、光伏等清潔能源裝機規(guī)模迅速擴大，但可再生能源的間歇波動特性嚴(yán)重制約了其并網(wǎng)能力，導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光、限電等現(xiàn)象屢見不鮮。中國2018年棄光電量54.9億千瓦時，全國平均棄光率3%；棄風(fēng)電量277億千瓦時，平均棄風(fēng)率7%；棄水電量691億千瓦時，平均棄水率5%。僅此三類清潔能源就損失了1000多億千瓦時電量。

可再生能源消納難的問題難以解決，對配置儲能的需求就日益強烈。儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲能能夠為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動、需求響應(yīng)支撐等多種服務(wù)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性的重要手段；儲能能夠顯著提高風(fēng)、光等可再生能源的消納水平，支撐分布式電力及微網(wǎng)，是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關(guān)鍵技術(shù)；儲能能夠促進(jìn)能源生產(chǎn)消費開放共享和靈活交易、實現(xiàn)多能協(xié)同，是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，推動電力體制改革和促進(jìn)能源新業(yè)態(tài)發(fā)展的核心基礎(chǔ)[1]。

儲能技術(shù)主要有物理儲能、化學(xué)儲能、電磁儲能三種。物理儲能建設(shè)需要一定的自然條件，建設(shè)周期較長。電磁儲能尚處于實驗室研發(fā)階段，實際應(yīng)用較少?；瘜W(xué)儲能由于技術(shù)相對成熟，應(yīng)用空間最為廣泛，隨著持續(xù)投入研發(fā)以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，成本還有很大的下行空間，未來有可能成為最具發(fā)展前景的儲能路線。從技術(shù)特點考慮，鋰電池具有存儲密度高，循環(huán)次數(shù)多，快速充放電等優(yōu)點，最適合用戶側(cè)儲能。

2 用戶側(cè)儲能的市場前景

截止2018年底，我國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模達(dá)31.3GW，占全球儲能市場總體規(guī)模的17.3%，其中電化學(xué)儲能累計裝機規(guī)模達(dá)1.1GW。CNESA研究部預(yù)測，預(yù)計到2019年底，我國電化學(xué)儲能的累計投運規(guī)模將達(dá)到1.92GW，年增速89%。在“十三五”的收官之年，即2020年，將延續(xù)超過70%的年增長速度，到2021年，儲能的應(yīng)用將在全領(lǐng)域鋪開，規(guī)?；a(chǎn)趨勢明顯，從而推動儲能系統(tǒng)成本的理性下降。隨著電力體制改革的進(jìn)一步推進(jìn)，推動市場化機制和價格機制的儲能政策將為儲能應(yīng)用帶來新一輪的高速發(fā)展，市場需求也將趨于剛性。在此背景下，電化學(xué)儲能的規(guī)模將實現(xiàn)兩連跳，2022年突破10GW，2023年接近20GW。

在國內(nèi)儲能技術(shù)的分布中，鋰電池的裝機比例達(dá)到了59%，占據(jù)了主導(dǎo)地位。未來在成本下降和技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動下，鋰離子電池儲能裝機還將持續(xù)大規(guī)模增長。用戶側(cè)儲能應(yīng)用有良好的應(yīng)用價值和發(fā)展機遇，目前部分峰谷電價差較大地區(qū)的儲能項目已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定經(jīng)濟性。我國有約350家國家級工業(yè)園區(qū)，超1000家省級工業(yè)園區(qū)，這些工業(yè)園區(qū)為用戶側(cè)儲能的發(fā)展提供了土壤。在峰谷電價差較大的地區(qū)，工業(yè)園區(qū)配套儲能能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，為用戶側(cè)儲能提供了巨大的市場。

3 系統(tǒng)集成技術(shù)研究

以3.0MW/12MWh儲能系統(tǒng)為例，由6臺500KW/2MWh儲能集裝箱，通過兩臺2000kVA雙分裂變壓器接入交流母線來進(jìn)行系統(tǒng)集成研究。

3.1 化學(xué)儲能系統(tǒng)

3.0MW/12MWh儲能系統(tǒng)分成6個2.0MWh子系統(tǒng)集裝箱，單個2.0MWh子系統(tǒng)可由14個160kWh電池柜、1個控制柜（含UPS）、1個匯流柜組成；電池柜與儲能系統(tǒng)變換器之間通過CAN進(jìn)行通信；逆變器集裝箱3個，集成6個500kw儲能逆變器，及EMS監(jiān)控系統(tǒng)和電池直流匯流柜[2]。

3.2 集裝箱鋰電池系統(tǒng)

500kW/2MWh集裝箱儲能系統(tǒng)是由集裝箱箱體（含配電）、PCS、自動消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)（含機架、電池組、直流匯流柜）組成。其中：自動消防系統(tǒng)采用七氟丙烷為主要材料的自動滅火系統(tǒng)，應(yīng)安裝有自動報警裝置，具備聯(lián)動功能。MW級儲能電池系統(tǒng)，從電芯到電池陣列，采用模塊化的集成，電池系統(tǒng)采用3級BMS控制架構(gòu)。

3.3 BMS管理系統(tǒng)

通過外箱上CAN接口可以檢測、監(jiān)測電池的狀態(tài)、充放電電流、電壓、自檢和故障診斷功能等。管理系統(tǒng)的軟件更新、升級具有外接充電控制和實時監(jiān)控通信功能、SOC估算功能、箱體熱管理功能、電池高壓控制、充放電管理、電池最新運行數(shù)據(jù)記錄等。

3.4 儲能變流器（PCS）系統(tǒng)

儲能逆變器采用功率器件以及數(shù)字控制技術(shù)，提高控制性能和系統(tǒng)的可靠性，適合于不同電池充放電需要，并且在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行模塊化集成。具備雙向逆變，對電池充電、放電功能和完善的顯示和通訊功能。接受微電網(wǎng)控制系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)指令，在允許范圍內(nèi)實現(xiàn)有功及無功功率無級調(diào)節(jié)[3]。

3.5 EMS能量管理系統(tǒng)

當(dāng)儲能系統(tǒng)工作在并網(wǎng)運行狀態(tài)下系統(tǒng)可分為兩種狀態(tài)，并網(wǎng)充電和并網(wǎng)放電。儲能系統(tǒng)除具備并網(wǎng)運行能力外，還具有孤島運行能力。在孤島運行模式下具有并聯(lián)其他發(fā)電設(shè)備運行的能力，當(dāng)儲能變流器處于離網(wǎng)運行模式時，系統(tǒng)中部分儲能變流器采用V/f控制方式，建立并維持系統(tǒng)的電壓及頻率，為系統(tǒng)搭建基礎(chǔ)電網(wǎng)。

3.6 監(jiān)控后臺系統(tǒng)

具備數(shù)據(jù)采集、處理，實時數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)庫管理、圖形編輯、曲線、報表、運行監(jiān)控等。實時監(jiān)視儲能調(diào)頻系統(tǒng)的運行狀態(tài)、機組AGC模式和運行狀態(tài)、AGC指令與實際出力、儲能系統(tǒng)充放電速率和SOC狀態(tài)、各類設(shè)備運行和告警信息，并進(jìn)行控制模式、控制算法切換等操作。

4 儲能電站實施的意義

儲能調(diào)峰是以儲能電站為手段，通過調(diào)節(jié)企業(yè)購電模式，不影響企業(yè)生產(chǎn)用電的前提下，節(jié)省企業(yè)用電費用。隨著近幾年儲能技術(shù)的逐漸成熟，國內(nèi)儲能運用越來越廣泛，尤其在發(fā)電和用電側(cè)的運營已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化運行。儲能系統(tǒng)在用戶側(cè)的應(yīng)用有很多功能和價值：

4.1 削峰填谷

實行峰谷分時電價，有利于鼓勵用戶合理轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷，削峰填谷，降低峰谷時段的用電負(fù)荷率，提高系統(tǒng)設(shè)備容量的利用效率和節(jié)約能源。對用戶，高峰時段少用電、低谷時段多用電，有利于降低用電成本；對社會，有利于減少或延緩電力投資，促進(jìn)社會資源的合理配置。該系統(tǒng)具有能量搬移的功能，實現(xiàn)電網(wǎng)平滑輸出，而且利用峰谷電價差賺取收益。

4.2 提高供電可靠性

電網(wǎng)停電時會造成生產(chǎn)停工損失和產(chǎn)品報廢，儲能系統(tǒng)可以作為UPS電源支持重要負(fù)荷的連續(xù)運行，從而為用戶帶來經(jīng)濟效益。

4.3 避免電力增容

隨著企業(yè)不斷發(fā)展，用戶不斷增加用電設(shè)備，原來的配電變壓器容量不能滿足，重新申請電力增容不僅花費巨大，而且存在一定的審批周期。建設(shè)儲能電站通過負(fù)荷跟蹤控制，可以避免增容，節(jié)省費用。

4.4 平抑功率波動

隨著企業(yè)環(huán)保理念與社會責(zé)任感的不斷提高，企業(yè)安裝太陽能與風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)越來越多，同時帶來發(fā)電功率的波動。通過儲能可迅速平抑功率波動，提高用戶用電質(zhì)量與滿足電網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)定的要求。

4.5 促進(jìn)碳減排，提升社會效益

隨著全面啟動全國碳交易市場漸行漸近，用戶側(cè)儲能在降低企業(yè)碳排放總量、推動產(chǎn)業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展等方面將發(fā)揮重要作用，為企業(yè)帶來可觀的碳排放權(quán)配額交易經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保、綠色的社會影響[4]。

5 結(jié)語

原來的我們的理念是“電從遠(yuǎn)方來”，發(fā)展特高壓來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離送電，而未來是“電從身邊來”。儲能電站作為新興的技術(shù)、新興的產(chǎn)業(yè)，從示范應(yīng)用至今，雖然問題一直相伴相生，但朝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的信號日趨明顯，社會對儲能發(fā)展的信心也是前所未有的高漲。同時，用戶側(cè)是儲能應(yīng)用的最大市場，也是持續(xù)保持高增長的一個領(lǐng)域。特別是工商業(yè)用戶端的儲能是我國用戶側(cè)儲能的主要形式，可以與光伏、風(fēng)電等系統(tǒng)聯(lián)合使用，又可以獨立存在，是幫助電力用戶實現(xiàn)分時電價管理的理想手段，可以降低電量電價和容量電價。目前系列政策的出臺為儲能產(chǎn)業(yè)大發(fā)展蓄勢，行業(yè)到了爆發(fā)的臨界點，儲能的春天正在到來。