儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源發(fā)電波動(dòng)的有效途徑。風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能電站能夠?qū)崿F(xiàn)平滑輸出、跟蹤計(jì)劃出力、削峰填谷等作用，也能夠進(jìn)行調(diào)頻、無(wú)功補(bǔ)償?shù)容o助服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)減少棄風(fēng)、提高并網(wǎng)質(zhì)量、建設(shè)友好型風(fēng)場(chǎng)的目的。液流電池具有壽命長(zhǎng)、安全性好、輸出功率大、儲(chǔ)能容量大且易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，壽命達(dá)到15-20年，同其他儲(chǔ)能技術(shù)比較，與風(fēng)電場(chǎng)硬件具備最高的匹配度。特別適合用于風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能，滿足其頻繁充放電、大容量、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能需求。
近年來，國(guó)內(nèi)外相繼開展了大量風(fēng)場(chǎng)配置液流電池儲(chǔ)能的示范項(xiàng)目，驗(yàn)證了儲(chǔ)能技術(shù)本身的可靠性，以及對(duì)風(fēng)場(chǎng)的重要作用；一些研究機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能的設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式進(jìn)行了相關(guān)研究，依據(jù)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行特性，對(duì)配置的儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)和控制方法，運(yùn)行模式，容量?jī)?yōu)化等進(jìn)行了一系列的研究，提供了具體的解決方案和思路，為以后風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能設(shè)計(jì)建設(shè)提供參考依據(jù)。但是，從目前儲(chǔ)能的發(fā)展來看，儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性始終是影響液流電池儲(chǔ)能技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
本文以西北地區(qū)某風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況為基礎(chǔ)，考察風(fēng)場(chǎng)配置液流電池儲(chǔ)能的應(yīng)用模式，收益模式，分析風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性，為液流電池儲(chǔ)能的發(fā)展，以及風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能的模式提供參考依據(jù)。
重點(diǎn)內(nèi)容導(dǎo)讀
選定的風(fēng)場(chǎng)2018年全年棄風(fēng)量接近30%，棄風(fēng)帶來的經(jīng)濟(jì)損失約5000多萬(wàn)元。圖1所示為該風(fēng)場(chǎng)2018年部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，由圖中可以看出，風(fēng)場(chǎng)棄風(fēng)頻次較高，且棄風(fēng)量波動(dòng)較大。
圖1. 風(fēng)場(chǎng)部分運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)
依據(jù)選定風(fēng)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，選定風(fēng)場(chǎng)在2018年發(fā)生棄風(fēng)頻次為853次，如圖2中所示，風(fēng)場(chǎng)棄小于10MWh的棄風(fēng)量的頻次占總數(shù)的50%以上，達(dá)到400余次。這些小規(guī)模的棄風(fēng)可以通過儲(chǔ)能收集起來，在電網(wǎng)不限電時(shí)放出，實(shí)現(xiàn)減小棄風(fēng)的目的，這也是儲(chǔ)能移峰功能的體現(xiàn)。
圖2. 風(fēng)場(chǎng)棄風(fēng)量及對(duì)應(yīng)頻次
依據(jù)選定風(fēng)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，模擬風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能的跟蹤計(jì)劃出力模式，分析儲(chǔ)能電站在跟蹤計(jì)劃出力模式中的充放電行為，從圖3中可以看出，儲(chǔ)能容量需求大多數(shù)時(shí)間在10MWh以內(nèi)，放電次數(shù)接近3000次。這種運(yùn)行模式特別適合于全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮全釩液流電池的壽命長(zhǎng)、循環(huán)次數(shù)高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，而且，配置合適規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以提高儲(chǔ)能利用率，充分發(fā)揮儲(chǔ)能的作用。
圖3. 儲(chǔ)能跟蹤計(jì)劃出力模式放電次數(shù)及所需容量
由以上風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行模式分析可以看出，儲(chǔ)能當(dāng)前比較適合于風(fēng)場(chǎng)小規(guī)模移峰和跟蹤計(jì)劃出力模式運(yùn)行。當(dāng)前模式下，風(fēng)場(chǎng)配置液流電池儲(chǔ)能收益由兩部分構(gòu)成，減免考核和減少棄風(fēng)。
考慮到全釩液流電池電解液價(jià)值，電解液殘值按原值的70%計(jì)算。綜合收益模型中的移峰、跟蹤計(jì)劃出力、考核減免收益模式，不同配置的全釩液流電池儲(chǔ)能電站在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行收益如圖4。
注：2h為2小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，4h為4小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)；全釩液流電池儲(chǔ)能造價(jià)2h時(shí)長(zhǎng)為以4000 RMB/kWh計(jì)算，4h時(shí)長(zhǎng)以3000 RMB/kWh計(jì)算。
圖4. 不同規(guī)模不同時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能投資回報(bào)率和回收期
由數(shù)據(jù)分析可以看出，在當(dāng)前運(yùn)行模式下，液流電池儲(chǔ)能功率在5MW時(shí)，儲(chǔ)能容量為2小時(shí)（10MWh）時(shí)， 儲(chǔ)能具有最優(yōu)的資金回報(bào)率和最短的回收期，投資靜態(tài)回收期約7.9年。
結(jié)論
風(fēng)場(chǎng)配置全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)跟蹤計(jì)劃出力，減少棄風(fēng)，減免“兩個(gè)細(xì)則”考核，也可以參與輔助服務(wù)，有效的提升風(fēng)場(chǎng)并網(wǎng)質(zhì)量，且具有較好的投資回報(bào)率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
在小規(guī)模移峰和跟蹤計(jì)劃出力模式下，配置規(guī)模5MW/10MWh的液流電池儲(chǔ)能，是較優(yōu)的配置方案。在上述分析中，僅考慮了電解液的回收，沒有考慮電堆的回收，因此分析結(jié)果顯示功率配置對(duì)投資回收期影響不大，實(shí)際上，電堆回收主要是關(guān)鍵材料的回收和再利用，工藝簡(jiǎn)單，若考慮這部分影響，投資回收期會(huì)進(jìn)一步縮短。若采用電解液租賃模式，投資回收期還會(huì)更進(jìn)一步降低。
未來隨著儲(chǔ)能成本的降低，儲(chǔ)能可以發(fā)揮大規(guī)模移峰、能量管理的作用，可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷以、收集棄風(fēng)用于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，同時(shí)可以同跟蹤計(jì)劃出力運(yùn)行模式結(jié)合，最大程度的提高儲(chǔ)能利用率，使得綜合收益最高。
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