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

        2020-03-01 23:32:00李俊正
        經(jīng)濟師 2020年1期
        關(guān)鍵詞:調(diào)頻出力儲能

        ●李俊正

        儲能技術(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?。由于儲能技術(shù)的存儲方式不同,在電力系統(tǒng)中的運用也會存在一定的差異,故而就需要合理選擇儲能技術(shù),以確保其自身功效的充分發(fā)揮,提高電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量,推動我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。

        一、儲能在新能源與電網(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)用儲能發(fā)電技術(shù)平衡、發(fā)電、輸電、配電和用電等多項內(nèi)容,保證電網(wǎng)的安全靈活運行。目前新能源發(fā)展速度明顯加快,這也對儲能發(fā)展提出了更為嚴(yán)格的要求。結(jié)合電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配和用電特性和儲能技術(shù)在多個環(huán)節(jié)的功效,能夠明確儲能技術(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、儲能在發(fā)電側(cè)的作用

        傳統(tǒng)火電機組中,儲能在發(fā)電側(cè)中的應(yīng)用能夠顯著提高機組的效率,對輔助動態(tài)運行有著十分積極的作用,這可以保證動態(tài)運行的質(zhì)量和效率,且暫緩使用新建機組,甚至取代新建機組。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,實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的充電與放電,或者也可根據(jù)機組運行的基本情況對機組的總輸出量加以調(diào)整,從而確保發(fā)電機組以額定功率規(guī)定值穩(wěn)定運行,使系統(tǒng)的調(diào)峰能力得到提升。另外,發(fā)電機組用電過程中還可及時為儲能系統(tǒng)充電,在高峰用電時段提高負(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)運行。

        在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電機組中,儲能是一種較為先進(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。儲能在集中式的并網(wǎng)光伏電站中能夠加強電力調(diào)峰的有效性,而且還可提高電能的質(zhì)量,電力系統(tǒng)運行的過程中不易出現(xiàn)異常問題。

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

        利用儲能系統(tǒng)儲存剩余的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電,以及調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)和要求,來對充放電的時間進(jìn)行確定。若是采用這種模式,儲能系統(tǒng)則可以穩(wěn)定運行,同時還需要依據(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。

        風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的高峰期是儲能系統(tǒng)的充電期,儲能系統(tǒng)充分利用了風(fēng)力發(fā)電的剩余電量。如儲能系統(tǒng)處于非滿電的狀態(tài),則系統(tǒng)就會從大電網(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)電的低谷時期,儲能系統(tǒng)則會處于放電的狀態(tài),這也是實現(xiàn)峰谷轉(zhuǎn)移的主要方式。

        (二)加大跟蹤力度,增強新能源并網(wǎng)能力

        跟蹤計劃出力通常是指結(jié)合計劃出力曲線,加強對儲能充電與放電的控制,確保輸出功率與計劃出力差不超出規(guī)定的范圍,讓新能源發(fā)電功率可滿足系統(tǒng)運行的要求,以增強電網(wǎng)的應(yīng)用及新能源的并網(wǎng)能力。儲能在跟蹤計劃出力能量調(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)運行提供充分的能源,而且儲能系統(tǒng)電量較多,儲能系統(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)運行。最后,如計劃出力曲線不在風(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)運行的質(zhì)量

        平滑新能源發(fā)電出力主要指儲能系統(tǒng)多次充放電,平滑新能源可在較短的時間內(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。儲能系統(tǒng)能夠利用科學(xué)的逆變控制程序加強電壓的長期穩(wěn)定性,進(jìn)而實現(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儲能的參與度和發(fā)電側(cè)的應(yīng)用。在調(diào)頻輔助服務(wù)中應(yīng)用儲能獲取的收益主要包含一次調(diào)頻考核的費用、AGC調(diào)節(jié)考核費用和AGC調(diào)節(jié)補償費用。參照儲能電池參與電力輔助服務(wù)的發(fā)展趨勢,儲能系統(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,這對增大電力市場的經(jīng)濟效益有著十分顯著的影響。

        三、儲能在大電網(wǎng)的關(guān)鍵作用分析

        儲能在大電網(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)定運行、滿足尖峰負(fù)荷的需求、減少輸電設(shè)備投資、增強風(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,推動系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行

        電網(wǎng)運行中的很多環(huán)節(jié)均有著十分嚴(yán)格的要求,大容量儲能接入電網(wǎng)后可十分有效地滿足電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。應(yīng)用儲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)運行的科學(xué)性和穩(wěn)定性,這也是調(diào)整頻率和補償波動的主要方式。

        儲能系統(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)提供可及時處理和應(yīng)對負(fù)荷變化的電力資源,這能夠保證電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量。因此,區(qū)域內(nèi)調(diào)頻資源響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的速度對電網(wǎng)的運行安全也有著不可忽視的作用。從儲能技術(shù)的特點來看,則可看出儲能的速度較快,精確度較高,充放電功率也相對較高。相比于傳統(tǒng)的調(diào)頻手段,儲能在電網(wǎng)調(diào)頻中的應(yīng)用具有較為顯著的優(yōu)勢。相同的規(guī)模下儲能調(diào)頻的效率比水電機組的效率大70%,其也是燃?xì)鈾C組調(diào)頻效率的2.7倍,甚至為火電機組的20倍。電費運營商、儲能技術(shù)廠家等多個單位研究中發(fā)現(xiàn),儲能在調(diào)頻中的應(yīng)用效果明顯優(yōu)于火電機組,保證了系統(tǒng)整體調(diào)控的質(zhì)量。國際研究報告中也明確指出,儲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。在用電高峰時可起到電源的作用,釋放大量的電能。儲能系統(tǒng)運行的過程中對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,且新建擴建也受到多個因素的負(fù)面影響。而在這一過程中,儲能的作用通常體現(xiàn)在了延遲輸配電設(shè)備的優(yōu)化升級,同時也可控制負(fù)荷變化后所引發(fā)的電力系統(tǒng)賠升級改造,及系統(tǒng)建設(shè)和運行維護(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)接入的隨機性和流動性均顯著提升。研究顯示,若風(fēng)電和光伏發(fā)電等新能源的發(fā)電機組或電量超過本國發(fā)電量的某一范圍,則需要結(jié)合實際配備大容量儲能設(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)運行中合理應(yīng)用大規(guī)模儲能技術(shù),對新能源發(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)電輸出電壓波動對電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響,而且也可加強風(fēng)電和太陽能電力并網(wǎng)的安全性及穩(wěn)定性,此時電網(wǎng)能夠吸收更多的新能源。

        (四)儲能在配電網(wǎng)及用戶側(cè)的作用

        在配電網(wǎng)及用戶側(cè)中,儲能的應(yīng)用形式主要有兩種:一是分布式電源與儲能聯(lián)合的方式;二是微網(wǎng)形式。工作人員要結(jié)合實際情況,選擇合理方式來實現(xiàn)分布式電源、儲能及用戶三者之間的協(xié)調(diào)運行,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)域固定時段內(nèi)的用電需求。而儲能作為分布式發(fā)電機微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),在穩(wěn)定系統(tǒng)輸出、加強電能調(diào)度靈活性、提供備用電源上有著突出作用,同時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。通過對使用儲能設(shè)備的用戶和未使用儲能設(shè)備的用戶進(jìn)行對比分析可以看出,使用儲能設(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,儲能設(shè)備的應(yīng)用降低了系統(tǒng)運行的負(fù)荷量,保證發(fā)電機等設(shè)備在不同情況下的正常運轉(zhuǎn)。同時儲能設(shè)備的應(yīng)用也避免了分布式電源啟動中存在的問題,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,或者風(fēng)電系統(tǒng)存在無風(fēng)情況時,儲能設(shè)備可為系統(tǒng)運行提供合理的備用電源,以保證維修階段內(nèi),系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn),減少更嚴(yán)重問題的產(chǎn)生。

        3.實現(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)度機組,不過在儲能技術(shù)的應(yīng)用下,對其實行合理轉(zhuǎn)化,提升了其調(diào)度性能,更好地滿足了系統(tǒng)運行要求,且在必要時能夠為大電網(wǎng)提供充足的電能供應(yīng),確保電網(wǎng)的正常運行。另一方面,儲能引起自身容量大,增強了電網(wǎng)調(diào)度的靈活性,保證了經(jīng)濟效益的平衡,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,其正處在初級發(fā)展階段。同發(fā)達(dá)國家相比,我國在儲能的發(fā)展上還存在一定的不足,需要加大對其研究力度,并制定完善的扶持政策,以推動儲能的進(jìn)一步發(fā)展,為我國電網(wǎng)提供更多技術(shù)支持。

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