解析分布式儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用及現(xiàn)狀

　　近年來，隨著儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的不斷提升，儲(chǔ)能在可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的作用日益凸顯，我國(guó)也相繼出臺(tái)政策鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)的建設(shè)與應(yīng)用。根據(jù)接入方式及應(yīng)用場(chǎng)景的不同，儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用主要包含集中式與分布式兩種形式。集中式應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般在同一并網(wǎng)點(diǎn)集中接入，目前，在大規(guī)模可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、電網(wǎng)輔助服務(wù)等方面主要采用此形式，具有功率大(數(shù)兆瓦到百兆瓦級(jí))、持續(xù)放電時(shí)間長(zhǎng)(分鐘級(jí)至小時(shí)級(jí))等特點(diǎn)。分布式應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)接入位置靈活，目前多在中低壓配電網(wǎng)、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)、用戶側(cè)應(yīng)用。分布式儲(chǔ)能的功率、容量的規(guī)模相對(duì)較小。

　　1分布式儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

　　1.1削峰填谷

　　近年來，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差日益增大，可再生能源發(fā)電在電網(wǎng)滲透率的不斷提高又進(jìn)一步導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰壓力增大。利用儲(chǔ)能裝置在負(fù)荷高峰時(shí)期放電，負(fù)荷低谷時(shí)期從電網(wǎng)充電，減少高峰負(fù)荷需求，節(jié)省用電費(fèi)用，從而達(dá)到改善負(fù)荷特性、參與系統(tǒng)調(diào)峰的目的。通過實(shí)施削峰填谷，可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的利用率并且延緩或減少發(fā)－輸－配電環(huán)節(jié)設(shè)備的擴(kuò)容與升級(jí)。

　　根據(jù)實(shí)施主體的不同，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行削峰填谷的目標(biāo)也有差異：

　?、佼?dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施主體為電網(wǎng)時(shí)，從電網(wǎng)調(diào)峰角度考慮，為減少常規(guī)發(fā)電機(jī)組的開停機(jī)次數(shù)以及旋轉(zhuǎn)備用的容量，儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷的目標(biāo)應(yīng)為負(fù)荷波動(dòng)小、峰谷差小。②當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施主體為用戶或者第三方投資方時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷的目標(biāo)則變?yōu)楣?jié)省電費(fèi)、最大限度套利。目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷控制策略多以負(fù)荷波動(dòng)最小為目標(biāo)函數(shù)，并輔助經(jīng)濟(jì)性分析，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的優(yōu)化管理。

　　1.2提高供電可靠性和電能質(zhì)量

　　為防止電力系統(tǒng)的重要用戶在電網(wǎng)故障或停電時(shí)的經(jīng)濟(jì)損失，通過配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)作為應(yīng)急電源或不間斷電源，可有效提高供電可靠性。另外，儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高效快速地有功和無功控制，快速響應(yīng)系統(tǒng)擾動(dòng)，調(diào)整頻率與電壓，補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量。

　　1.3調(diào)頻

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)尤其是電池儲(chǔ)能技術(shù)具備響應(yīng)速度快、雙向調(diào)節(jié)能力等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)的調(diào)頻手段更加高效。但由于儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的制約，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量比傳統(tǒng)調(diào)頻電源小，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)參與系統(tǒng)調(diào)頻一般是與傳統(tǒng)的調(diào)頻電源進(jìn)行組合使用。在儲(chǔ)能參與系統(tǒng)一次調(diào)頻方面，有文獻(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助常規(guī)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻的控制策略進(jìn)行了研究，主要使用了改進(jìn)下垂控制方法。儲(chǔ)能系統(tǒng)也可與風(fēng)電聯(lián)合提高風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力，。此種模式下，也會(huì)相應(yīng)減小風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)量。在儲(chǔ)能參與系統(tǒng)二次調(diào)頻方面，針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)頻中，火電機(jī)組響應(yīng)速度慢、機(jī)組爬坡速率低等問題，主要從儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助調(diào)頻的角度，提出了基于模糊控制、遺傳算法、靈敏度分析的儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻控制方法，從而改善電網(wǎng)調(diào)頻性能。

　　1.4分布式可再生能源消納

　　分布式風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性特點(diǎn)將會(huì)對(duì)其接入的配電網(wǎng)運(yùn)行控制產(chǎn)生沖擊。儲(chǔ)能系統(tǒng)可平滑分布式風(fēng)光發(fā)電的有功功率波動(dòng)、改善電能質(zhì)量、提高跟蹤計(jì)劃出力的能力，從而減小分布式風(fēng)光發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，促進(jìn)電網(wǎng)接納高滲透率分布式可再生能源發(fā)電的能力。目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)提高集中式大規(guī)模可再生能能源發(fā)電方面，主要開展了平滑風(fēng)光出力波動(dòng)、跟蹤計(jì)劃等方面的控制技術(shù)研究，成果較多。分布式可再生能源發(fā)電由于接入位置、利用方式與集中式發(fā)電不同，因此控制需求也有差異，這方面的研究目前剛處于起步階段。

　　2分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)配置技術(shù)

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)、配電側(cè)、用戶側(cè)的分布式應(yīng)用已通過理論及實(shí)踐驗(yàn)證了可行性。現(xiàn)階段，儲(chǔ)能成本相對(duì)較高，儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性問題仍是制約其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的重要因素。但若考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的附加價(jià)值，從技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益方面綜合分析評(píng)估，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，并對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行策略進(jìn)行優(yōu)化，將會(huì)有力促進(jìn)分布式儲(chǔ)能的應(yīng)用。儲(chǔ)能技術(shù)是微電網(wǎng)的重要組成部分，近年來微電網(wǎng)的理論與實(shí)踐成果較多，儲(chǔ)能配置技術(shù)的研究也比較成熟。一般以微電網(wǎng)內(nèi)部的功率平衡、分布式可再生能源發(fā)電利用率以及微電網(wǎng)可靠性等技術(shù)指標(biāo)以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，采用優(yōu)化算法求解得出儲(chǔ)能容量配置方案。

　　3分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用案例

　　分布式儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用取決于儲(chǔ)能技術(shù)特征與應(yīng)用場(chǎng)景需求的對(duì)應(yīng)性。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)功率、能量方面的技術(shù)需求存在差異。對(duì)比目前幾種類型的儲(chǔ)能技術(shù)，除抽水蓄能電站由于受地理?xiàng)l件的限制無法以分布式儲(chǔ)能的形式靈活應(yīng)用之外，其余類型儲(chǔ)能技術(shù)，如電化學(xué)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、壓縮空氣等均有進(jìn)行分布式應(yīng)用的潛力。儲(chǔ)能在分布式發(fā)電以及微電網(wǎng)中的示范項(xiàng)目數(shù)量較多。據(jù)CNESA統(tǒng)計(jì)，不考慮抽水蓄能和儲(chǔ)熱項(xiàng)目，截至2016年，應(yīng)用于分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)量占全部裝機(jī)的比例為57%。而在配電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的應(yīng)用還比較少。儲(chǔ)能在微電網(wǎng)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在提供應(yīng)急電源、提高分布式電源接入能力、改善電能質(zhì)量、聯(lián)絡(luò)線功率控制等方面。以城市微電網(wǎng)－新能源產(chǎn)業(yè)基地八達(dá)嶺新能源孵化器智能微電網(wǎng)項(xiàng)目為例，介紹儲(chǔ)能系統(tǒng)在其中應(yīng)用情況。該微電網(wǎng)包括開閉所、配電室、建筑能源小屋、光伏車棚能源小屋，總計(jì)29個(gè)子微電網(wǎng)，組成三級(jí)微電網(wǎng)群，其中光伏2MW、風(fēng)電60kW和儲(chǔ)能系統(tǒng)2．5MW，儲(chǔ)能系統(tǒng)由全釩液流電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器3種類型電池組成。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于平衡分布式電源及負(fù)荷突變、提升分布式風(fēng)光發(fā)電的穩(wěn)定性。儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電側(cè)應(yīng)用主要以削峰填谷、提高分布式電源接納能力、改善電壓質(zhì)量、提高設(shè)備利用率等為主。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能在配電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用較早且比較大的儲(chǔ)能電站是深圳寶清電池儲(chǔ)能電站。

　　4分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的前景及關(guān)鍵技術(shù)

　　隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)尤其是電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的不斷提高，必將推動(dòng)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。目前的技術(shù)儲(chǔ)備尚不能支撐大量的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的應(yīng)用，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)的應(yīng)用還有很大的研究需求。

　　(1)分布式儲(chǔ)能提高分布式風(fēng)光可再生能源并網(wǎng)消納技術(shù)研究。從分布式風(fēng)光發(fā)電引起的配電網(wǎng)電能質(zhì)量改善、調(diào)峰等需求為切入點(diǎn)，開展分布式儲(chǔ)能容量配置、經(jīng)濟(jì)性分析以及控制技術(shù)的研究，通過兩者聯(lián)合，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行水平。

　　(2)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度管理技術(shù)研究。電網(wǎng)中接入的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行有序的調(diào)度管理，使其不僅滿足就地的功能，同時(shí)還能通過統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制滿足電網(wǎng)級(jí)的應(yīng)用，最大限度發(fā)揮分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用。

　　(3)儲(chǔ)能系統(tǒng)分布式應(yīng)用的優(yōu)化配置及經(jīng)濟(jì)性分析技術(shù)研究。目前的分布式儲(chǔ)能優(yōu)化配置多是針對(duì)特定的接入點(diǎn)進(jìn)行功率與容量的優(yōu)化配置。未來，以電網(wǎng)角度進(jìn)行統(tǒng)一布置時(shí)，應(yīng)開展對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)有序規(guī)劃與配置技術(shù)研究，充分發(fā)揮多點(diǎn)分布式儲(chǔ)能聚合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)多種需求的支撐能力，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

　　5結(jié)語

　　分布式儲(chǔ)能技術(shù)在配電網(wǎng)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)、分布式發(fā)電等方面應(yīng)用可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，應(yīng)用潛力巨大。本文從儲(chǔ)能系統(tǒng)分布式應(yīng)用的角度，總結(jié)分析了分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景。最后從提高分布式可再生能源消納、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度的角度，分析了未來分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)需關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。