電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)負(fù)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(guó)加大了對(duì)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(shì)。大規(guī)模集中開發(fā)新能源發(fā)電，不僅易造成電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，還可能加大電力消納負(fù)擔(dān)，造成不必要的電能損耗或電能浪費(fèi)，亟待調(diào)整和優(yōu)化。儲(chǔ)能裝置可以通過電化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放，按照用電情況削峰填谷、平抑波動(dòng)，從根本上改善新能源并網(wǎng)的可靠性能和經(jīng)濟(jì)效益，值得深入挖掘和應(yīng)用。

1 電力儲(chǔ)能類型及原理分析

我國(guó)電力儲(chǔ)能主要包括機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能及電化學(xué)儲(chǔ)能3 種類型，其主要通過機(jī)械能、電磁能、化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)放，如表1所示。

表1 我國(guó)電力儲(chǔ)能的主要類型

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

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

智慧能源平臺(tái)中的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)建主要包括管理系統(tǒng)和儲(chǔ)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(chǔ)能需求、資源類型及運(yùn)行情況快速生成儲(chǔ)放計(jì)劃。儲(chǔ)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(jìn)行儲(chǔ)放，如圖1所示。

圖1 電池儲(chǔ)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(biāo)，做好電能裕度、穩(wěn)定系數(shù)和補(bǔ)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(fù)荷預(yù)測(cè)，按照尖峰負(fù)荷特性進(jìn)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(chǔ)能模型的構(gòu)建，按照擴(kuò)容升級(jí)、線路阻塞等情況，適當(dāng)調(diào)整電池儲(chǔ)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(qiáng)化部署電池儲(chǔ)能裝置管理平臺(tái)，打造“智慧云腦”，依照新能源并網(wǎng)中的各項(xiàng)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(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)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(yán)格控制電池儲(chǔ)能裝置充放電節(jié)點(diǎn)，避免因操作不當(dāng)造成電池?fù)p壞。同時(shí)在使用過程中須展開電池儲(chǔ)能裝置使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)電池儲(chǔ)能情況實(shí)時(shí)分析，科學(xué)循環(huán)充電，最大限度地提升電池儲(chǔ)能裝置的穩(wěn)定狀態(tài)。

3 新能源并網(wǎng)中電池儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用

3.1 在電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)中的運(yùn)用

新能源并網(wǎng)時(shí)容易引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，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(fù)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(fù)荷狀態(tài)和新能源處理情況，按照24 h 調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，可通過日負(fù)荷曲線的標(biāo)準(zhǔn)差、系統(tǒng)負(fù)荷、新能源預(yù)測(cè)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(yùn)行成本加權(quán)。考慮綜合計(jì)費(fèi)，可以在市場(chǎng)價(jià)格基礎(chǔ)上確定新能源接入后的運(yùn)行成本，依照該成本設(shè)定系統(tǒng)負(fù)荷、新能源預(yù)測(cè)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(fù)荷調(diào)節(jié)方案。按照運(yùn)行成本最低、最小化出力的方式，對(duì)運(yùn)行成本加權(quán)后的調(diào)度模型進(jìn)行分析，判斷其是否能夠達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。若存在差異，則輸出負(fù)荷調(diào)控結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)削峰填谷。

電池儲(chǔ)能裝置在新能源并網(wǎng)過程中可根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行出力的實(shí)時(shí)調(diào)整，其精度更高、可靠性更強(qiáng)。與此同時(shí)，削峰填谷環(huán)節(jié)電池儲(chǔ)能裝置還實(shí)現(xiàn)能源平移，保證出力預(yù)報(bào)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(yùn)用

隨著新能源并網(wǎng)裝機(jī)量的逐漸加大，按裝機(jī)占比、用電時(shí)段展開新能源消納已刻不容緩。電池儲(chǔ)能裝置可依照時(shí)序生產(chǎn)模型，確定新能源發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)及費(fèi)用計(jì)算，為新能源消納提供科學(xué)建議，實(shí)用效益顯著。隨著電池儲(chǔ)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(chǔ)能類型、儲(chǔ)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(jì)、高效。

棄光功率。整理歷史照度數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)光伏出力情況，構(gòu)建一一對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)庫(kù)。按照限電電量情況完成數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)和錯(cuò)誤校驗(yàn)，剔除原始數(shù)據(jù)中的限時(shí)時(shí)段。對(duì)非限電時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合處理，確定多項(xiàng)式系數(shù)，推出理論可發(fā)功率。同時(shí)對(duì)限電時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)，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(chǔ)能裝置應(yīng)用的過程中應(yīng)按照NB/T 31055—2014《新能源場(chǎng)站理論可發(fā)電量與棄風(fēng)電量評(píng)估導(dǎo)則》計(jì)算光伏發(fā)電的棄光功率評(píng)估結(jié)果，并設(shè)定初始儲(chǔ)能容量和功率值。此后，每15 min進(jìn)行一次儲(chǔ)能模擬，當(dāng)存在棄光時(shí)啟動(dòng)電池儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，直至達(dá)到額定容量后停止。當(dāng)不存在棄光時(shí)由電池儲(chǔ)能裝置向外放電，直至電能全部釋放完畢為止。逐次統(tǒng)計(jì)光伏消納數(shù)據(jù)，依照消納效果適當(dāng)修改儲(chǔ)能容量及功率值，直至達(dá)到理想效果。

運(yùn)營(yíng)模式。為進(jìn)一步提升新能源消納效果，在電池儲(chǔ)能裝置投運(yùn)環(huán)節(jié)應(yīng)注意做好綜合調(diào)度，在保證成本分?jǐn)偤褪找娣峙涞幕A(chǔ)上形成合理的主體協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)公司、光伏電廠、運(yùn)營(yíng)企業(yè)等能夠按照既定協(xié)議獲得相應(yīng)收益。同時(shí)，還要在保證新能源消納的基礎(chǔ)上做好單價(jià)設(shè)置，盡量使儲(chǔ)能充電電價(jià)接近理想電價(jià)，放電電價(jià)為光伏上網(wǎng)電價(jià)，從而最大限度降低電池儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)能裝置在電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)及新能源消納中應(yīng)用時(shí)要展開精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、出力預(yù)報(bào)、棄光功率計(jì)算等，在該基礎(chǔ)上合理設(shè)置電池儲(chǔ)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(jìn)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(biāo)下進(jìn)行運(yùn)營(yíng)模式的選擇和電價(jià)收益的調(diào)整，圍繞高效利用及經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)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)。