中國儲能網(wǎng)訊：隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進，光伏、風(fēng)電等新能源占比逐漸增加。由于新能源發(fā)電波動性、間歇性和隨機性等特性，需要配備儲能的應(yīng)用才能更好地實現(xiàn)消納和平滑波動，儲能逐漸成為推進能源體系低碳轉(zhuǎn)型的重要著力點。
近日，2022年度中國電力科學(xué)技術(shù)進步獎結(jié)果揭曉，國網(wǎng)浙江電力牽頭完成的“面向多功能復(fù)用的儲能電站優(yōu)化配置與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”斬獲一等獎，項目聚焦的正是儲能電站多功能復(fù)用問題。
看到這，對儲能有了解的你，可能會有這樣的疑問，儲能電站不就是個“充電寶”嗎？除了充放電還能有什么多功能？
被“低估”的儲能電站
目前已建成的儲能電站多采用電化學(xué)儲能方式，具有雙向出力，響應(yīng)迅速的特點，可從源網(wǎng)荷多側(cè)支撐能源清潔高效利用，不僅能夠通過充、放電響應(yīng)新能源的波動，還可以進行削峰填谷。
南麂島微電網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)｜劉廣擴 攝
諸多優(yōu)勢讓儲能電站建設(shè)風(fēng)生水起，但也存在著較大優(yōu)化空間：
目前，較為固定比例的配置會一定程度影響儲能電站綜合利用率。配置過低時，無法滿足多種功能需求；配置過高時，會導(dǎo)致儲能投資成本增加。
運行模式單一，當前多數(shù)儲能電站僅執(zhí)行傳統(tǒng)的削峰填谷功能，受電價導(dǎo)向，這些儲能電站多在低谷電價時充電，高峰電價時放電。據(jù)中電聯(lián)《新能源配儲能運行情況調(diào)研報告》統(tǒng)計，截至2021年底，我國電化學(xué)儲能電站平均等效利用系數(shù)僅為12.2%。
電池管理較薄弱，當前儲能電站的電池多采用串、并聯(lián)方式相連，一旦一個電池單體發(fā)生故障，將波及儲能電站整體運行，可用容量也無法照常釋放。
助力儲能產(chǎn)業(yè)降本增效
為應(yīng)對儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中暴露的種種問題，自2015年起，國網(wǎng)浙江電力聯(lián)合高校、多家省內(nèi)外能源重點骨干企業(yè)組成研究團隊，經(jīng)過7年產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)合攻關(guān)，突破了儲能電站多功能復(fù)用優(yōu)化配置與控制技術(shù)。
通過多功能精細控制方法、優(yōu)化配置平臺等方式，實現(xiàn)不同環(huán)節(jié)、不同場景的需求下，儲能電站多時間尺度的多種功能復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮儲能電站功率、能量與容量的三重價值，實實在在提高儲能電站整體效能。
項目思路
創(chuàng)新點①｜配置最優(yōu)功率容量，降低儲能投資成本
儲能電站建設(shè)主要分三步走。
“類型怎么選”是建設(shè)儲能電站時需考慮的最基礎(chǔ)問題，需要通過綜合分析儲能項目建設(shè)需求、負荷現(xiàn)狀、新能源裝機等信息，實現(xiàn)新能源與儲能類型的最優(yōu)匹配。
其次是需回答“功能怎么用”的問題，需通過分析負荷曲線和新能源出力等運行數(shù)據(jù)，提出不同場景下儲能的復(fù)合功能方案和最優(yōu)運行方案。
最終要解決“方案怎么配”的問題，項目團隊通過全壽命周期測算，優(yōu)化得到儲能功率容量配置方案，實現(xiàn)儲能配置的經(jīng)濟最優(yōu)。
儲能最優(yōu)容量配置示意圖
據(jù)此，項目研究團隊研發(fā)出國內(nèi)首套儲能多功能復(fù)用優(yōu)化配置平臺，覆蓋源、網(wǎng)、荷三側(cè)15種儲能典型功能配置方案，實現(xiàn)磷酸鐵鋰、鉛炭、液流等10種類型儲能的優(yōu)化配置與運行優(yōu)化。
研究團隊在實驗室進行多功能復(fù)用優(yōu)化配置平臺開發(fā)｜劉廣擴 攝
創(chuàng)新點②｜協(xié)調(diào)控制多種功能，挖掘儲能應(yīng)用潛力
儲能電站作為優(yōu)秀的靈活性調(diào)控資源，喚醒其閑置時段的應(yīng)用潛力尤為重要。研究團隊一方面通過綜合考慮儲能電站的最大充放電功率、剩余容量、最大持續(xù)時間等因素，將儲能的功率和容量分配給不同的功能需求，實現(xiàn)儲能功率容量的最大化利用。另一方面，從時域和頻域兩個維度考量，根據(jù)不同功能需求響應(yīng)時間（毫秒級、秒級、分鐘級、小時級），確定協(xié)調(diào)控制方法，“見縫插針”式調(diào)動儲能利用潛力。
多功能協(xié)調(diào)控制示意圖
創(chuàng)新點③｜精細管理電池模組，保障儲能容量盡用
要保障儲能電站的多功能復(fù)用能力，除制定整站的控制策略外，還需要精細化管理電站內(nèi)部的電池模組。研究團隊一手抓充放電管理，一手抓電池單體控制，提升儲能電站內(nèi)電池模組進行精細化管理水平。
對于充放電管理，通過優(yōu)化計算得到最優(yōu)的充放電電流軌跡，有效降低電池模組的溫升能耗，延長其使用壽命。（《如何優(yōu)化儲能配置促進儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展》）對于電池單體控制，研究團隊為每個電池單體都配備了電力電子可控開關(guān)，當某一電池單體出現(xiàn)故障時，可控開關(guān)能夠快速隔離故障，保障其他電池模組正常運行，不影響儲能電站的充放電容量。
電池單體加裝可控開關(guān)示意圖
為儲能電站高效經(jīng)濟運行提供了整套解決方案
2018年2月，“面向多功能復(fù)用的儲能電站優(yōu)化配置與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目成果在當時國內(nèi)最大容量的用戶側(cè)儲能電站——江蘇無錫星洲工業(yè)園儲能電站中首次整體應(yīng)用。通過綜合分析星洲工業(yè)園區(qū)電力負荷情況，項目研發(fā)團隊明確，園區(qū)儲能的主要訴求為提升供電穩(wěn)定性和降低用能成本，據(jù)此選取了長時間出力能量型的儲能——鉛炭電池。通過全壽命周期儲能電站收益測算，充分考慮儲能壽命衰減，優(yōu)化提出該儲能電站的建設(shè)功率和容量為20兆瓦/160兆瓦時，實現(xiàn)儲能規(guī)劃配置最優(yōu)。
此外，項目研發(fā)團隊結(jié)合該園區(qū)負荷曲線等運行數(shù)據(jù)、當?shù)仉妰r政策，挖掘儲能出力“增長點”。最終確定在執(zhí)行傳統(tǒng)削峰填谷功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同時段電力負荷特征開展需求側(cè)響應(yīng)、需量優(yōu)化、無功支撐等多功能復(fù)用，最大化利用儲能出力，挖掘應(yīng)用潛力，實現(xiàn)儲能功能組合和運行模式的最優(yōu)。經(jīng)兩年的運行，該儲能電站的利用率提升9.8%，內(nèi)部收益率提高3.4%。
項目成果應(yīng)用
同時，項目配套研制的儲能變流器、儲能協(xié)調(diào)控制器以及能量管理系統(tǒng)等多功能復(fù)用關(guān)鍵設(shè)備，在湖南、廣東、江蘇等12個省份的50余個儲能電站工程中廣泛應(yīng)用，并遠銷至德國、英國、日本等10個國家。
