儲能在有序用電管理中的調峰作用探析

袁文偉

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

《能源發展“十三五”規劃》提出，要積極開展儲能示范工程建設，推動儲能系統與新能源、電力系統協調優化運行。當前，儲能已成為實現智能電網發展目標的關鍵因素。隨著社會經濟的日益發展，電網峰谷負荷差日益增大。因此，研究并發揮儲能在有序用電管理中的調峰作用具有重大意義。

1 儲能技術分類及應用

儲能技術主要分為物理儲能（如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）、電化學儲能（如鉛酸電池、鈉硫電池、鋰離子電池等）和電磁儲能（如超導電磁、超級電容器等）3大類。它在電力系統中的應用可分為可再生能源并網、電力輔助服務、延緩輸配電設施升級以及提高用能經濟性4類。

1.1 可再生能源并網

儲能可用于解決棄風棄光、跟蹤計劃出力和實現平滑輸出。一是在電網調峰能力不足或輸電通道阻塞時，可再生能源發電的出力受限，儲能系統存儲電能，緩解輸電阻塞和電網調峰能力限制；二是在可再生能源出力水平低或不受限的時段，儲能系統釋放電能，提高可再生能源的上網電量。

1.2 電力輔助服務

目前，我國的電力輔助服務由并網發電廠提供。儲能在電力輔助服務中的應用主要包括調頻服務、電壓支持、移峰填谷和備用容量4種。

1.2.1 調頻服務

通過對電網的儲能設備進行充放電和控制充放電的速率，瞬時平衡負荷和發電的差異來調節頻率的波動。

1.2.2 電壓支持

由于電力系統一般通過控制無功來調整電壓，因此將具有快速響應能力的儲能布置在負荷端，并根據負荷需求變化釋放或吸收無功功率，最終發揮電壓調節的作用。

1.2.3 移峰填谷

在電網用電負荷低谷時，儲能存儲電量并在用電高峰時釋放電能，可實現移峰填谷。

1.2.4 備用容量

電力系統的備用容量，應用于常規發電資源無法預期的事故。因此，儲能需保持在線并做好放電準備，可充當系統備用容量。

1.3 延緩輸配電設施升級

電力系統中絕大部分節點的最大負荷，一般發生在一年中的幾天或一年中的幾個小時。為滿足高峰負荷需求，需要升級改造輸配電設施，并通過變壓器、線路擴容來滿足未來10～15年的負荷增長。但是，新的輸配電設施在投產后數年內的利用率一般較低，導致電網投資經濟效益不高。

針對這種情況，若配置儲能，可降低接近過載的輸配電節點潮流，延緩輸配電設施升級，并提供相應足夠的容量來滿足負荷需求，節省電網投資。同時，如果儲能為集裝箱式，可移動應用到其他需要升級的變電站或負荷缺口點，并提供時間以評估負荷是否如預期增長，降低實際負荷不如預期增長和電網投資效益差的風險。

1.4 提高用能經濟性

在提高用能經濟性方面，儲能發揮的主要作用包括峰谷套利和需量電費管理。

1.4.1 峰谷套利

基于分時電價機制，通過儲能在谷電價時段充電、在峰電價時段放電賺取峰谷電價差，節約電度電費。當峰谷價差較大且儲能成本下降到一定范圍時，儲能項目具備盈利空間，可降低用戶的用電成本。

1.4.2 需量電費管理

在兩部制電價機制中，用戶的基本電費可按變壓器容量或最大需量計費。其中，最大需量一般基于用戶每月的最大負荷確定，可由用戶自行申報，但需要對超出最大需量的部分進行罰款。對此，配置一定規模的儲能對用戶的需量進行管理，將最大負荷需求控制在一定范圍內，以減小申報的最大需量，節約需量電費。

2 有序用電的錯峰輪休安排

有序用電是指在電力供應不足、突發事件等情況下，通過行政措施、經濟手段、技術方法等依法控制部分用電需求，維護供用電秩序平穩的管理工作。根據負荷特性，有序用電管理將電網負荷的高峰時段分為日峰和晚峰，其中日峰包括上午峰和下午峰。日峰中，上午峰的時段為9:00—11:30，下午峰的時段為14:00—17:00。晚峰的時段為18:30—21:00。輪休錯峰用戶需要在9:00—21:00期間執行錯峰用電。

在有序用電管理中，原則上將未納入移峰填谷、避峰的工業、商業等電力用戶納入電力用戶錯峰輪休序位表，且該表中需明確電力用戶組別、電力用戶分類、序位、電力用戶名稱、所屬線路、所屬地區、最大負荷、可錯負荷、保安負荷、響應閾值以及錯峰責任人等內容。

有序用電的用戶輪休分配以電力用戶組別為基準，原則上按照有序用電安排輪休錯峰一個周期所含天數進行分組。一般設置為最大可錯負荷均等的7個分組，組別可分別設置成“星期一”至“星期天”（即A～G組，如表1所示）。當發生地區電源性缺電或區域網絡受限缺電時，應先計算一個分組能否滿足負荷缺口。若滿足，則依據限電時長形成“開六停一”的錯峰輪休安排；若不滿足，則需組合計算滿足負荷缺口的兩個或以上分組，并由此形成“開五停二”或以上的錯峰輪休安排。

表1 某市錯峰輪休序位表

3 用戶側電儲能

3.1 電儲能市場

在不同的儲能技術中，電儲能技術不受地理地形環境的限制，可以對電能直接進行存儲和釋放，且鄉村和城市均可使用。因此，電儲能項目逐漸引起能源服務公司和科研機構的廣泛關注，市場規模增長較快。2018年，國內新增投運儲能項目裝機規模為2.3 GW，其中電儲能的新增投運規模最大達0.6 GW，同比增長414%。截至2018年12月底，中國已投運電儲能累計裝機規模為1.01 GW，同比增長159%，如圖1所示。

結合儲能在電力輔助服務和提高用能經濟性應用方面的內容，在一些長期存在電源性缺電和網絡受限缺電疊加的區域建設用戶側電儲能項目。一方面可實現電網負荷的移峰填谷，另一方面可通過峰谷套利、需量電費管理降低用戶的用電成本，綜合效益較高。

圖1 中國已投運電儲能項目的累計裝機分布（截至2018年12月底）

3.2 用戶側電儲能設計方法

用戶側電儲能項目系統設計的主要參數包括儲能額定功率、充放電時間和儲能總容量，具體配置一般遵循以下原則。

（1）儲能額定功率應同時滿足幾方面要求：一是額定功率應小于接入變壓器在電價低谷時的最小剩余容量，并保障充電時變壓器不過載；二是額定功率應小于接入變壓器在電價高峰時的最小負荷，保證放電時的能量消納；三是儲能按額定功率充放電期間，并網線路應不過載。

（2）儲能充放電時間根據用戶的峰平谷用電特性進行設置，一般在電價低谷或平段時充電，在電價高峰時放電，依靠峰谷或峰平電價差實現套利。東莞市10 kV大工業用電分時電價價目表，如表2所示。

表2 東莞市10 kV大工業用電分時電價價目表

（3）儲能總容量一般由額定功率和充放電時間的乘積計算。實際中，儲能一般不按額定功率充放電，其總容量應參考峰時消耗的電量進行配置，同時考慮可調的放電功率填補計劃錯峰負荷，通過移峰填谷避免客戶錯峰輪休。

廣東地區的大工業用電執行兩部制電價，如表3所示。除了峰谷套利，儲能通過需量電費管理降低用戶的用電成本，還需要滿足一個按變壓器容量或最大需量計算基本電費的計算原則，即按申報最大需量計算的基本電費應小于按變壓器容量計算的基本電費。

表3 廣東地區大工業用電基本電價表

假定用戶的變壓器容量為R0，申報的最大需量為R'，根據廣東地區大工業用電的基本電價，當滿足23R0-32R'＞0時，才能發揮儲能節約需量電費的作用。經計算，建成儲能后申報的最大需量應小于變壓器容量的71.875%，才具備節約需量電費的經濟性。

4 案例分析

2018年，東莞市長安鎮某公司建成一用戶側電儲能項目。該項目的儲能系統主要由儲能電池、電池管理系統、儲能變流器和能量管理系統4部分組成。儲能系統設置4座儲能艙，每座艙配置500 kW/1.25 MW·h的鋰電池，儲能額定功率為2 MW，總容量為5 MW·h。

4.1 儲能額定功率校驗

4.1.1 變壓器負載校驗

用戶園區負荷由4臺變壓器供電，4臺變壓器容量均為2 500 kVA，總容量為10 000 kVA。單座儲能艙的最大功率均為500 kW，4座儲能艙的最大充放電功率為2 000 kW。儲能額定功率與變壓器校驗計算表，如表4所示。

表4 儲能額定功率與變壓器校驗計算表

根據表4，儲能按額定功率充放電，滿足變壓器安全運行和電池能量消納的原則要求。

4.1.2 并網線路校驗

4臺并網柜的并網線路均采用2回YJV22-1kV-3×240+1×120電力電纜，采用直埋敷設。根據GB 50217-2018《電力工程電纜設計標準》，該銅芯電纜在環境溫度25 ℃下持續允許載流量為408 A，則最大輸送功率為：

經校驗，并網線路滿足儲能系統輸送單座儲能設備預制艙最大輸送功率500 kW的需求。

4.2 移峰填谷分析

根據年度運行方式和負荷缺口，該用戶被納入錯峰輪休序位，最大可錯負荷為0.297 77 MW。儲能系統實行每天兩充兩放的運行策略，分別在0:00—08:00、12:00—19:00充電，在09:00—12:00、19:00—22:00放電。

假定用戶在9：00-21：00期間有錯峰輪休計劃，其計劃錯峰情況分析如表5所示。

表5 用戶計劃錯峰情況分析表

容量為5 MW·h儲能系統連續放電12 h，則其平均放電功率為0.416 67 MW，大于用戶的最大可錯峰負荷（0.297 77 MW），滿足計劃錯峰的負荷缺口。因此，該用戶可調整納入移峰填谷電力用戶，即通過本儲能系統可避免客戶錯峰輪休并保障正常用電。

為保障電池的使用壽命，儲能一般不設置滿功率充放電。本項目儲能系統的實際充放電功率，由能量管理系統根據用戶負荷特性、變壓器負荷、電池充放電倍率以及關口計量數據進行動態計算。應用本儲能系統，用戶負荷在典型日的移峰填谷效果如圖2所示。

圖2 儲能移峰填谷效果圖

4.3 用能經濟性分析

本儲能系統對提供用戶用能經濟性可從以下兩點進行分析。

（1）在儲能系統的并網柜安裝雙向計量表，有：

用戶某日節約電費分析表，如表6所示。

表6 用戶某日節約電費分析表

（2）儲能系統在用戶負荷峰段放電，可降低最大需量。

月節約需量電費分析表，如表7所示。

表7 月節約需量電費分析表

經表6、表7分析可知，本儲能系統通過峰谷套利和管理需量電費提高了用能經濟性。

5 結 論

本文介紹儲能在電力系統中的應用，從儲能在電力輔助服務和提高用能經濟性的應用出發，提出了用戶側電儲能的主要效益和系統設計方法，并通過一已實施的電儲能項目開展技術驗證，得到了如下結論：

（1）儲能系統在低谷、平段電價時從電網吸收電量，在用電高峰時段放電，實現了移峰填谷，可減少甚至避免客戶錯峰輪休，減輕有序用電管理的錯峰輪休壓力；

（2）在峰谷、峰平電價差的基礎上，儲能在負荷峰期放電，一方面可節約電度電費，另一方面可降低用戶每月最大需量的基本電費，經濟效益明顯。