電力系統(tǒng)儲能的三大應(yīng)用場景

? ?從整個電力系統(tǒng)的角度看，儲能的應(yīng)用場景可以分為發(fā)電側(cè)儲能、輸配電側(cè)儲能和用戶側(cè)儲能三大場景。這三大場景又都可以從電網(wǎng)的角度分成能量型需求和功率型需求。能量型需求一般需要較長的放電時間（如能量時移），而對響應(yīng)時間要求不高。與之相比，功率型需求一般要求有快速響應(yīng)能力，但是一般放電時間不長（如系統(tǒng)調(diào)頻）。實際應(yīng)用中，需要根據(jù)各種場景中的需求對儲能技術(shù)進行分析，以找到最適合的儲能技術(shù)。本文著重分析儲能的三大應(yīng)用場景。

發(fā)電側(cè)

從發(fā)電側(cè)的角度看，儲能的需求終端是發(fā)電廠。由于不同的電力來源對電網(wǎng)的不同影響，以及負載端難預(yù)測導(dǎo)致的發(fā)電和用電的動態(tài)不匹配，發(fā)電側(cè)對儲能的需求場景類型較多，包括能量時移、容量機組、負荷跟蹤、系統(tǒng)調(diào)頻、備用容量、可再生能源并網(wǎng)等六類場景。

? 能量時移

能量時移是通過儲能的方式實現(xiàn)用電負荷的削峰填谷 ，即發(fā)電廠在用電負荷低谷時段對電池充電，在用電負荷高峰時段將存儲的電量釋放。此外，將可再生能源的棄風(fēng)棄光電量存儲后再移至其他時段進行并網(wǎng)也是能量時移。能量時移屬于典型的能量型應(yīng)用，其對充放電的時間沒有嚴格要求，對于充放電的功率要求也比較寬，但是因為用戶的用電負荷及可再生能源的發(fā)電特征導(dǎo)致能力時移的應(yīng)用頻率相對較高，每年在 300 次以上。

容量機組

由于用電負荷在不同時間段有差異，煤電機組需要承擔(dān)調(diào)峰能力，因此需要留出一定的發(fā)電容量作為相應(yīng)尖峰負荷的能力，這使得火電機組無法達到滿發(fā)狀態(tài)，影響機組運行的經(jīng)濟性。采用儲能可以在用電負荷低谷時充電，在用電尖峰時放電以降低負荷尖峰。利用儲能系統(tǒng)的替代效應(yīng)將煤電的容量機組釋放出來，從而提高火電機組的利用率，增加其經(jīng)濟性。容量機組屬于典型的能量型應(yīng)用，其對充放電的時間沒有嚴格要求，對于充放電的功率要求也比較寬，但是因為用戶的用電負荷及可再生能源的發(fā)電特征導(dǎo)致能力時移的應(yīng)用頻率相對較高，每年在 200 次左右。 ?

負荷跟蹤

負荷跟蹤是針對變化緩慢的持續(xù)變動負荷 ， 進行 動態(tài)調(diào)整 以達到實時平衡 的一種輔助服務(wù)。變化緩慢的持續(xù)變動負荷又可根據(jù)發(fā)電機運行的實際情況細分為基本負荷和爬坡負荷，負荷跟蹤則主要應(yīng)用于爬坡負荷，即通過調(diào)整出力大小，盡量減少傳統(tǒng)能源機組的爬坡速率，讓其盡可能平滑過渡到調(diào)度指令水平。負荷跟蹤和容量機組相比，對放電響應(yīng)時間要求更高，要求相應(yīng)時間在分鐘級。 ?

系統(tǒng)調(diào)頻

頻率的變化會對發(fā)電及用電設(shè)備的安全高效運行及壽命產(chǎn)生影響，因此頻率調(diào)節(jié)至關(guān)重要。在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)中，電網(wǎng)短時間內(nèi)的能量不平衡是由傳統(tǒng)機組（在我國主要是火電和水電）通過響應(yīng) AGC 信號來進行調(diào)節(jié)的。而隨著新能源的并網(wǎng)，風(fēng)光的波動性和隨機性使得電網(wǎng)短時間內(nèi)的能量不平衡加劇，傳統(tǒng)能源（特別是火電）由于調(diào)頻速度慢，在響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令時具有滯后性，有時會出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)之類的錯誤動作，因此不能滿足新增的需求。相較而言，儲能（特別是電化學(xué)儲能）調(diào)頻速度快，電池可以靈活地在充放電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，成為非常好的調(diào)頻資源。

和負荷跟蹤相比，系統(tǒng)調(diào)頻的負荷分量變化周期在分秒級，對響應(yīng)速度要求更高（一般為秒級響應(yīng)），對負荷分量的調(diào)整方式一般為 AGC。但是系統(tǒng)調(diào)頻是典型的功率型應(yīng)用，其要求在較短時間內(nèi)進行快速的充放電，采用電化學(xué)儲能時需要有較大的充放電倍率，因此會減少一些類型電池的壽命，從而影響其經(jīng)濟性。 ?

備用容量

備用容量是指在滿足預(yù)計負荷需求以外，針對突發(fā)情況時為保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行而預(yù)留的有功功率儲備，一般備用容量需要在系統(tǒng)正常電力供應(yīng)容量 15~20%，且最小值應(yīng)等于系統(tǒng)中單機裝機容量最大的機組容量。由于備用容量針對的是突發(fā)情況，一般年運行頻率較低，如果是采用電池單獨做備用容量服務(wù)，經(jīng)濟性無法得到保障，因此需要將其與現(xiàn)有備用容量的成本進行比較來確定實際的替代效應(yīng)。 ?

可再生能源并網(wǎng)

由于風(fēng)電、光伏發(fā)電出力隨機性、間歇性的特點，其電能質(zhì)量相比傳統(tǒng)能源要差，由于可再生能源發(fā)電的波動（頻率波動、出力波動等）從數(shù)秒到數(shù)小時之間，因此既有功率型應(yīng)用也有能量型應(yīng)用，一般可以將其分為可再生能源能量時移、可再生能源發(fā)電容量固化和可再生能源出力平滑三類應(yīng)用。例如針對光伏發(fā)電棄光的問題，需要將白天發(fā)出的剩余電量進行儲存以備晚上放電，屬于可再生能源的能量時移。而針對風(fēng)電，由于風(fēng)力的不可預(yù)測性，導(dǎo)致風(fēng)電的出力波動較大，需要將其平滑，因而以功率型應(yīng)用為主。 ?

輸配電側(cè)

? 儲能在輸配側(cè)的應(yīng)用主要是緩解輸配電阻塞、延緩輸配電設(shè)備擴容及無功支持三類，相對于發(fā)電側(cè)的應(yīng)用，輸配電側(cè)的應(yīng)用類型少，同時從效果的角度看更多是替代效應(yīng)。 ?

? 緩解輸配電阻塞

線路阻塞是指線路負荷超過線路容量，將儲能系統(tǒng)安裝在線路上游，當(dāng)發(fā)生線路阻塞時可以將無法輸送的電能儲存到儲能設(shè)備中，等到線路負荷小于線路容量時，儲能系統(tǒng)再向線路放電。一般對于儲能系統(tǒng)要求放電時間在小時級，運行次數(shù)在 50~100 次左右，屬于能量型應(yīng)用，對響應(yīng)時間有一定要求，需要在分鐘級響應(yīng)。

? 延緩輸配電設(shè)備擴容

傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃或者電網(wǎng)升級擴建成本很高。在負荷接近設(shè)備容量的輸配電系統(tǒng)內(nèi)，如果一年內(nèi)大部分時間可以滿足負荷供應(yīng)，只在部分高峰特定時段會出現(xiàn)自身容量低于負荷的情況時，可以利用儲能系統(tǒng)通過較小的裝機容量有效提高電網(wǎng)的輸配電能力，從而延緩新建輸配電設(shè)施成本，延長原有設(shè)備的使用壽命。相比較緩解輸配電阻塞，延緩輸配電設(shè)備擴容工作頻次更低，考慮到電池老化，實際可變成本較高，因此對電池的經(jīng)濟性提出了更高的要求。 ?

無功支持

無功支持是指在輸配線路上通過注入或吸收無功功率來調(diào)節(jié)輸電電壓。無功功率的不足或過剩都會造成電網(wǎng)電壓波動，影響電能質(zhì)量，甚至損耗用電設(shè)備。電池可以在動態(tài)逆變器、通信和控制設(shè)備的輔助下，通過調(diào)整其輸出的無功功率大小來對輸配電線路的電壓進行調(diào)節(jié)。無功支持屬于典型的功率型應(yīng)用，放電時間相對較短，但運行頻次很高。 ?

用電側(cè)

? 用電側(cè)是電力使用的終端，用戶是電力的消費者和使用者，發(fā)電及輸配電側(cè)的成本及收益以電價的形式表現(xiàn)出來，轉(zhuǎn)化成用戶的成本，因此電價的高低會影響用戶的需求。 ?

? 用戶分時電價管理

電力部門將每天 24 小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，即為分時電價。用戶分時電價管理和能量時移類似，區(qū)別僅在于用戶分時電價管理是基于分時電價體系對電力負荷進行調(diào)節(jié)，而能量時移是根據(jù)電力負荷曲線對發(fā)電功率進行調(diào)節(jié)。 ?

容量費用管理

我國對供電部門大工業(yè)企業(yè)實行兩部制電價：電量電價指的是按照實際發(fā)生的交易電量計費的電價，容量電價則主要取決于用戶用電功率的最高值。容量費用管理是指在不影響正常生產(chǎn)的情況下，通過降低最高用電功率，從而降低容量費用。用戶可以利用儲能系統(tǒng)在用電低谷是儲能，在高峰時負負荷放電，從而降低整體負荷，達到降低容量費用的目的。 ?

提高電能質(zhì)量

由于存在電力系統(tǒng)操作負荷性質(zhì)多變，設(shè)備負載非線性等問題，用戶獲得的電能存在電壓、電流變化或者頻率偏差等問題，此時電能的質(zhì)量較差。系統(tǒng)調(diào)頻、無功支持就是在發(fā)電側(cè)和輸配電側(cè)提升電能質(zhì)量的方式。在用戶側(cè)，儲能系統(tǒng)同樣可以進行平滑電壓、頻率波動，例如利用儲能解決分布式光伏系統(tǒng)內(nèi)電壓升高、驟降、閃變等問題。提升電能質(zhì)量屬于典型的功率型應(yīng)用，具體放電市場及運行頻率依據(jù)實際應(yīng)用場景而有所不同，但一般要求響應(yīng)時間在毫秒級。 ?

提升供電可靠性

儲能用于提高微網(wǎng)供電可靠性，是指發(fā)生停電故障時，儲能能夠?qū)涞哪芰抗?yīng)給終端用戶，避免了故障修復(fù)過程中的電能中斷，以保證供電可靠性。該應(yīng)用中的儲能設(shè)備必須具備高質(zhì)量、高可靠性的要求，具體放電時長主要與安裝地點相關(guān)。

編輯：黃飛

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