特大號“移動儲能”如何煉成 ？

導(dǎo)語：未來幾年，電網(wǎng)側(cè)儲能的發(fā)展速度有望持續(xù)提升，但要在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中大規(guī)模配置儲能，有效疏導(dǎo)投資及運營成本，優(yōu)化和完善商業(yè)運營模式是關(guān)鍵。

在2001年國際消費類電子產(chǎn)品展覽會(CES)上，一位年輕人把幾節(jié)5號電池和一個控制電路組裝在鐵盒里，用來給數(shù)碼產(chǎn)品充電。這本是個解決燃眉之急的小發(fā)明，卻引起一些參展商的注意。一年后，第一代移動電源產(chǎn)品進入市場。但由于當(dāng)時電芯技術(shù)尚不成熟、體積較大，而且功能手機待機時間長達3?5天，市場需求尚不旺盛，第一代產(chǎn)品并未引發(fā)太多關(guān)注。

反轉(zhuǎn)出現(xiàn)在十年后。主流的智能手機、平板電腦等新一代數(shù)碼產(chǎn)品功能多但耗電快，很多人甚至患上“電量焦慮癥”。于是，能夠隨時補充電量的移動電源成為解決這一問題的最佳方案，推出后即實現(xiàn)了普及和發(fā)展。

有意思的是，電網(wǎng)側(cè)儲能和移動電源的境遇有類似之處——電網(wǎng)側(cè)儲能技術(shù)出現(xiàn)多年，但一直很“低調(diào)”，直到2018年才有了“爆發(fā)式增長”。根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)的統(tǒng)計，2018年新增投運(不包含規(guī)劃、在建和正在調(diào)試的儲能項目)的電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)模為206.8兆瓦，增速高達2047.5%。且為2018年全國新增儲能投運規(guī)模的36%，是各類儲能中占比最高的一類。

如果說，移動電源解決的是電量焦慮，那么電網(wǎng)側(cè)儲能解決的則是輔助服務(wù)和新能源消納難題。

從技術(shù)角度看，鋰電池儲能跟蹤負荷變化能力強、控制精確，并有雙向調(diào)節(jié)能力和削峰填谷的功效，可以解決調(diào)峰問題;從經(jīng)濟角度上看，鋰電池成本在近年已經(jīng)有了顯著下降，特別是磷酸鐵鋰電池，2018 年，磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)平均中標價已至1.5元/瓦時左右，這讓其在電網(wǎng)側(cè)儲能領(lǐng)域更具潛力。

于是短短一年間，江蘇、河南、廣東等地的電網(wǎng)側(cè)儲能項目就實現(xiàn)了快速增長，湖南、甘肅、青海等省區(qū)的項目也進入建設(shè)中。其中，哪些電網(wǎng)側(cè)儲能的模式值得關(guān)注?支撐其發(fā)展的商業(yè)模式又有怎樣的內(nèi)在邏輯?

江蘇：從補位到樞紐

在過去一年中，江蘇的電網(wǎng)側(cè)儲能項目規(guī)模大、數(shù)量多、運營模式先進，被認為實質(zhì)啟動了國內(nèi)電網(wǎng)側(cè)儲能市場。

眾所周知，江蘇處于我國電網(wǎng)的末端，也是特高壓受端電網(wǎng)。當(dāng)下，省內(nèi)火電機組逐漸面臨退役，新項目審批卻日益嚴格。隨著新能源裝機不斷增加，如果僅靠老機組，調(diào)峰需求很難滿足。江蘇第一批電網(wǎng)側(cè)儲能電站正是因“補位”而生。

以2018年7月中旬項目建成投運的鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)側(cè)儲能電站(下文簡稱“鎮(zhèn)江項目”)為例，整個工程僅用時2個月，采用“分布式建設(shè)、集中式控制”建設(shè)原則，利用退役變電站、在運變電站空余場地等，分8個站址建設(shè)了儲能子站，并接入了統(tǒng)一的控制器。

在建設(shè)模式上，鎮(zhèn)江項目普遍采用了預(yù)制艙形式，即把儲能設(shè)備集成到大型集裝箱中，以“標準化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的標準配送模式建設(shè)，實現(xiàn)了工程設(shè)計、工廠加工、土建施工、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)的有效銜接。

2018年夏季負荷高峰期間，鎮(zhèn)江項目采用“兩充兩放”或“一充一放”運行模式參與早、晚用電高峰調(diào)節(jié)。2018年夏季鎮(zhèn)江地區(qū)共出現(xiàn)三輪高溫天氣，期間用電負荷急劇攀升，利用儲能在高峰時段放電頂峰，提高電網(wǎng)供電能力10萬千瓦，有效保障了鎮(zhèn)江東部生產(chǎn)生活用電需求。

2018年10月以來，根據(jù)負荷水平變化，國網(wǎng)江蘇省電力公司進一步優(yōu)化鎮(zhèn)江項目調(diào)控策略，除國慶節(jié)、春節(jié)等電網(wǎng)調(diào)峰壓力較大的特殊時段外，鎮(zhèn)江項目主要采用 AGC模式，設(shè)定響應(yīng)優(yōu)先級：緊急功率控制、一次調(diào)頻、AGC，對提升江蘇大電網(wǎng)頻率考核指標起到了良好效果。

經(jīng)現(xiàn)場實測，鎮(zhèn)江項目參與緊急功率控制的整體響應(yīng)時間小于350毫秒，一次調(diào)頻貢獻量可達同容量火電機組50倍，跟蹤AGC指令平均控制精度誤差僅1.03%，各項調(diào)節(jié)指標優(yōu)異，可根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度需要快速、精準動作，充實了堅強智能電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)手段。

但發(fā)揮補位作用只是第一步。國網(wǎng)江蘇電力發(fā)展部規(guī)劃一處副處長朱寰表示，儲能電站相比一般電池儲能系統(tǒng)，其功能定位、技術(shù)標準都要復(fù)雜得多，需要大量的研發(fā)投入。江蘇公司依托項目實踐，在電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲能應(yīng)用研究方面取得豐碩成果，部分成果已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，初步形成了較為完善的技術(shù)和標準體系。

技術(shù)創(chuàng)新不僅提升了項目質(zhì)量，也讓儲能項目實現(xiàn)“升級”。以正在開展前期論證工作的南京江北能源綜合服務(wù)站為例，電站不僅融合了變電站、儲能電站，還加入了數(shù)據(jù)中心、充換電站、無線基站等多種功能單元，提供包含電力等多種能源、數(shù)據(jù)的綜合服務(wù)，期望打造建設(shè)能源高效轉(zhuǎn)換利用、信息廣泛共享互聯(lián)的能源互聯(lián)網(wǎng)基本單元。

江蘇的目標是，將電網(wǎng)側(cè)儲能項目從傳統(tǒng)“變電節(jié)點”轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆湓?、網(wǎng)、荷、儲等特征的能量雙向有序流動的能源樞紐，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算、云邊協(xié)同提供數(shù)據(jù)樞紐。

冀北：從被動到主動

如果說，江蘇省的電網(wǎng)側(cè)項目代表了儲能在大電網(wǎng)受端的應(yīng)用，而位于河北省張家口的國家風(fēng)光儲輸示范工程的儲能項目，則是對電網(wǎng)送端如何融入新能源提供了有力支撐。

中國電力科學(xué)研究院配電所主任吳鳴曾表示，隨著新能源在電網(wǎng)滲透率加大，其穩(wěn)定運行需要更加精細化的控制策略，儲能不可或缺。

國家風(fēng)光儲輸示范工程位于張北縣，從2009年開始啟動建設(shè)，2011年12月一期工程投產(chǎn)時，包括14兆瓦/63兆瓦時的磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)、2兆瓦/8兆瓦時的全釩液流電池儲能系統(tǒng)、2兆瓦/16兆瓦時的膠體鉛酸電池儲能系統(tǒng)、1兆瓦/0.5兆瓦時的鈦酸鋰電池儲能系統(tǒng)，包括C001-C013 13個儲能發(fā)電單元，共計電池單體近30余萬節(jié)投入運營。

在此后多年的運行中，儲能解決了新能源滲透率高、特別是風(fēng)電帶來的各種問題。根據(jù)測算，對于風(fēng)電場而言，配置儲能裝置是最好的方式，雖然會增加3%的場站成本，但可降低20%左右的棄風(fēng)量。以2018年2月的數(shù)據(jù)為例測算，安裝儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場，減少的棄風(fēng)量相當(dāng)于每月增加盈利約16萬元。

二期工程規(guī)劃建設(shè)的50兆瓦均為磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)，目前已經(jīng)完成13兆瓦/12兆瓦時，包含3兆瓦/9兆瓦時電動汽車動力電池梯次利用儲能系統(tǒng)，2套5兆瓦/1.65兆瓦時電站式虛擬同步機儲能系統(tǒng)。

虛擬同步發(fā)電機，可以將新能源發(fā)電設(shè)備等無慣性裝置變?yōu)轭愃仆綑C的裝置，讓其與電網(wǎng)進行實時互動，最終實現(xiàn)源、荷、儲一體化，在實現(xiàn)降低40%以上成本的同時，從被動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為主動支撐。

2016年， 國家電網(wǎng)有限公司在風(fēng)光儲示范工程開工建設(shè)了首個應(yīng)用于大電網(wǎng)的虛擬同步發(fā)電機示范工程，除風(fēng)電和光伏單元式虛擬同步機外， 還建成了2座采用虛擬同步機控制邏輯的集中式儲能電站，這意味著，儲能開始和發(fā)電裝置深入結(jié)合。

針對風(fēng)光儲輸示范工程的需要，國網(wǎng)冀北電力目前已研發(fā)出六種虛擬同步機，其中包括光伏虛擬同步機、風(fēng)電虛擬同步機和電站式虛擬同步機三大類。

冀北風(fēng)光儲公司黨委委員、副總經(jīng)理、總工程師劉漢民指出，下一步，將深入開展儲能電站式虛擬同步機技術(shù)研究，探索儲能參與新能源發(fā)電的調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓等電網(wǎng)輔助服務(wù)。

節(jié)能服務(wù)：從安全到性能提升

韓國儲能電站的火災(zāi)事故為國內(nèi)相關(guān)項目建設(shè)敲醒了警鐘。國內(nèi)電網(wǎng)側(cè)儲能電站建設(shè)，除了要保證技術(shù)先進性、高效運行，在安全方面同樣需要高度重視。

在解決電網(wǎng)側(cè)安全和性能方面，國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司(簡稱節(jié)能公司)已經(jīng)在江蘇淮安官塘儲能電站和紅湖儲能電站進行了嘗試，通過建設(shè)總?cè)萘繛?6.8兆瓦時的儲能項目，積累了從安全保障到性能提升的全方位經(jīng)驗。

在安全方面，節(jié)能公司的策略是，采用細水霧和七氟丙烷雙套安全配置方案。一旦發(fā)生火災(zāi)事故，可以先用傳統(tǒng)的七氟丙烷進行滅火，然后通過高壓將水形成微米級的噴霧把關(guān)，這也是細水霧第一次運用在傳統(tǒng)的電池倉級的滅火項目上。此外，還對儲能電池的電芯采取了系統(tǒng)級控制和預(yù)警技術(shù)，在BMS(電池管理系統(tǒng))、EMS(能量管理系統(tǒng))層面增加安全控制能力，提升滅火效率。

在性能方面，節(jié)能公司借助在節(jié)能診斷和分項計量領(lǐng)域的優(yōu)勢，對于儲能電站轉(zhuǎn)換效率達不到要求的問題，研發(fā)了針對儲能項目的分項計量系統(tǒng)。通過在儲能各個專業(yè)設(shè)備之間，添加直采電能表。借助電能表和計量系統(tǒng)，運營人員可以直觀地在儲能站投運后，了解各個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和能耗情況，并方便在后續(xù)運維中進行針對性的優(yōu)化和提升。

此外，項目還在總站上加裝了快速功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在PCS(電池儲能變流器)的基礎(chǔ)上，增加了一套協(xié)議控制器，可以通過專用通信網(wǎng)直接與PCS進行連接。在穩(wěn)定運行的時候，設(shè)備直接通過EMS進行控制，但對于一些有快速響應(yīng)需求時，可以通過PCS控制器對電池系統(tǒng)進行快速調(diào)節(jié)和控制。與傳統(tǒng)方式借助能源管理進行控制調(diào)節(jié)相比，這套系統(tǒng)不論是在調(diào)節(jié)的速度上，還是跟蹤的精準度上，都有數(shù)量級提升。

當(dāng)下，電網(wǎng)側(cè)儲能項目的運營大多采取租賃模式，即業(yè)主建立儲能電站后，通過容量或電量租賃，由電網(wǎng)公司支付租賃費用，租賃期限結(jié)束后，相關(guān)儲能資產(chǎn)移交給電網(wǎng)公司。由于回報周期較長，不足以推動電網(wǎng)側(cè)儲能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。未來，仍需進行模式創(chuàng)新，探索相關(guān)技術(shù)和市場機制突破的新方向。