談儲(chǔ)能在新能源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展中的重要作用

●李俊正

儲(chǔ)能技術(shù)可以說是我國新能源產(chǎn)業(yè)革命的核心，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。由于?chǔ)能技術(shù)的存儲(chǔ)方式不同，在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用也會(huì)存在一定的差異，故而就需要合理選擇儲(chǔ)能技術(shù)，以確保其自身功效的充分發(fā)揮，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

一、儲(chǔ)能在新能源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展中的作用

人類在長期發(fā)展的過程中,需合理應(yīng)用儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)平衡、發(fā)電、輸電、配電和用電等多項(xiàng)內(nèi)容，保證電網(wǎng)的安全靈活運(yùn)行。目前新能源發(fā)展速度明顯加快，這也對(duì)儲(chǔ)能發(fā)展提出了更為嚴(yán)格的要求。結(jié)合電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配和用電特性和儲(chǔ)能技術(shù)在多個(gè)環(huán)節(jié)的功效，能夠明確儲(chǔ)能技術(shù)在新能源及電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展的發(fā)電側(cè)、大電網(wǎng)、配電網(wǎng)及用戶側(cè)的積極作用。

二、儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)的作用

傳統(tǒng)火電機(jī)組中，儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)中的應(yīng)用能夠顯著提高機(jī)組的效率，對(duì)輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行有著十分積極的作用，這可以保證動(dòng)態(tài)運(yùn)行的質(zhì)量和效率，且暫緩使用新建機(jī)組，甚至取代新建機(jī)組。工作人員要充分結(jié)合當(dāng)前發(fā)電曲線和調(diào)度中心的基本要求，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電與放電，或者也可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的基本情況對(duì)機(jī)組的總輸出量加以調(diào)整，從而確保發(fā)電機(jī)組以額定功率規(guī)定值穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)的調(diào)峰能力得到提升。另外，發(fā)電機(jī)組用電過程中還可及時(shí)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在高峰用電時(shí)段提高負(fù)荷放電的效率，并且可以以較快的速度向負(fù)荷放電，促進(jìn)電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電機(jī)組中，儲(chǔ)能是一種較為先進(jìn)也是較為新穎的技術(shù)。其一方面能夠保證新能源發(fā)電的穩(wěn)定性和連續(xù)性，另一方面也可增強(qiáng)電網(wǎng)的柔性與本地消化新能源的能力。在風(fēng)電場當(dāng)中，其能夠有效提升風(fēng)電調(diào)節(jié)的能力，保證風(fēng)電輸出的順暢性。儲(chǔ)能在集中式的并網(wǎng)光伏電站中能夠加強(qiáng)電力調(diào)峰的有效性，而且還可提高電能的質(zhì)量，電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中不易出現(xiàn)異常問題。

（一）充分發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用，轉(zhuǎn)移風(fēng)電和光伏發(fā)電的峰谷

利用儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存剩余的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，以及調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)和要求，來對(duì)充放電的時(shí)間進(jìn)行確定。若是采用這種模式，儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還需要依據(jù)風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電輸出功率的最值區(qū)域，確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的高峰期是儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電期，儲(chǔ)能系統(tǒng)充分利用了風(fēng)力發(fā)電的剩余電量。如儲(chǔ)能系統(tǒng)處于非滿電的狀態(tài)，則系統(tǒng)就會(huì)從大電網(wǎng)吸收電能使其處于滿電狀態(tài)。而在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的低谷時(shí)期，儲(chǔ)能系統(tǒng)則會(huì)處于放電的狀態(tài)，這也是實(shí)現(xiàn)峰谷轉(zhuǎn)移的主要方式。

（二）加大跟蹤力度，增強(qiáng)新能源并網(wǎng)能力

跟蹤計(jì)劃出力通常是指結(jié)合計(jì)劃出力曲線，加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能充電與放電的控制，確保輸出功率與計(jì)劃出力差不超出規(guī)定的范圍，讓新能源發(fā)電功率可滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求，以增強(qiáng)電網(wǎng)的應(yīng)用及新能源的并網(wǎng)能力。儲(chǔ)能在跟蹤計(jì)劃出力能量調(diào)度和調(diào)整中，首先要合理應(yīng)用新能源達(dá)到其發(fā)電的目的，確保能源發(fā)電充分滿足發(fā)電負(fù)荷的基本需求。如有多余的能量，則可將其作為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的重要能源來源。其次，新能源發(fā)電不能為系統(tǒng)運(yùn)行提供充分的能源，而且儲(chǔ)能系統(tǒng)電量較多，儲(chǔ)能系統(tǒng)在這種狀態(tài)下需不斷放電，從而確保系統(tǒng)提供的總電量能夠促進(jìn)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。最后，如計(jì)劃出力曲線不在風(fēng)電場和光伏電場的調(diào)控區(qū)間，則要以計(jì)劃出力曲線為基礎(chǔ)，調(diào)整風(fēng)電電場及光伏電廠發(fā)電場輸出功率。

（三）穩(wěn)定新能源發(fā)電，保證系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量

平滑新能源發(fā)電出力主要指儲(chǔ)能系統(tǒng)多次充放電，平滑新能源可在較短的時(shí)間內(nèi)輸入，從而確保爬坡率及爬坡的幅度能夠滿足調(diào)度的基本需要和要求，從而提高風(fēng)電和光伏發(fā)電的穩(wěn)定性。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠利用科學(xué)的逆變控制程序加強(qiáng)電壓的長期穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理想的質(zhì)量控制，徹底改善電能的質(zhì)量，且風(fēng)力和光伏發(fā)電站的運(yùn)行質(zhì)量也將得以改善。

（四）與現(xiàn)有發(fā)電廠進(jìn)行合作，有效提供服務(wù)質(zhì)量

與發(fā)電廠之間形成通力合作關(guān)系，并提供常規(guī)電源頻率響應(yīng)的基本特征以及完善的調(diào)頻輔助服務(wù)，上述操作可極大地推動(dòng)儲(chǔ)能的參與度和發(fā)電側(cè)的應(yīng)用。在調(diào)頻輔助服務(wù)中應(yīng)用儲(chǔ)能獲取的收益主要包含一次調(diào)頻考核的費(fèi)用、AGC調(diào)節(jié)考核費(fèi)用和AGC調(diào)節(jié)補(bǔ)償費(fèi)用。參照儲(chǔ)能電池參與電力輔助服務(wù)的發(fā)展趨勢，儲(chǔ)能系統(tǒng)與發(fā)電廠的充分結(jié)合，提供靈活多變的調(diào)頻輔助服務(wù)已經(jīng)成為關(guān)鍵的發(fā)展方向，這對(duì)增大電力市場的經(jīng)濟(jì)效益有著十分顯著的影響。

三、儲(chǔ)能在大電網(wǎng)的關(guān)鍵作用分析

儲(chǔ)能在大電網(wǎng)中的作用充分體現(xiàn)在積極適應(yīng)出力負(fù)荷變化，促進(jìn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、滿足尖峰負(fù)荷的需求、減少輸電設(shè)備投資、增強(qiáng)風(fēng)光發(fā)電出力的穩(wěn)定性，提高新能源消納能力方面。

（一）積極適應(yīng)出力負(fù)荷變化，推動(dòng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

電網(wǎng)運(yùn)行中的很多環(huán)節(jié)均有著十分嚴(yán)格的要求，大容量儲(chǔ)能接入電網(wǎng)后可十分有效地滿足電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。應(yīng)用儲(chǔ)能后可以完成需求側(cè)管理，提高負(fù)荷分配的合理性，從而降低晝夜間峰谷差，并且還可加強(qiáng)電力設(shè)備應(yīng)用的有效性，降低供電成本投入，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)性和穩(wěn)定性，這也是調(diào)整頻率和補(bǔ)償波動(dòng)的主要方式。

儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)頻中的應(yīng)用發(fā)揮著不可忽視的作用。調(diào)頻直接影響了電網(wǎng)的運(yùn)行安全。新能源發(fā)電在電網(wǎng)中的占比顯著增大，電網(wǎng)發(fā)展中應(yīng)提供可及時(shí)處理和應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化的電力資源，這能夠保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。因此，區(qū)域內(nèi)調(diào)頻資源響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的速度對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行安全也有著不可忽視的作用。從儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)來看，則可看出儲(chǔ)能的速度較快，精確度較高，充放電功率也相對(duì)較高。相比于傳統(tǒng)的調(diào)頻手段，儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)頻中的應(yīng)用具有較為顯著的優(yōu)勢。相同的規(guī)模下儲(chǔ)能調(diào)頻的效率比水電機(jī)組的效率大70%，其也是燃?xì)鈾C(jī)組調(diào)頻效率的2.7倍，甚至為火電機(jī)組的20倍。電費(fèi)運(yùn)營商、儲(chǔ)能技術(shù)廠家等多個(gè)單位研究中發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能在調(diào)頻中的應(yīng)用效果明顯優(yōu)于火電機(jī)組，保證了系統(tǒng)整體調(diào)控的質(zhì)量。國際研究報(bào)告中也明確指出，儲(chǔ)能在諸多方式中的應(yīng)用效果最為理想。

（二）確保尖峰負(fù)荷需求得到滿足，降低輸電設(shè)備投資

為全面控制電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差和高峰負(fù)荷明顯增多的困境，電力企業(yè)在日常的經(jīng)營和發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)積極增加輸配電系統(tǒng)，從而保證負(fù)荷高峰期電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，這也使大系統(tǒng)的負(fù)荷率和資產(chǎn)綜合利用率顯著降低。在用電高峰時(shí)可起到電源的作用，釋放大量的電能。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的過程中對(duì)峰谷差控制有著十分重要的作用。而且其還可調(diào)整峰谷差。輸配電系統(tǒng)為了更加有效地處理負(fù)荷高峰期，需要引入更多的電力設(shè)備，但是電力設(shè)備并未得到充分合理的應(yīng)用，且新建擴(kuò)建也受到多個(gè)因素的負(fù)面影響。而在這一過程中，儲(chǔ)能的作用通常體現(xiàn)在了延遲輸配電設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)，同時(shí)也可控制負(fù)荷變化后所引發(fā)的電力系統(tǒng)賠升級(jí)改造，及系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)過程中的成本比較。

（三）提高風(fēng)光發(fā)電出力的穩(wěn)定性，提高新能源消納能力

新能源應(yīng)用于發(fā)配電過程中，風(fēng)能與太陽能不能保證其持續(xù)性和穩(wěn)定性，因此電網(wǎng)接入的隨機(jī)性和流動(dòng)性均顯著提升。研究顯示，若風(fēng)電和光伏發(fā)電等新能源的發(fā)電機(jī)組或電量超過本國發(fā)電量的某一范圍，則需要結(jié)合實(shí)際配備大容量儲(chǔ)能設(shè)備，從而顯著提升電網(wǎng)順應(yīng)和應(yīng)用新能源的能力。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中合理應(yīng)用大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)新能源發(fā)電率的穩(wěn)定性有著十分重要的影響，其也可保證新能源發(fā)電電網(wǎng)電壓、頻率與相位變化相匹配。進(jìn)而減少新能源發(fā)電輸出電壓波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響，而且也可加強(qiáng)風(fēng)電和太陽能電力并網(wǎng)的安全性及穩(wěn)定性，此時(shí)電網(wǎng)能夠吸收更多的新能源。

（四）儲(chǔ)能在配電網(wǎng)及用戶側(cè)的作用

在配電網(wǎng)及用戶側(cè)中，儲(chǔ)能的應(yīng)用形式主要有兩種：一是分布式電源與儲(chǔ)能聯(lián)合的方式；二是微網(wǎng)形式。工作人員要結(jié)合實(shí)際情況，選擇合理方式來實(shí)現(xiàn)分布式電源、儲(chǔ)能及用戶三者之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，進(jìn)而改善電能供應(yīng)質(zhì)量，滿足用戶的用電需求。分布式電源本身就具有靈活性的特征，其在配電網(wǎng)和用戶側(cè)中起到了應(yīng)急電源的作用，保證電力系統(tǒng)在故障狀態(tài)下電能的有效供應(yīng)，從而滿足區(qū)域固定時(shí)段內(nèi)的用電需求。而儲(chǔ)能作為分布式發(fā)電機(jī)微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在穩(wěn)定系統(tǒng)輸出、加強(qiáng)電能調(diào)度靈活性、提供備用電源上有著突出作用，同時(shí)這也是提升可再生能源技術(shù)應(yīng)用效率的關(guān)鍵要素。

1.平滑負(fù)荷曲線，穩(wěn)定系統(tǒng)輸出。通過對(duì)使用儲(chǔ)能設(shè)備的用戶和未使用儲(chǔ)能設(shè)備的用戶進(jìn)行對(duì)比分析可以看出，使用儲(chǔ)能設(shè)備的用戶其平滑負(fù)荷曲線明顯比未使用的用戶要平穩(wěn)很多，這足以說明，儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用降低了系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷量，保證發(fā)電機(jī)等設(shè)備在不同情況下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用也避免了分布式電源啟動(dòng)中存在的問題，如涌流、電壓跌落、電壓脈沖等，更好地保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.充當(dāng)備用電源，滿足緊急用電需求。分布式電源中儲(chǔ)能設(shè)備還可以起到備用作用。例如，當(dāng)分布式電源中太陽能系統(tǒng)無法進(jìn)行夜間供電時(shí)，或者風(fēng)電系統(tǒng)存在無風(fēng)情況時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備可為系統(tǒng)運(yùn)行提供合理的備用電源，以保證維修階段內(nèi)，系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少更嚴(yán)重問題的產(chǎn)生。

3.實(shí)現(xiàn)分布式電源友好發(fā)電特性，滿足系統(tǒng)調(diào)度需求。分布式電源屬于不可調(diào)度機(jī)組，不過在儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用下，對(duì)其實(shí)行合理轉(zhuǎn)化，提升了其調(diào)度性能，更好地滿足了系統(tǒng)運(yùn)行要求，且在必要時(shí)能夠?yàn)榇箅娋W(wǎng)提供充足的電能供應(yīng)，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。另一方面，儲(chǔ)能引起自身容量大，增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度的靈活性，保證了經(jīng)濟(jì)效益的平衡，促進(jìn)電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

四、結(jié)語

總之，儲(chǔ)能本身并不是新興技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來看，其正處在初級(jí)發(fā)展階段。同發(fā)達(dá)國家相比，我國在儲(chǔ)能的發(fā)展上還存在一定的不足，需要加大對(duì)其研究力度，并制定完善的扶持政策，以推動(dòng)儲(chǔ)能的進(jìn)一步發(fā)展，為我國電網(wǎng)提供更多技術(shù)支持。