电网侧储能技术应用分析

引言

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。

1储能系统在电网中的应用

储能系统主要由储能装置和并网装置两大部分组成。储能装置由储能元件组成,主要实现能量的储存、释放或快速的功率交换。并网装置由电力电子器件组成,主要实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换。储能系统的容量范围比较宽,从几十千瓦到几百兆瓦:放电时间跨度大,从毫秒级到小时级:应用范围广,贯穿整个发电、输电、配电、用电系统。目前国内外已有不少储能电站的成功应用案例,表明储能技术已经相对成熟,可以作为解决电网痛点问题的重要手段之一。国内外电网侧储能典型项目如表1所示。

2某市电网重过载现状分析

某市电网负荷增长迅猛,输电走廊等资源紧张与负荷需求不断增长的矛盾愈加突出,主变压器重过载情况严峻,如图1所示。

某市220kV变电站主变共有59台重过载,重过载比例为65.55%:110kV及35kV变电站主变共有178台重过载,重过载比例为42.38%:全市共有237台主变重过载,重过载比例为56.43%。根据某市电网近期规划,受基建投资及线行等多方面因素影响,重过载区域无新建变电站投产,负荷无法转移。储能技术的发展,一定程度上可以解决因电网通道不畅导致的"卡脖子"问题,同时有效减少峰谷负荷差。

某片区现有220kV变电站2座(主变6台,总容量1170MVA）:110kV变电站7座(主变15台,总容量834MVA）,最高负载率达88.39%,主变重过载情况如表2所示。

由表2可知,220kV都某站主变重过载情况尤为突出(1997年投产,装变容量为3×150MVA,其中#1和#2主变接带10kV负荷,容量为2×50MVA）。2018年最高负荷370.23MVA,最高负载率88.68%,其中10kV侧最高负荷94.98MVA,最高负载率94.98%。

3某重过载片区电网侧储能建设方案

根据储能电站选址及容量配置原则,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。两种方案的对比分析如表3所示。

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2所示。由图2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。

4结语

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。