袁文偉

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

0 引 言

《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，要積極開展儲(chǔ)能示范工程建設(shè)，推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與新能源、電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。當(dāng)前，儲(chǔ)能已成為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵因素。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差日益增大。因此，研究并發(fā)揮儲(chǔ)能在有序用電管理中的調(diào)峰作用具有重大意義。

1 儲(chǔ)能技術(shù)分類及應(yīng)用

儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能（如抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等）、電化學(xué)儲(chǔ)能（如鉛酸電池、鈉硫電池、鋰離子電池等）和電磁儲(chǔ)能（如超導(dǎo)電磁、超級電容器等）3大類。它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可分為可再生能源并網(wǎng)、電力輔助服務(wù)、延緩輸配電設(shè)施升級以及提高用能經(jīng)濟(jì)性4類。

1.1 可再生能源并網(wǎng)

儲(chǔ)能可用于解決棄風(fēng)棄光、跟蹤計(jì)劃出力和實(shí)現(xiàn)平滑輸出。一是在電網(wǎng)調(diào)峰能力不足或輸電通道阻塞時(shí)，可再生能源發(fā)電的出力受限，儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)電能，緩解輸電阻塞和電網(wǎng)調(diào)峰能力限制；二是在可再生能源出力水平低或不受限的時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放電能，提高可再生能源的上網(wǎng)電量。

1.2 電力輔助服務(wù)

目前，我國的電力輔助服務(wù)由并網(wǎng)發(fā)電廠提供。儲(chǔ)能在電力輔助服務(wù)中的應(yīng)用主要包括調(diào)頻服務(wù)、電壓支持、移峰填谷和備用容量4種。

1.2.1 調(diào)頻服務(wù)

通過對電網(wǎng)的儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充放電和控制充放電的速率，瞬時(shí)平衡負(fù)荷和發(fā)電的差異來調(diào)節(jié)頻率的波動(dòng)。

1.2.2 電壓支持

由于電力系統(tǒng)一般通過控制無功來調(diào)整電壓，因此將具有快速響應(yīng)能力的儲(chǔ)能布置在負(fù)荷端，并根據(jù)負(fù)荷需求變化釋放或吸收無功功率，最終發(fā)揮電壓調(diào)節(jié)的作用。

1.2.3 移峰填谷

在電網(wǎng)用電負(fù)荷低谷時(shí)，儲(chǔ)能存儲(chǔ)電量并在用電高峰時(shí)釋放電能，可實(shí)現(xiàn)移峰填谷。

1.2.4 備用容量

電力系統(tǒng)的備用容量，應(yīng)用于常規(guī)發(fā)電資源無法預(yù)期的事故。因此，儲(chǔ)能需保持在線并做好放電準(zhǔn)備，可充當(dāng)系統(tǒng)備用容量。

1.3 延緩輸配電設(shè)施升級

電力系統(tǒng)中絕大部分節(jié)點(diǎn)的最大負(fù)荷，一般發(fā)生在一年中的幾天或一年中的幾個(gè)小時(shí)。為滿足高峰負(fù)荷需求，需要升級改造輸配電設(shè)施，并通過變壓器、線路擴(kuò)容來滿足未來10～15年的負(fù)荷增長。但是，新的輸配電設(shè)施在投產(chǎn)后數(shù)年內(nèi)的利用率一般較低，導(dǎo)致電網(wǎng)投資經(jīng)濟(jì)效益不高。

針對這種情況，若配置儲(chǔ)能，可降低接近過載的輸配電節(jié)點(diǎn)潮流，延緩輸配電設(shè)施升級，并提供相應(yīng)足夠的容量來滿足負(fù)荷需求，節(jié)省電網(wǎng)投資。同時(shí)，如果儲(chǔ)能為集裝箱式，可移動(dòng)應(yīng)用到其他需要升級的變電站或負(fù)荷缺口點(diǎn)，并提供時(shí)間以評估負(fù)荷是否如預(yù)期增長，降低實(shí)際負(fù)荷不如預(yù)期增長和電網(wǎng)投資效益差的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 提高用能經(jīng)濟(jì)性

在提高用能經(jīng)濟(jì)性方面，儲(chǔ)能發(fā)揮的主要作用包括峰谷套利和需量電費(fèi)管理。

1.4.1 峰谷套利

基于分時(shí)電價(jià)機(jī)制，通過儲(chǔ)能在谷電價(jià)時(shí)段充電、在峰電價(jià)時(shí)段放電賺取峰谷電價(jià)差，節(jié)約電度電費(fèi)。當(dāng)峰谷價(jià)差較大且儲(chǔ)能成本下降到一定范圍時(shí)，儲(chǔ)能項(xiàng)目具備盈利空間，可降低用戶的用電成本。

1.4.2 需量電費(fèi)管理

在兩部制電價(jià)機(jī)制中，用戶的基本電費(fèi)可按變壓器容量或最大需量計(jì)費(fèi)。其中，最大需量一般基于用戶每月的最大負(fù)荷確定，可由用戶自行申報(bào)，但需要對超出最大需量的部分進(jìn)行罰款。對此，配置一定規(guī)模的儲(chǔ)能對用戶的需量進(jìn)行管理，將最大負(fù)荷需求控制在一定范圍內(nèi)，以減小申報(bào)的最大需量，節(jié)約需量電費(fèi)。

2 有序用電的錯(cuò)峰輪休安排

有序用電是指在電力供應(yīng)不足、突發(fā)事件等情況下，通過行政措施、經(jīng)濟(jì)手段、技術(shù)方法等依法控制部分用電需求，維護(hù)供用電秩序平穩(wěn)的管理工作。根據(jù)負(fù)荷特性，有序用電管理將電網(wǎng)負(fù)荷的高峰時(shí)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(shí)段為9:00—11:30，下午峰的時(shí)段為14:00—17:00。晚峰的時(shí)段為18:30—21:00。輪休錯(cuò)峰用戶需要在9:00—21:00期間執(zhí)行錯(cuò)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(yè)、商業(yè)等電力用戶納入電力用戶錯(cuò)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(qū)、最大負(fù)荷、可錯(cuò)負(fù)荷、保安負(fù)荷、響應(yīng)閾值以及錯(cuò)峰責(zé)任人等內(nèi)容。

有序用電的用戶輪休分配以電力用戶組別為基準(zhǔn)，原則上按照有序用電安排輪休錯(cuò)峰一個(gè)周期所含天數(shù)進(jìn)行分組。一般設(shè)置為最大可錯(cuò)負(fù)荷均等的7個(gè)分組，組別可分別設(shè)置成“星期一”至“星期天”（即A～G組，如表1所示）。當(dāng)發(fā)生地區(qū)電源性缺電或區(qū)域網(wǎng)絡(luò)受限缺電時(shí)，應(yīng)先計(jì)算一個(gè)分組能否滿足負(fù)荷缺口。若滿足，則依據(jù)限電時(shí)長形成“開六停一”的錯(cuò)峰輪休安排；若不滿足，則需組合計(jì)算滿足負(fù)荷缺口的兩個(gè)或以上分組，并由此形成“開五停二”或以上的錯(cuò)峰輪休安排。

表1 某市錯(cuò)峰輪休序位表

3 用戶側(cè)電儲(chǔ)能

3.1 電儲(chǔ)能市場

在不同的儲(chǔ)能技術(shù)中，電儲(chǔ)能技術(shù)不受地理地形環(huán)境的限制，可以對電能直接進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，且鄉(xiāng)村和城市均可使用。因此，電儲(chǔ)能項(xiàng)目逐漸引起能源服務(wù)公司和科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注，市場規(guī)模增長較快。2018年，國內(nèi)新增投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模為2.3 GW，其中電儲(chǔ)能的新增投運(yùn)規(guī)模最大達(dá)0.6 GW，同比增長414%。截至2018年12月底，中國已投運(yùn)電儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為1.01 GW，同比增長159%，如圖1所示。

結(jié)合儲(chǔ)能在電力輔助服務(wù)和提高用能經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用方面的內(nèi)容，在一些長期存在電源性缺電和網(wǎng)絡(luò)受限缺電疊加的區(qū)域建設(shè)用戶側(cè)電儲(chǔ)能項(xiàng)目。一方面可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷的移峰填谷，另一方面可通過峰谷套利、需量電費(fèi)管理降低用戶的用電成本，綜合效益較高。

圖1 中國已投運(yùn)電儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)分布（截至2018年12月底）

3.2 用戶側(cè)電儲(chǔ)能設(shè)計(jì)方法

用戶側(cè)電儲(chǔ)能項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括儲(chǔ)能額定功率、充放電時(shí)間和儲(chǔ)能總?cè)萘?，具體配置一般遵循以下原則。

（1）儲(chǔ)能額定功率應(yīng)同時(shí)滿足幾方面要求：一是額定功率應(yīng)小于接入變壓器在電價(jià)低谷時(shí)的最小剩余容量，并保障充電時(shí)變壓器不過載；二是額定功率應(yīng)小于接入變壓器在電價(jià)高峰時(shí)的最小負(fù)荷，保證放電時(shí)的能量消納；三是儲(chǔ)能按額定功率充放電期間，并網(wǎng)線路應(yīng)不過載。

（2）儲(chǔ)能充放電時(shí)間根據(jù)用戶的峰平谷用電特性進(jìn)行設(shè)置，一般在電價(jià)低谷或平段時(shí)充電，在電價(jià)高峰時(shí)放電，依靠峰谷或峰平電價(jià)差實(shí)現(xiàn)套利。東莞市10 kV大工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)價(jià)目表，如表2所示。

表2 東莞市10 kV大工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)價(jià)目表

（3）儲(chǔ)能總?cè)萘恳话阌深~定功率和充放電時(shí)間的乘積計(jì)算。實(shí)際中，儲(chǔ)能一般不按額定功率充放電，其總?cè)萘繎?yīng)參考峰時(shí)消耗的電量進(jìn)行配置，同時(shí)考慮可調(diào)的放電功率填補(bǔ)計(jì)劃錯(cuò)峰負(fù)荷，通過移峰填谷避免客戶錯(cuò)峰輪休。

廣東地區(qū)的大工業(yè)用電執(zhí)行兩部制電價(jià)，如表3所示。除了峰谷套利，儲(chǔ)能通過需量電費(fèi)管理降低用戶的用電成本，還需要滿足一個(gè)按變壓器容量或最大需量計(jì)算基本電費(fèi)的計(jì)算原則，即按申報(bào)最大需量計(jì)算的基本電費(fèi)應(yīng)小于按變壓器容量計(jì)算的基本電費(fèi)。

表3 廣東地區(qū)大工業(yè)用電基本電價(jià)表

假定用戶的變壓器容量為R0，申報(bào)的最大需量為R'，根據(jù)廣東地區(qū)大工業(yè)用電的基本電價(jià)，當(dāng)滿足23R0-32R'＞0時(shí)，才能發(fā)揮儲(chǔ)能節(jié)約需量電費(fèi)的作用。經(jīng)計(jì)算，建成儲(chǔ)能后申報(bào)的最大需量應(yīng)小于變壓器容量的71.875%，才具備節(jié)約需量電費(fèi)的經(jīng)濟(jì)性。

4 案例分析

2018年，東莞市長安鎮(zhèn)某公司建成一用戶側(cè)電儲(chǔ)能項(xiàng)目。該項(xiàng)目的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器和能量管理系統(tǒng)4部分組成。儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)置4座儲(chǔ)能艙，每座艙配置500 kW/1.25 MW·h的鋰電池，儲(chǔ)能額定功率為2 MW，總?cè)萘繛? MW·h。

4.1 儲(chǔ)能額定功率校驗(yàn)

4.1.1 變壓器負(fù)載校驗(yàn)

用戶園區(qū)負(fù)荷由4臺(tái)變壓器供電，4臺(tái)變壓器容量均為2 500 kVA，總?cè)萘繛?0 000 kVA。單座儲(chǔ)能艙的最大功率均為500 kW，4座儲(chǔ)能艙的最大充放電功率為2 000 kW。儲(chǔ)能額定功率與變壓器校驗(yàn)計(jì)算表，如表4所示。

表4 儲(chǔ)能額定功率與變壓器校驗(yàn)計(jì)算表

根據(jù)表4，儲(chǔ)能按額定功率充放電，滿足變壓器安全運(yùn)行和電池能量消納的原則要求。

4.1.2 并網(wǎng)線路校驗(yàn)

4臺(tái)并網(wǎng)柜的并網(wǎng)線路均采用2回YJV22-1kV-3×240+1×120電力電纜，采用直埋敷設(shè)。根據(jù)GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，該銅芯電纜在環(huán)境溫度25 ℃下持續(xù)允許載流量為408 A，則最大輸送功率為：

經(jīng)校驗(yàn)，并網(wǎng)線路滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)輸送單座儲(chǔ)能設(shè)備預(yù)制艙最大輸送功率500 kW的需求。

4.2 移峰填谷分析

根據(jù)年度運(yùn)行方式和負(fù)荷缺口，該用戶被納入錯(cuò)峰輪休序位，最大可錯(cuò)負(fù)荷為0.297 77 MW。儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)行每天兩充兩放的運(yùn)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(cuò)峰輪休計(jì)劃，其計(jì)劃錯(cuò)峰情況分析如表5所示。

表5 用戶計(jì)劃錯(cuò)峰情況分析表

容量為5 MW·h儲(chǔ)能系統(tǒng)連續(xù)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(cuò)峰負(fù)荷（0.297 77 MW），滿足計(jì)劃錯(cuò)峰的負(fù)荷缺口。因此，該用戶可調(diào)整納入移峰填谷電力用戶，即通過本儲(chǔ)能系統(tǒng)可避免客戶錯(cuò)峰輪休并保障正常用電。

為保障電池的使用壽命，儲(chǔ)能一般不設(shè)置滿功率充放電。本項(xiàng)目儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際充放電功率，由能量管理系統(tǒng)根據(jù)用戶負(fù)荷特性、變壓器負(fù)荷、電池充放電倍率以及關(guān)口計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算。應(yīng)用本儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶負(fù)荷在典型日的移峰填谷效果如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)能移峰填谷效果圖

4.3 用能經(jīng)濟(jì)性分析

本儲(chǔ)能系統(tǒng)對提供用戶用能經(jīng)濟(jì)性可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析。

（1）在儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)柜安裝雙向計(jì)量表，有：

用戶某日節(jié)約電費(fèi)分析表，如表6所示。

表6 用戶某日節(jié)約電費(fèi)分析表

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)在用戶負(fù)荷峰段放電，可降低最大需量。

月節(jié)約需量電費(fèi)分析表，如表7所示。

表7 月節(jié)約需量電費(fèi)分析表

經(jīng)表6、表7分析可知，本儲(chǔ)能系統(tǒng)通過峰谷套利和管理需量電費(fèi)提高了用能經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié) 論

本文介紹儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，從儲(chǔ)能在電力輔助服務(wù)和提高用能經(jīng)濟(jì)性的應(yīng)用出發(fā)，提出了用戶側(cè)電儲(chǔ)能的主要效益和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并通過一已實(shí)施的電儲(chǔ)能項(xiàng)目開展技術(shù)驗(yàn)證，得到了如下結(jié)論：

（1）儲(chǔ)能系統(tǒng)在低谷、平段電價(jià)時(shí)從電網(wǎng)吸收電量，在用電高峰時(shí)段放電，實(shí)現(xiàn)了移峰填谷，可減少甚至避免客戶錯(cuò)峰輪休，減輕有序用電管理的錯(cuò)峰輪休壓力；

（2）在峰谷、峰平電價(jià)差的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能在負(fù)荷峰期放電，一方面可節(jié)約電度電費(fèi)，另一方面可降低用戶每月最大需量的基本電費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。