電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用分析

引言

電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要的能源。鑒于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中時(shí)刻"供需平衡"的運(yùn)行原則以及能源供需時(shí)空的不均,造成了電力負(fù)荷的"峰谷"現(xiàn)象,導(dǎo)致電網(wǎng)時(shí)空上的輕載和過(guò)載并存,一方面網(wǎng)絡(luò)資源和設(shè)施利用率低,另一方面又要通過(guò)限電保證電網(wǎng)的安全。這與南方電網(wǎng)公司提出的讓人民從"用上電"到"用好電"的目標(biāo)尚有一段差距。而儲(chǔ)能技術(shù)的引進(jìn)將發(fā)揮電力"倉(cāng)儲(chǔ)"功能,改變電力"產(chǎn)、運(yùn)、消"瞬時(shí)同步完成的特性,解決電力生產(chǎn)地與消費(fèi)地不匹配,電網(wǎng)通道不暢的問(wèn)題,有效減少峰谷負(fù)荷差,保證供電的可靠性。

1儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能裝置和并網(wǎng)裝置兩大部分組成。儲(chǔ)能裝置由儲(chǔ)能元件組成,主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存、釋放或快速的功率交換。并網(wǎng)裝置由電力電子器件組成,主要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換。儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量范圍比較寬,從幾十千瓦到幾百兆瓦:放電時(shí)間跨度大,從毫秒級(jí)到小時(shí)級(jí):應(yīng)用范圍廣,貫穿整個(gè)發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外已有不少儲(chǔ)能電站的成功應(yīng)用案例,表明儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟,可以作為解決電網(wǎng)痛點(diǎn)問(wèn)題的重要手段之一。國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能典型項(xiàng)目如表1所示。

2某市電網(wǎng)重過(guò)載現(xiàn)狀分析

某市電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)迅猛,輸電走廊等資源緊張與負(fù)荷需求不斷增長(zhǎng)的矛盾愈加突出,主變壓器重過(guò)載情況嚴(yán)峻,如圖1所示。

某市220kV變電站主變共有59臺(tái)重過(guò)載,重過(guò)載比例為65.55%:110kV及35kV變電站主變共有178臺(tái)重過(guò)載,重過(guò)載比例為42.38%:全市共有237臺(tái)主變重過(guò)載,重過(guò)載比例為56.43%。根據(jù)某市電網(wǎng)近期規(guī)劃,受基建投資及線行等多方面因素影響,重過(guò)載區(qū)域無(wú)新建變電站投產(chǎn),負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)移。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展,一定程度上可以解決因電網(wǎng)通道不暢導(dǎo)致的"卡脖子"問(wèn)題,同時(shí)有效減少峰谷負(fù)荷差。

某片區(qū)現(xiàn)有220kV變電站2座(主變6臺(tái),總?cè)萘?170MVA）:110kV變電站7座(主變15臺(tái),總?cè)萘?34MVA）,最高負(fù)載率達(dá)88.39%,主變重過(guò)載情況如表2所示。

由表2可知,220kV都某站主變重過(guò)載情況尤為突出(1997年投產(chǎn),裝變?nèi)萘繛?×150MVA,其中#1和#2主變接帶10kV負(fù)荷,容量為2×50MVA）。2018年最高負(fù)荷370.23MVA,最高負(fù)載率88.68%,其中10kV側(cè)最高負(fù)荷94.98MVA,最高負(fù)載率94.98%。

3某重過(guò)載片區(qū)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)方案

根據(jù)儲(chǔ)能電站選址及容量配置原則,區(qū)內(nèi)220kV都某站、110kV北某站、110kV道某站符合儲(chǔ)能電站建設(shè)條件。結(jié)合該片區(qū)的年平均負(fù)荷峰谷差,規(guī)劃電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能總規(guī)模為10Mw/40Mwh,以解決該片區(qū)重過(guò)載問(wèn)題,達(dá)到"削峰填谷"的效果。

針對(duì)主變重載現(xiàn)象,作為削峰填谷方式的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站可以采用兩種方案:（1)電網(wǎng)側(cè)集中式儲(chǔ)能調(diào)峰電站:（2)電網(wǎng)側(cè)多點(diǎn)布局分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰電站。兩種方案的對(duì)比分析如表3所示。

3.1電網(wǎng)側(cè)集中式儲(chǔ)能調(diào)峰電站

該方案如下:儲(chǔ)能電站采用磷酸鐵鋰電池,總?cè)萘繛?0Mw/40Mwh左右,儲(chǔ)能夜間充電時(shí)段為00:00—08:00和12:00—14:00。儲(chǔ)能在用電高峰時(shí)間放電,時(shí)段約在10:00—12:00、15:00—17:00、19:00—22:00:在220kV都某站10kV側(cè)接入,為主變分擔(dān)部分負(fù)載,減輕主變負(fù)載重載問(wèn)題,進(jìn)行集中調(diào)峰。

3.2電網(wǎng)側(cè)多點(diǎn)布局分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰電站

該方案如下:綜合儲(chǔ)能系統(tǒng)場(chǎng)址條件、區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性、負(fù)荷特性、區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃規(guī)模、交通運(yùn)輸、環(huán)境條件等因素,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),選擇220kV都某站（4個(gè)單元19.2Mw/19.2Mwh)、110kV北某站（2個(gè)單元9.6Mw/9.6Mwh)、110kV道某站（2個(gè)單元9.6Mw/9.6Mwh)作為布點(diǎn),綜合配置8個(gè)單元容量4.8Mw/4.8Mwh、總規(guī)模為38.4Mw/38.4Mwh的儲(chǔ)能系統(tǒng),接入變電站10kV母線,利用已有的通信系統(tǒng),創(chuàng)新構(gòu)建統(tǒng)一的云儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng),同時(shí)將客戶側(cè)儲(chǔ)能電站也納入到"云儲(chǔ)能"管理系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)局域電網(wǎng)的虛擬電廠綜合控制,實(shí)現(xiàn)主變的虛擬擴(kuò)容,總投資與集中式儲(chǔ)能相當(dāng)。

通過(guò)比選,建議優(yōu)先考慮電網(wǎng)側(cè)多點(diǎn)布局分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰電站方案,即利用變電站內(nèi)的空地,在3個(gè)變電站分別布點(diǎn)儲(chǔ)能電站。在220kV都某站建設(shè)4個(gè)單元4.8Mw/4.8Mwh、總?cè)萘繛?9.2Mw/19.2Mwh的儲(chǔ)能電站,每2個(gè)單元為一組,分別接入#1主變10kV側(cè)和#2主變10kV側(cè),占地面積約為2400m2:在110kV道某站建設(shè)2個(gè)單元4.8Mw/4.8Mwh、總?cè)萘繛?.6Mw/9.6Mwh的儲(chǔ)能電站,分別接入#1主變10kV側(cè)和#2主變10kV側(cè),占地約1200m2:110kV北某站與110kV道某站建設(shè)方案相同。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)集群控制調(diào)峰系統(tǒng)調(diào)配總?cè)萘繛?8.4Mw/38.4Mwh。

選取220kV都某站#1主變低壓側(cè)2019年8月份最小負(fù)荷日8月27日負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,采用多點(diǎn)布局分布式2個(gè)單元9.6Mw/9.6Mwh對(duì)都某站#1變10kV側(cè)進(jìn)行充放電模擬分析,分別取04:00—07:30進(jìn)行充電,09:00—11:45進(jìn)行放電,12:00—13:30進(jìn)行充電,14:00—17:00進(jìn)行放電,且2次充放電都達(dá)到額定容量,如圖2所示。由圖2可知,加入儲(chǔ)能后,220kV都某站#1主變低壓側(cè)負(fù)荷曲線明顯平緩,削峰填谷效果良好。

4結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式基礎(chǔ)上增加一個(gè)存儲(chǔ)電能的環(huán)節(jié),使原來(lái)幾乎完全"剛性"的系統(tǒng)變得"柔性"起來(lái),電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性得到大幅提高。建設(shè)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站能夠減輕負(fù)荷高峰時(shí)段主變負(fù)載率,實(shí)現(xiàn)對(duì)主變的虛擬擴(kuò)容,可在負(fù)荷低谷時(shí)段充電,實(shí)現(xiàn)"削峰填谷"。將電網(wǎng)側(cè)集中式儲(chǔ)能項(xiàng)目納入廣東省"源網(wǎng)荷"系統(tǒng),打造電網(wǎng)"源網(wǎng)荷儲(chǔ)"多元化發(fā)展體系,并參與全省范圍內(nèi)的需求側(cè)響應(yīng),實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與電網(wǎng)之間的"綠色發(fā)展,友好互動(dòng)"目標(biāo)。