電池儲能在電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)及新能源消納中的應(yīng)用

何卓怡，余 音

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局, 廣東 東莞 523000）

近年來我國加大了對新能源的重視力度，開始將新能源發(fā)電引入到電網(wǎng)中，用于緩解當(dāng)前的用電緊張形勢。大規(guī)模集中開發(fā)新能源發(fā)電，不僅易造成電網(wǎng)負荷波動，還可能加大電力消納負擔(dān)，造成不必要的電能損耗或電能浪費，亟待調(diào)整和優(yōu)化。儲能裝置可以通過電化學(xué)原理實現(xiàn)電能的存儲和釋放，按照用電情況削峰填谷、平抑波動，從根本上改善新能源并網(wǎng)的可靠性能和經(jīng)濟效益，值得深入挖掘和應(yīng)用。

1 電力儲能類型及原理分析

我國電力儲能主要包括機械儲能、電磁儲能及電化學(xué)儲能3 種類型，其主要通過機械能、電磁能、化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)能量的儲放，如表1所示。

表1 我國電力儲能的主要類型

我國智慧能源系統(tǒng)中主要采用電池儲能方式，即利用電池組、電解液、電極等形成儲能系統(tǒng)。在充電過程中，儲能裝置中的電容量低于額定容量，此時電池儲能系統(tǒng)可以將多余電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并存儲到系統(tǒng)中，從而達到消峰的效果。反之，在放電過程中，儲能裝置中的電容量高于電力系統(tǒng)電容，此時電池儲能系統(tǒng)可以將存儲的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，釋放到系統(tǒng)中用于填谷。

2 電池儲能系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)

智慧能源平臺中的電池儲能系統(tǒng)構(gòu)建主要包括管理系統(tǒng)和儲能裝置2 大部分。其中，管理系統(tǒng)一般采用分布式管理方式，可適用于大規(guī)模新能源并網(wǎng)，按照儲能需求、資源類型及運行情況快速生成儲放計劃。儲能裝置即為電池，可快速響應(yīng)分布式管理決策，并執(zhí)行有關(guān)充放電任務(wù)，按照分布式管理要求進行儲放，如圖1所示。

圖1 電池儲能系統(tǒng)的構(gòu)建

分布調(diào)度技術(shù)。多能源協(xié)同的電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)全面分析能耗現(xiàn)狀，按照電網(wǎng)用電需求和可靠性指標，做好電能裕度、穩(wěn)定系數(shù)和補償參數(shù)的設(shè)置，保證其能夠快速協(xié)調(diào)和配合，高質(zhì)量、高效益地完成能量轉(zhuǎn)換任務(wù)。尤其是在光伏發(fā)電過程中，要做好用戶側(cè)用電負荷預(yù)測，按照尖峰負荷特性進行有效調(diào)整，保證新能源并網(wǎng)后能夠平穩(wěn)過渡。做好儲能模型的構(gòu)建，按照擴容升級、線路阻塞等情況，適當(dāng)調(diào)整電池儲能裝置的容量裕度，最大限度減少能量損耗。

能量管理技術(shù)。強化部署電池儲能裝置管理平臺，打造“智慧云腦”，依照新能源并網(wǎng)中的各項要求合理開展電耦合，優(yōu)化能源配置及能量供應(yīng)，保證電池儲能系統(tǒng)運行過程中始終處于安全狀態(tài)。尤其是做好過度充放電管理，嚴格控制電池儲能裝置充放電節(jié)點，避免因操作不當(dāng)造成電池損壞。同時在使用過程中須展開電池儲能裝置使用狀態(tài)監(jiān)測，對電池儲能情況實時分析，科學(xué)循環(huán)充電，最大限度地提升電池儲能裝置的穩(wěn)定狀態(tài)。

3 新能源并網(wǎng)中電池儲能裝置的應(yīng)用

3.1 在電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)中的運用

新能源并網(wǎng)時容易引起電網(wǎng)電壓波動，影響電網(wǎng)的安全性能和可靠系數(shù)。為解決上述問題，可在電網(wǎng)中引入電池蓄能裝置，利用其削峰填谷，有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷，保證其始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

優(yōu)化調(diào)度模型。根據(jù)電網(wǎng)負荷狀態(tài)和新能源處理情況，按照24 h 調(diào)查數(shù)據(jù)進行負荷計算，可通過日負荷曲線的標準差、系統(tǒng)負荷、新能源預(yù)測處理、電池裝置的支換能量、棄光電量等，初步調(diào)整出方式，降低棄光電量[1]。

運行成本加權(quán)。考慮綜合計費，可以在市場價格基礎(chǔ)上確定新能源接入后的運行成本，依照該成本設(shè)定系統(tǒng)負荷、新能源預(yù)測處理、裝置交換能量，棄光電量的加權(quán)值，并更新數(shù)據(jù)。

負荷調(diào)節(jié)方案。按照運行成本最低、最小化出力的方式，對運行成本加權(quán)后的調(diào)度模型進行分析，判斷其是否能夠達到最優(yōu)狀態(tài)。若存在差異，則輸出負荷調(diào)控結(jié)果，進行相應(yīng)削峰填谷。

電池儲能裝置在新能源并網(wǎng)過程中可根據(jù)時間節(jié)點進行出力的實時調(diào)整，其精度更高、可靠性更強。與此同時，削峰填谷環(huán)節(jié)電池儲能裝置還實現(xiàn)能源平移，保證出力預(yù)報的精度，已經(jīng)在新能源并網(wǎng)接入過程中廣泛應(yīng)用。

3.2 在新能源消納中的運用

隨著新能源并網(wǎng)裝機量的逐漸加大，按裝機占比、用電時段展開新能源消納已刻不容緩。電池儲能裝置可依照時序生產(chǎn)模型，確定新能源發(fā)電機的實時狀態(tài)，進行負荷預(yù)測及費用計算，為新能源消納提供科學(xué)建議，實用效益顯著。隨著電池儲能技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在大規(guī)模新能源接入過程中要做好儲能類型、儲能容量、額定功率和建設(shè)位置的把控，使新能源并網(wǎng)過程能夠科學(xué)、便捷、經(jīng)濟、高效。

棄光功率。整理歷史照度數(shù)據(jù)及對應(yīng)光伏出力情況，構(gòu)建一一對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)庫。按照限電電量情況完成數(shù)據(jù)對時和錯誤校驗，剔除原始數(shù)據(jù)中的限時時段。對非限電時段數(shù)據(jù)進行多項式擬合處理，確定多項式系數(shù)，推出理論可發(fā)功率。同時對限電時段數(shù)據(jù)進行相同處理，通過擬合的照度-功率曲線推出理論可發(fā)功率。此時，棄光功率為理論可發(fā)功率與歷史出力之差。

容量配置。確定棄光功率后，在電池儲能裝置應(yīng)用的過程中應(yīng)按照NB/T 31055—2014《新能源場站理論可發(fā)電量與棄風(fēng)電量評估導(dǎo)則》計算光伏發(fā)電的棄光功率評估結(jié)果，并設(shè)定初始儲能容量和功率值。此后，每15 min進行一次儲能模擬，當(dāng)存在棄光時啟動電池儲能裝置進行充電，直至達到額定容量后停止。當(dāng)不存在棄光時由電池儲能裝置向外放電，直至電能全部釋放完畢為止。逐次統(tǒng)計光伏消納數(shù)據(jù)，依照消納效果適當(dāng)修改儲能容量及功率值，直至達到理想效果。

運營模式。為進一步提升新能源消納效果，在電池儲能裝置投運環(huán)節(jié)應(yīng)注意做好綜合調(diào)度，在保證成本分攤和收益分配的基礎(chǔ)上形成合理的主體協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)公司、光伏電廠、運營企業(yè)等能夠按照既定協(xié)議獲得相應(yīng)收益。同時，還要在保證新能源消納的基礎(chǔ)上做好單價設(shè)置，盡量使儲能充電電價接近理想電價，放電電價為光伏上網(wǎng)電價，從而最大限度降低電池儲能運營成本。

3 結(jié)束語

儲能裝置在電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)及新能源消納中應(yīng)用時要展開精準的負荷預(yù)測、出力預(yù)報、棄光功率計算等，在該基礎(chǔ)上合理設(shè)置電池儲能裝置容量，調(diào)整充放電模式，使其能夠依照新能源并網(wǎng)現(xiàn)狀進行削峰填谷，全面提升新能源并網(wǎng)的利用率。此外，還要在效益指標下進行運營模式的選擇和電價收益的調(diào)整，圍繞高效利用及經(jīng)濟儲能，形成有利于新能源并網(wǎng)的綜合控制策略，從根本上優(yōu)化系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)。