电网侧储能技术应用分析

电网侧储能技术应用分析

李鹏晖

中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建省 福州市 350003

摘要：电能是现代社会中最重要的能源。鉴于传统电力系统中时刻“供需平衡”的运行原则以及能源供需时空的不均，造成了电力负荷的“峰谷”现象，导致电网时空上的轻载和过载并存，一方面网络资源和设施利用率低，另一方面又要通过限电保证电网的安全。这与南方电网公司提出的让人民从“用上电”到“用好电”的目标尚有一段差距。而储能技术的引进将发挥电力“仓储”功能，改变电力“产、运、消”瞬时同步完成的特性，解决电力生产地与消费地不匹配，电网通道不畅的问题，有效减少峰谷负荷差，保证供电的可靠性。基于此，本文探讨了电网侧储能技术应用。

关键词：储能；电池；应用

1、储能概念与储能形式

储能主要是指电能的储能。能量储存的目的主要包括:作为备份电源自然灾害等紧急情况下,突然事故或预防的重要设备,系统断电,等,,也可以针对电网负荷低,功耗很低时,特定的能量储存技术是用来存储电能;当电网负荷较大时，结合电网向用户输出功率，从而对电网系统起到“削峰填谷”和“调频调相”的作用。其目的是为了减少电网系统的波动。

目前，储能技术的发展方兴未艾，类型繁多。主要形式有:一是电化学储能和感应(电容)储能，以电能储能为代表，应用广泛;另一种是热能和机械能的储存。熔融盐储能和重力势能储能等机械能储能的代表。本文主要介绍了电化学储能的技术特点、发展现状及应用。

2、储能技术在电力系统的应用

2.1、储能技术对电网的好处

储能技术对电网的好处：①帮助增加可再生能源的渗透率，促进分布式(微电网)发电的发展；②提升电网的稳定性和实现充分的调峰，减少高峰负荷及对应的电网投资和电源投资；③通过电价设计，促进电力市场自由化。电池储能是分布式电网(微电网)发展的瓶颈。

2.2、储能技术在电力系统的应用

第一个是飞轮储能。目前主要用于补充电池系统，如不间断电源/应急电源、电网调峰和频率控制等。截至2014年底，美国飞轮储能总装机容量为40.5 MW，加拿大为2mw。第二个是超级电容器。目前，美国TVA电力公司成功开发的200kw超级电容储能系统主要用于大功率直流电机的启动支持。再一次，超导磁能存储是使用由超导体制成的线圈来直接存储电磁能量，并在需要时将电磁能量返回到电网或其他负载。还有热能储存。该储能技术在能源集中供应侧和用户侧的应用中具有重要的应用价值。最后是低温储能技术，它可以直接利用蓄热(冷)进行大规模的电力管理，利用极低的大气压液化点，有效解决常规蓄热技术能量密度低的问题。目前，一些示范电厂与英国国家电网合作，采用低温储能技术，为电网提供各种容量需求和辅助服务。

2.3、案例探讨

根据储能电站选址及容量配置原则[6-10]，区内220kV都某站、110kV北某站、110kV道某站符合储能电站建设条件。结合该片区的年平均负荷峰谷差，规划电网侧储能总规模为10MW/40MWh，以解决该片区重过载问题，达到“削峰填谷”的效果。针对主变重载现象，作为削峰填谷方式的电网侧储能电站可以采用两种方案：（1）电网侧集中式储能调峰电站；（2）电网侧多点布局分布式储能系统集群控制调峰电站。

2.3.1、电网侧集中式储能调峰电站

该方案如下：储能电站采用磷酸铁锂电池，总容量为10MW/40MWh左右，储能夜间充电时段为00：00—08：00和12：00—14：00。储能在用电高峰时间放电，时段约在10：00—12：00、15：00—17：00、19：00—22：00；在220kV都某站10kV侧接入，为主变分担部分负载，减轻主变负载重载问题，进行集中调峰。

3.2.2、电网侧多点布局分布式储能系统集群控制调峰电站

该方案如下：综合储能系统场址条件、区域电网结构特性、负荷特性、区域电网规划规模、交通运输、环境条件等因素，经过现场勘测，选择220kV都某站（4个单元19.2MW/19.2MWh）、110kV北某站（2个单元9.6MW/9.6MWh）、110kV道某站（2个单元9.6MW/9.6MWh）作为布点，综合配置8个单元容量4.8MW/4.8MWh、总规模为38.4MW/38.4MWh的储能系统，接入变电站10kV母线，利用已有的通信系统，创新构建统一的云储能能量管理系统，同时将客户侧储能电站也纳入到“云储能”管理系统中，实现局域电网的虚拟电厂综合控制，实现主变的虚拟扩容，总投资与集中式储能相当。

通过比选，建议优先考虑电网侧多点布局分布式储能系统集群控制调峰电站方案，即利用变电站内的空地，在3个变电站分别布点储能电站。在220kV都某站建设4个单元4.8MW/4.8MWh、总容量为19.2MW/19.2MWh的储能电站，每2个单元为一组，分别接入#1主变10kV侧和#2主变10kV侧，占地面积约为2400m2；在110kV道某站建设2个单元4.8MW/4.8MWh、总容量为9.6MW/9.6MWh的储能电站，分别接入#1主变10kV侧和#2主变10kV侧，占地约1200m2；110kV北某站与110kV道某站建设方案相同。分布式储能系统集群控制调峰系统调配总容量为38.4MW/38.4MWh。

选取220kV都某站#1主变低压侧2019年8月份最小负荷日8月27日负荷数据进行分析，采用多点布局分布式2个单元9.6MW/9.6MWh对都某站#1变10kV侧进行充放电模拟分析，分别取04：00—07：30进行充电，09：00—11：45进行放电，12：00—13：30进行充电，14：00—17：00进行放电，且2次充放电都达到额定容量，如图1所示。由图1可知，加入储能后，220kV都某站#1主变低压侧负荷曲线明显平缓，削峰填谷效果良好。

图1 8月27日220 kV都某站#1主变低压侧9.6 MW/9.6 MWh储能削峰填谷曲线

总之，储能技术是在传统电力系统生产模式基础上增加一个存储电能的环节，使原来几乎完全“刚性”的系统变得“柔性”起来，电网运行的安全性、可靠性、经济性、灵活性得到大幅提高。建设电网侧储能电站能够减轻负荷高峰时段主变负载率，实现对主变的虚拟扩容，可在负荷低谷时段充电，实现“削峰填谷”。将电网侧集中式储能项目纳入广东省“源网荷”系统，打造电网“源网荷储”多元化发展体系，并参与全省范围内的需求侧响应，实现储能与电网之间的“绿色发展，友好互动”目标。

参考文献：

[1].国家电网公司电池储能技术实验室简介[J].储能科学与技术,2019,8(06):994.

[2].国家电网公司电池储能技术实验室简介[J].储能科学与技术,2019,8(05):1004.