凌震宇

上海電力綠色能源有限公司 上海 200126

引言

自20世紀90年代起，我國已經(jīng)逐漸針對電力需求側(cè)管理技術(shù)進行大力推廣，而電力需求側(cè)在管理工作中主要是針對企業(yè)或者是終端用戶實現(xiàn)的精細化管理以及對企業(yè)用電進行全方位管理。在當(dāng)前電力系統(tǒng)節(jié)能服務(wù)工作中，企業(yè)越來越重視用戶側(cè)的節(jié)能手段，在該過程中逐漸產(chǎn)生可觀的收益。并且作為以節(jié)能服務(wù)為主的相關(guān)企業(yè)，以用戶側(cè)作為節(jié)能工作的重心逐漸成為當(dāng)前新興行業(yè)的重要節(jié)點。通過對用戶當(dāng)前節(jié)能狀況，以及用戶潛在的節(jié)能潛力，提出更加高效的節(jié)能減排方案。過去在電力系統(tǒng)中，發(fā)電、用電可以同時進行，如此導(dǎo)致在用電高峰的時候所造成的發(fā)電壓力是非常大的，但是在用電低谷的時候往往又出現(xiàn)大量的電力被閑置，導(dǎo)致大量電力資源被浪費。電力系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用可以幫助電力系統(tǒng)中生產(chǎn)調(diào)動更加順利，可以有效地提高電力設(shè)備利用率，降低電網(wǎng)壓力，在電力系統(tǒng)應(yīng)用中更好的保證用電安全，降低故障發(fā)生的概率，如此不僅可以降低電網(wǎng)建設(shè)以及電網(wǎng)維護的資金投入，并且可以實現(xiàn)現(xiàn)有的外延擴張性的發(fā)展模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)涵增效型，在電力系統(tǒng)用戶側(cè)的應(yīng)用更加廣泛、高效。

1 電化學(xué)儲能技術(shù)的意義與作用

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)能源供應(yīng)中主要以煤炭能源為主，但是目前世界上煤炭能源逐漸匱乏，并且生態(tài)環(huán)境也在不斷的惡化之中，所以新能源技術(shù)的研究與發(fā)展是必然趨勢，新能源發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模正在不斷的擴大，在當(dāng)前電力應(yīng)用中所發(fā)揮的角色越來越重要。在傳統(tǒng)的發(fā)電模式中，比如火力發(fā)電，一般根據(jù)電網(wǎng)的用電需求整個過程需要進行發(fā)電、輸電、配電以及用電等幾個步驟進行電力的調(diào)度和調(diào)整；而新能源，例如風(fēng)能、太陽能等為基礎(chǔ)的新能源技術(shù)更多的是依賴自然資源，所以受自然環(huán)境的影響比較大，整個發(fā)電過程的波動性和間歇性比較明顯，因此在發(fā)電過程中想要進行合理的調(diào)節(jié)控制比較困難，并且將此類電力發(fā)電并網(wǎng)之后所帶來的不利影響也是巨大的。而電化學(xué)儲能技術(shù)的應(yīng)用對于新能源發(fā)電的波動性以及間歇性可以起到很好的緩解作用，從而使得電網(wǎng)的運行更加安全穩(wěn)定，尤其是在用戶側(cè)應(yīng)用中更加穩(wěn)定，大大提高用電效率，降低自然環(huán)境對新能源發(fā)電的影響，讓其優(yōu)勢更加突出。

在傳統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)電中，電網(wǎng)負荷始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，也不會發(fā)生儲能問題，但是電力的動態(tài)平衡狀態(tài)所帶來的問題是用電高峰會面臨巨大的用電壓力，而在用電低谷會造成大量的電力資源被浪費，所以這種供電模式已經(jīng)逐漸不適用于當(dāng)前新興社會發(fā)展模式，尤其是對于之后的電力調(diào)度管理以及安全維護等工作帶來了更多的不便之處。同時伴隨著電力系統(tǒng)的應(yīng)用越來越重要，想要維持用電高峰期的用電穩(wěn)定性，必然需要投入大量的資金用于輸電設(shè)備購置，導(dǎo)致電力設(shè)備的總利用降低，提高用電成本。而電化學(xué)儲能技術(shù)的引入，不僅有效的提高電力應(yīng)用率，供電用電不會在同一時段產(chǎn)生波峰，因此對維持電力平衡狀態(tài)有著極為重要的意義。在這種新的儲能理念的推動之下電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計、輸配電調(diào)度等也將發(fā)生根本性的變革。

2 電化學(xué)儲能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂的電化學(xué)儲能技術(shù)實際上就是通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換，借此進行能量存儲。電池是在電化學(xué)儲能中最常用的載體之一。而電池發(fā)展至今種類眾多，并且其內(nèi)部材料以及工作原理都存在非常大的區(qū)別，但是其內(nèi)部核心大同小異，基本都是由正極、負極、隔膜以及電解質(zhì)組成。其儲能的過程為化學(xué)反應(yīng)正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。電化學(xué)儲能技術(shù)是當(dāng)前一種被廣泛關(guān)注的儲能形式，使用該儲能方法的優(yōu)勢是根據(jù)不同的應(yīng)用需求自由的進行配置，受地理因素的限制非常小，在大規(guī)模實際應(yīng)用中非常適合，但是使用電化學(xué)儲能的缺點是使用壽命比較短，并且成本比較高，這是目前電池在實際應(yīng)用中的最大阻礙。目前鋰離子電池、鉛酸電池等相關(guān)研究逐漸趨于成熟，而大規(guī)模儲能電池如鈉硫電池、全釩液流電池等也取得了一定的研究成果。

3 用戶側(cè)儲能應(yīng)用

3.1 充電站

目前在用戶側(cè)儲能應(yīng)用中比較常用場景為光儲充一體化應(yīng)用，使用該體系的主要優(yōu)勢為不僅可以有效緩解在充電高峰期充電樁在大量應(yīng)用時所產(chǎn)生的大電流充電區(qū)域?qū)τ陔娋W(wǎng)所造成的沖擊，另一方面可以通過電力應(yīng)用峰谷差價為充電站的應(yīng)用帶來較大的經(jīng)濟效益，目前充電站已經(jīng)在各大區(qū)域試點建設(shè)。

3.2 用戶側(cè)儲能電池的選擇

目前在用戶側(cè)儲能電池選擇中因為電化學(xué)儲能技術(shù)比較成熟并且適用范圍比較廣，因此應(yīng)用也相對比較廣泛。綜合電池各方面的指標(biāo)以及用戶側(cè)使用的基本情況統(tǒng)計分析，不同電池的應(yīng)用性能對比如下：首先全釩電池具有非常高的循環(huán)次數(shù)，但是全釩電池的能量密度低，需要維護的成本比較高，而鋅鎳電池其本身的性質(zhì)存在問題，所以在實際應(yīng)用中很難進行推廣。而鉛炭電池在初期使用中由于其成本相對較低，并且可以回收利用被廣泛應(yīng)用，通常鉛炭電池的折舊回收率大約為30%，其成本優(yōu)勢還是十分明顯的，但是在實際應(yīng)用中鉛炭電池的充放電倍率較低，每天僅能完成充放電一次，而且鉛炭電池的占地面積比較大，造成的環(huán)境壓力比較大。目前比較流行并且應(yīng)用比較廣泛的電池為鋰電池，鋰電池的優(yōu)勢為能量較高，尤其是近年來鋰電池汽車的發(fā)展，使得鋰電池的研究正在如火如荼的進行當(dāng)中，在未來其成本的下降空間還是很大的，但是和磷酸鐵鋰電池相比較來說三元鋰電池在應(yīng)用中引發(fā)火災(zāi)的可能性較大，所以在大規(guī)模調(diào)峰儲能電站中并不適用。

4 電化學(xué)儲能效益分析

4.1 儲能削峰填谷以及發(fā)電容量效應(yīng)

理論上電力系統(tǒng)的最大裝機量的判定標(biāo)準是最大發(fā)電負荷進行，如果說負荷曲線的頂端尖峰部分負荷維持的時間比較短，也就是說可以通過削峰填谷的方式降低發(fā)電裝機容量，以此來降低建設(shè)成本，通過該方法不僅可以有效提高整個電力系統(tǒng)的運行效率，同時也可以降低檢修費用，提高使用壽命，提高經(jīng)濟效益。

4.2 提高緊急事故備用

伴隨著用電需求的增加，超高壓直流電大規(guī)模介入，而受端電網(wǎng)基本使用直流電取代大量常規(guī)機組，使得系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)時其轉(zhuǎn)動慣量會出現(xiàn)大幅度的下降，電化學(xué)儲能的優(yōu)勢在于可以快速啟動，從空載到滿載的時間可以控制在秒級，因此作為緊急事故備用再合適不過，可以有效防止電力系統(tǒng)崩潰。

4.3 提高新能源的發(fā)電滲透率

伴隨著我國能源需求越來越大，傳統(tǒng)發(fā)電模式受各種原因影響逐漸被新能源發(fā)電取代，但是光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電受自然因素影響較大，間歇性和隨機性是自身固有屬性，無法向傳統(tǒng)發(fā)電模式一樣制定準確的發(fā)電計劃，如此在電網(wǎng)運行的時候其壓力可想而知。而電化學(xué)儲能的應(yīng)用可以有效彌補其間歇性和隨機性，有助于平衡負荷波動，降低新能源在并網(wǎng)的時候?qū)﹄娋W(wǎng)正常運行的影響，提高其發(fā)電滲透率。

5 實施案例

以國內(nèi)某小鎮(zhèn)為例：化學(xué)儲能容量為1MW/6MWh，每250kW/1500kWh為一個單元，共計4個單元。每個單元電池分系統(tǒng)經(jīng)過1臺250kW變流器與微網(wǎng)直流配電系統(tǒng)換能柜相連，變流器可實現(xiàn)電能的雙向轉(zhuǎn)換：在充電狀態(tài)時，變流器將電能從交流整流為直流儲存到儲能裝置中；在放電狀態(tài)時，變流器將儲能裝置儲存的電能逆變?yōu)榻涣魉瓦M配電網(wǎng)。儲能系統(tǒng)主要由儲能電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲能雙向變流裝置（PCS）、儲能監(jiān)控系統(tǒng)等組成。在外部電源失電的情況下，儲能系統(tǒng)還能作為后備電源為整個小鎮(zhèn)的電網(wǎng)系統(tǒng)的重要負荷不間斷電，同時在離網(wǎng)狀態(tài)下，提供微電網(wǎng)電壓電流支撐。通過本項目的建設(shè)可以探索儲能電站交叉使用的模式，實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)電網(wǎng)及用戶互利共贏局面。

6 總結(jié)

在傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造過程中儲能產(chǎn)業(yè)的重要性在智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要性愈發(fā)凸顯，目前相對比較成熟的是抽水儲能，但是發(fā)展前景最為廣闊的便是電化學(xué)儲能，電化學(xué)儲能技術(shù)已經(jīng)在電網(wǎng)穩(wěn)定性的維持和微網(wǎng)可再生發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對于電力用戶來說，化學(xué)儲能電池系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可以在電網(wǎng)常規(guī)電源故障情況下提供快速及時的電力響應(yīng)，保障用戶的用電可靠性。化學(xué)儲能電池系統(tǒng)對園區(qū)電力缺口具有重要貢獻意義，可以減少增加裝機容量。在作為用戶側(cè)儲能投入使用，同時還可起到兼顧電網(wǎng)側(cè)儲能調(diào)峰作用。

目前在電化學(xué)儲能應(yīng)用中最為廣泛的就是鋰離子電池，但是在實際應(yīng)用中電池的使用安全性需要進一步提高，而成本需要進一步降低。在大規(guī)模儲能系統(tǒng)應(yīng)用中比較具有發(fā)展前景的是鉛炭電池，但是其制作工藝和負極析氫問題還需要進一步優(yōu)化和改進。

經(jīng)濟的發(fā)展和能源是息息相關(guān)的，伴隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源供應(yīng)已經(jīng)逐漸無法滿足當(dāng)前社會發(fā)展能源需求，能源行業(yè)也在面臨著行業(yè)改革，電力行業(yè)的發(fā)展速度直接影響其他行業(yè)的發(fā)展，在社會新形勢發(fā)展背景之下電力行業(yè)想要得到長足發(fā)展，不需做到不斷加強用戶側(cè)的服務(wù)，提高電化學(xué)儲能技術(shù)在用戶側(cè)的應(yīng)用，提高能源利用率，降低能耗成本，全面提高企業(yè)效益和社會效益，實現(xiàn)企業(yè)和用戶雙贏。