■ 國網(wǎng)浙江平湖市供電有限公司 晏 琳 張 煒

“潔能+儲能+智能”是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。嘉興市作為長三角一體化國家發(fā)展戰(zhàn)略與能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略落地實(shí)踐的核心區(qū)，具有建設(shè)發(fā)展儲能項(xiàng)目的良好基礎(chǔ)與顯著優(yōu)勢。當(dāng)前平湖市供電有限公司正在大力打造“高彈性電網(wǎng)發(fā)展指數(shù)最優(yōu)”的縣域電網(wǎng)，并將儲能電站的規(guī)劃建設(shè)作為打造多元融合高彈性電網(wǎng)“平臺提質(zhì)、數(shù)字賦智、生態(tài)增能、服務(wù)創(chuàng)優(yōu)”的重要實(shí)踐行動之一，著力構(gòu)建源網(wǎng)荷儲友好互動的“標(biāo)桿區(qū)”。因此，公司深入調(diào)研了國內(nèi)儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及平湖市規(guī)劃建設(shè)儲能電站過程中存在的主要問題和成因，提出了有效益、可復(fù)制的典型規(guī)劃建設(shè)方案。

存在主要問題

儲能系統(tǒng)種類繁多，效益各異（技術(shù)效益）

根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)市場上的主要儲能電池有鉛酸電池、鉛炭電池、鋰離子電池和全釩液流電池，以下從儲能電池的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行比較。

鉛酸電池。鉛酸類電池具有產(chǎn)能大，生產(chǎn)工藝成熟，應(yīng)用環(huán)境廣泛，供應(yīng)渠道成熟，回收渠道成熟，回收殘值高等特點(diǎn)。此類電池在鉛酸類電池中比能量高，循環(huán)深度高。電池采用了自動生產(chǎn)線及負(fù)壓式生產(chǎn)環(huán)境，鉛污染得到了有效控制。電池的原材料回收率高達(dá)99%，大大降低了原材料開采帶來的環(huán)境破壞與污染。

鉛炭電池。充放電速率上有較大的改善，在一定程度上也增加了循環(huán)壽命。鉛炭電池繼電池相對產(chǎn)能較小，生產(chǎn)工藝成熟，但回收渠道相對不太成熟，回收殘值比例較低。由于此類電池采用了自動生產(chǎn)線及負(fù)壓式生產(chǎn)環(huán)境，鉛污染得到了有效控制。

鋰離子電池。具有高能量密度、放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、可大電流充放電等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池種類繁多，有磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰等。目前磷酸鐵鋰的循環(huán)壽命為這幾類電池中最高，但比能量相對較低。三元鋰電池在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優(yōu)勢，循環(huán)性能方面則是磷酸鐵鋰材料優(yōu)勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優(yōu)于三元材料。鋰離子電池的回收再利用率低，可回收材料約為10%，廢舊電池的處置依然以填埋為主。

全釩液流電池。全釩液流電池的優(yōu)點(diǎn)是儲能功率和儲能容量可以相互獨(dú)立設(shè)計(jì)，易于模塊化組合，電池系統(tǒng)可高功率輸出，可超深度放電（100%）而不引起電池的不可逆損傷，使用壽命長，易于維護(hù)，成本低。缺點(diǎn)是需要配置循環(huán)泵維持電解液的流動，降低了整體的能量效率，系統(tǒng)相對復(fù)雜，維護(hù)成本較高；由于釩原料稀缺導(dǎo)致全釩液流釩電池的容量單價(jià)較高。

電網(wǎng)運(yùn)營矛盾有待協(xié)調(diào)，運(yùn)行效益有待提升（電網(wǎng)運(yùn)行效益）

溪洋變接近重載。平湖電網(wǎng)位于浙江電網(wǎng)的東北部，通過6回220 kV輸電線路與系統(tǒng)相連。2020年平湖電網(wǎng)全社會用電量26.1億kWh，同比增長6.35%；最高負(fù)荷634.5 MW，同比增長7.82%。位于平湖市境內(nèi)的220 kV共建變的2020年最大負(fù)荷為295.4 MW，容載比為1.72，已接近重載運(yùn)行。位于共建變下級的110 kV溪洋變的2020年最大負(fù)荷為52.3 MW，容載比為1.72，已接近重載運(yùn)行。

新埭變資源閑置問題有待進(jìn)一步解決。嘉興35 kV新埭變現(xiàn)已退出運(yùn)行，周邊涉及110 kV溪洋變。周邊35 kV及以上電網(wǎng)地理接線圖如圖1。

原35 kV新埭變現(xiàn)已整站退出運(yùn)行，10 kV線路已改接至110 kV溪洋變。

溪洋變峰谷差較大。110 kV溪洋變1#主變2020年典型日最大負(fù)荷達(dá)到30.23 MW，最大負(fù)載率60.46%，最低負(fù)荷約13.5 MW，典型日均峰谷差約為16.73 MW；2#主變2020年典型日最大負(fù)荷達(dá)到35.32 MW，最大負(fù)載率88.3%，最低負(fù)荷約14.7 MW，典型日均峰谷差約為20.62 MW。2020年典型日溪洋變?nèi)矩?fù)載率63.51%。

圖1 新埭變儲能電站周邊35 kV及以上電網(wǎng)接線示意圖（接入前）

表1 本項(xiàng)目相關(guān)變電站負(fù)荷預(yù)測情況 單位：MW

根據(jù)2020年負(fù)荷實(shí)測，220 kV共建變峰谷差為102.4 MW，110 kV溪洋變峰谷差為20.8 MW；隨著供區(qū)周邊工商業(yè)的迅速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2022年，220 kV共建變峰谷差為123.9 MW，110 kV溪洋變峰谷差為26.38 MW。如表1。

棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，可再生能源消納水平有待進(jìn)一步提高。截至2020年底，平湖電網(wǎng)中電源裝機(jī)容量共300.75 MW（包括平湖熱電廠90 MW和榮晟熱電廠24 M W）。除熱電廠外，還有一部分分布式光伏電源，合計(jì)裝機(jī)容量186.75 M W，年發(fā)電量1.8115億kWh，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為970 h，自用電率77.96%。溪洋變供區(qū)內(nèi)光伏電源裝機(jī)容量約17 MW，有必要配置一定容量的儲能裝置平抑分布式能源波動，并在春節(jié)等電網(wǎng)無法全額消納新能源發(fā)電的特殊時(shí)段，可利用儲能裝置充放電功能及時(shí)進(jìn)行消納。

經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境發(fā)展矛盾有待進(jìn)一步協(xié)調(diào)（經(jīng)濟(jì)社會效益）

經(jīng)濟(jì)效益有待進(jìn)一步提高。從全社會的角度出發(fā)，建設(shè)大規(guī)模接至10 kV及以下電壓等級的分布式儲能裝置，可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低系統(tǒng)最高負(fù)荷和峰谷差。既能減少系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)主力調(diào)峰電廠的建設(shè)，又能減少變電站容量擴(kuò)大及輸電線路的建設(shè)，降低系統(tǒng)投資。當(dāng)減少的電源及電網(wǎng)側(cè)投資大于增加的儲能投資時(shí)，整體經(jīng)濟(jì)性較好。

環(huán)境污染問題亟待解決。在長三角各個(gè)城市中，平湖由于其地理位置特殊，大氣污染形勢嚴(yán)峻。2019年平湖市PM10和PM2.5濃度在嘉興各個(gè)縣級市中均為最高。工業(yè)廢氣、揮發(fā)性有機(jī)物有待進(jìn)一步加強(qiáng)治理。工業(yè)爐窯整治成果有待進(jìn)一步鞏固提高。平湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、濱海新區(qū)臭氣廢氣有待進(jìn)一步治理。

發(fā)電系統(tǒng)能耗水平有待進(jìn)一步降低。平湖市由于天然的平原地形制約，缺乏抽水蓄能電站的條件。目前發(fā)電方式主要還是以火電和熱電為主。發(fā)展儲能電站是一種可行的選擇。

主要問題成因及分析

儲能系統(tǒng)選型方案效益優(yōu)化研究

能量/功率密度（空間效益）。從表2中可以看出，鋰離子電池儲能具有較高的能量密度，比傳統(tǒng)的鉛酸電池的能量密度高3～4倍，而液流電池的能量密度低于傳統(tǒng)的電池。但同類產(chǎn)品由于制造工藝的不同會導(dǎo)致性能有差異。

自放電（使用效益）。從表3中看出，鉛酸電池、鉛炭電池和鋰離子電池在常溫下的自放電率均為0.1%～0.3%/天，存放時(shí)間不應(yīng)超過幾十天；全釩液流電池的自放電相對較少，可在較長時(shí)間內(nèi)存放。

循環(huán)效率。電池單次循環(huán)效率比較如下（含變流器的系統(tǒng)效率）：鋰電池儲能系統(tǒng)具有很高的循環(huán)效率，約為85%～90%；鉛炭電池儲能系統(tǒng)具有較高的循環(huán)效率，約為75%～88%；鉛酸電池儲能系統(tǒng)具有較高的循環(huán)效率，約為70%～85%；全釩液流電池儲能系統(tǒng)的循環(huán)效率相比鉛酸和鋰電池來說稍低，約為60%～70%。

循環(huán)壽命。由于長時(shí)間運(yùn)行的電極材料性能下降程度不同，全釩液流電池的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)高于比鉛酸電池、鉛炭電池、鋰離子電池。

儲能系統(tǒng)方案選擇。綜合上述各方面比較，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選用磷酸鐵鋰型鋰離子電池較好。

儲能電站經(jīng)濟(jì)與社會效益優(yōu)化研究

經(jīng)濟(jì)效益。按2020年第二季度價(jià)格水平，新埭變儲能電站總投資4359.8萬元，其中建筑工程費(fèi)624.2萬元，設(shè)備購置費(fèi)2686.4萬元，安裝工程費(fèi)635.3萬元，其他費(fèi)用287.5萬元，基本預(yù)備費(fèi)126.4萬元。新埭變儲能站的建設(shè)，將會帶動和促進(jìn)當(dāng)?shù)睾罄m(xù)儲能與新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為當(dāng)?shù)匦履茉窗l(fā)電產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?，打下良好基礎(chǔ)。

此外，新埭變儲能站建站址位于浙江平湖市35 kV新埭變電站戶外場地內(nèi)，用地性質(zhì)為工業(yè)用地，原拆原建。項(xiàng)目所在地東側(cè)為農(nóng)田，西側(cè)為進(jìn)站道路，北側(cè)為新埭變10 kV開關(guān)室，南側(cè)為農(nóng)田。周邊交通便利，運(yùn)輸方便，可滿足儲能站運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸要求，主要建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)使用年限為25年。可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)化運(yùn)行。

環(huán)境效益。儲能站本身沒有廢氣排放、光伏發(fā)電本身不需要消耗水資源，也沒有工業(yè)廢污水排放、沒有噪聲產(chǎn)生，周邊范圍內(nèi)幾乎沒有大型單位和通信設(shè)施，場地上空無微波類信號傳輸通道。儲能設(shè)備在使用過程中沒有污染物排放，在使用結(jié)束后由廠家回收。因此，電場設(shè)備運(yùn)行對通信和電視信號不會電磁影響。儲能電站的建設(shè)既不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，又能增添新的旅游景點(diǎn)，該儲能電站的建設(shè)可減少大氣污染，改善當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量環(huán)境，有利于環(huán)境和資源保護(hù)。根據(jù)本項(xiàng)水土流失的特點(diǎn)，水土保持防治措施主要采用工程措施、植物措施、臨時(shí)措施、管理措施等相結(jié)合的綜合防治措施。

新埭變儲能站建成后對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到積極作用，既可以提供新的電源，又不增加環(huán)境壓力，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)綜合分析，本工程的建設(shè)從環(huán)境保護(hù)和水土保持角度考慮是可行的。

表2 各類儲能系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用

表3 各類儲能系統(tǒng)的技術(shù)特性比較

節(jié)能降耗效益。新埭變儲能站施工期消耗能源主要為電力、水資源、油料、臨時(shí)施工用地和建筑用材料等；運(yùn)行期能源消耗主要為電力、建筑、水資源、工程永久用地等。

新埭變儲能站工程平均每年可向當(dāng)?shù)靥峁┘s952萬kWh的綠色電能。按照火電煤耗320 g計(jì)算，建設(shè)投運(yùn)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約0.82萬t，減排2.76萬t二氧化碳，按照含硫率0.5%計(jì)算，不考慮脫硫，可減少排放101 t二氧化硫。

此外，主要節(jié)能降耗措施主要從系統(tǒng)工程、電站布置、電氣部分、土建部分、線路工程等幾個(gè)方面采取措施，以降低能源消耗。新埭變儲能站的建設(shè)替代燃煤電廠的建設(shè)，可達(dá)到充分利用可再生能源、節(jié)約不可再生化石資源的目的，將大大減少對環(huán)境的污染，同時(shí)還可節(jié)約大量的淡水資源，對改善大氣環(huán)境有積極的作用?？梢妰δ茈娬窘ㄔO(shè)對于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)、減少大氣污染具有積極的作用，并有明顯的節(jié)能、環(huán)境和社會效益。

主要做法

新埭變儲能站項(xiàng)目規(guī)劃儲能功率為4 MW，儲能電量為8 MWh，遠(yuǎn)景規(guī)劃儲能功率為12 MW，目標(biāo)儲能電量為24 MWh，本期完成2套10 kV儲能系統(tǒng)搭建，保護(hù)配置、系統(tǒng)接入及設(shè)備基礎(chǔ)砌筑，二期對儲能系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容。項(xiàng)目位于嘉興平湖35 kV新埭變電站圍墻內(nèi)閑置地塊，儲能電池?cái)M選用磷酸鐵鋰型鋰離子電池，采用集裝箱布置，并通過2回3×300 mm2銅芯10 kV電纜分別接入110 kV溪洋變10 kVⅠ、Ⅲ段母線溪埭G182和G171間隔。

本儲能項(xiàng)目站址周邊屬110 k V溪洋變供區(qū)，根據(jù)2020年負(fù)荷實(shí)測結(jié)果，溪洋變?nèi)兆罡哓?fù)荷為52.3 MW，日最低負(fù)荷為30.5 M W，峰谷差為20.8 MW，存在削峰填谷的需求。為貫徹落實(shí)《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，積累發(fā)展及儲能電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，初步考慮利用新埭變內(nèi)戶外閑置場地建設(shè)電網(wǎng)側(cè)儲能電站，主要用于減少110 kV溪洋變峰谷差，緩解供電壓力，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

改善電網(wǎng)供電能力，緩解季節(jié)性供電壓力

相比較于傳統(tǒng)的輸變電建設(shè)項(xiàng)目，電池儲能電站具有建設(shè)周期短、布點(diǎn)靈活的顯著優(yōu)點(diǎn)，可以在短時(shí)間內(nèi)有效地提高所屬供電區(qū)域的供電能力和供電可靠性。另外，儲能電站的削峰填谷能力可以在負(fù)荷高峰時(shí)期降低主變的負(fù)載率，平滑負(fù)荷曲線，從而使主變工作在最優(yōu)運(yùn)行區(qū)間附近，減少電能損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2020年溪洋變因兩臺主變所供負(fù)荷性質(zhì)不同，兩臺主變最高和最低負(fù)荷時(shí)間不同，其中1號主變的最大負(fù)荷差為16.7 MW，2號主變最大負(fù)荷差為20.6 MW，存在削峰填谷的需求。根據(jù)該區(qū)域城市發(fā)展規(guī)劃，該區(qū)域負(fù)荷將日益增加，預(yù)計(jì)1號主變的最大負(fù)荷差為20.21 MW，2號主變最大負(fù)荷差為24.93 MW。因此，有必要建設(shè)儲能電站對110 kV溪洋變兩臺主變進(jìn)行削峰填谷，緩解峰谷差，降低電網(wǎng)損耗。

調(diào)節(jié)主變負(fù)載率，降低線路損耗

通過儲能電站調(diào)節(jié)110 k V溪洋變主變負(fù)載，縮小其峰谷差，使其運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)電流區(qū)間，有效減少主變負(fù)載損耗，進(jìn)而影響溪洋變的輸配電線路，進(jìn)一步減少線路損耗。

減少棄光現(xiàn)象，提升可再生能源消納水平

新埭變10 kV儲能電站的建設(shè)，有利于減少平湖北部地區(qū)的棄光現(xiàn)象，極大地提升新能源消納水平，促進(jìn)新能源及時(shí)消納，提升平湖電網(wǎng)的綜合效益，降低終端用戶電費(fèi)支出成本。

作為緊急電源支撐，提升末端電源供電可靠性

新埭變儲能站項(xiàng)目建成后，將為配電網(wǎng)提供一種新的供電方式—儲能電站供電，電站直接建在負(fù)荷中心，可將外界影響降到最低。同時(shí)在溪洋變?nèi)Ｇ闆r下，通過儲能裝置放電可為110 kV溪洋變提供保安電源，縮短搶修時(shí)間。

綜上所述，在110 k V溪洋變建設(shè)電池儲能電站十分必要，通過本項(xiàng)目的建設(shè)，可以進(jìn)一步提高變電站可靠性水平，削峰填谷，提高設(shè)備利用率，降低電網(wǎng)負(fù)載率，增加溪洋變?nèi)葺d比，改善供電能力，平抑分布式電源波動，減少特殊時(shí)段的棄光現(xiàn)象，提高經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，并在緊急時(shí)提供應(yīng)急電源支撐，為今后電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更豐富的調(diào)節(jié)手段。

未來研究方向

儲能站對配電網(wǎng)升級改造的影響分析研究

從能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展后電源側(cè)、配網(wǎng)側(cè)和需求側(cè)3個(gè)方面分析多模式儲能站對配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響。其中，電源側(cè)的影響因素主要在于分布式能源的大量接入和多模式儲能站的使用使得能源開始從單向傳輸向多向交互轉(zhuǎn)換；配網(wǎng)側(cè)的影響因素主要在于微網(wǎng)和智能配電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展將改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的布局和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對配電網(wǎng)中傳統(tǒng)繼電保護(hù)的影響；需求側(cè)的影響因素在于儲能站作為低谷期的負(fù)荷特性以及能源互聯(lián)網(wǎng)催生出用戶的用能和互動響應(yīng)模式也將進(jìn)一步影響配電網(wǎng)絡(luò)。

計(jì)及儲能站的配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的研究

結(jié)合城市配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，明確城市配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的評估內(nèi)容以及方案比選的整體流程，并通過綜合分析儲能站的影響因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)模型整體優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的選取、目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定以及約束條件的設(shè)置，構(gòu)建新型配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。從時(shí)間和空間兩個(gè)大的方面，從技術(shù)支撐、多元融合和方法優(yōu)化3個(gè)維度提出了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略的相關(guān)模式。其中，技術(shù)支撐維度的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略側(cè)重于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對各類用戶的用電負(fù)荷做到把控；多元融合維度的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略側(cè)重于對分布式電源及不同負(fù)荷的有序管理；方法優(yōu)化維度的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略側(cè)重于對計(jì)及儲能站的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化，通過上述3個(gè)維度的優(yōu)化幫助引導(dǎo)配電網(wǎng)絡(luò)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。

計(jì)及儲能站的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合評價(jià)體系的研究

考慮季節(jié)、典型供電區(qū)域、地域特點(diǎn)等不同時(shí)空維度下的配電網(wǎng)建設(shè)改造成本、設(shè)備利用水平、供電可靠性、電能質(zhì)量等因素，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面，研究電網(wǎng)企業(yè)開展含儲能站的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)方法；考慮企業(yè)、政府、用戶等主體利益，從綜合能效、電能替代、節(jié)能減排等方面研究含儲能站的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)方法；選取不同場景的典型含儲能站的配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目，開展綜合評估研究，提出相應(yīng)的改進(jìn)建議和措施。