用戶側儲能系統的研究與應用

楊樹全

安徽海螺新能源有限公司 安徽蕪湖 241070

1 儲能產業的現狀

近年來，基于全球環境的變化，各國對可再生能源的大力扶持，風電、光伏等清潔能源裝機規模迅速擴大，但可再生能源的間歇波動特性嚴重制約了其并網能力，導致棄風、棄光、限電等現象屢見不鮮。中國2018年棄光電量54.9億千瓦時，全國平均棄光率3%；棄風電量277億千瓦時，平均棄風率7%；棄水電量691億千瓦時，平均棄水率5%。僅此三類清潔能源就損失了1000多億千瓦時電量。

可再生能源消納難的問題難以解決，對配置儲能的需求就日益強烈。儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術。儲能能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務，是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段；儲能能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平，支撐分布式電力及微網，是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關鍵技術；儲能能夠促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現多能協同，是構建能源互聯網，推動電力體制改革和促進能源新業態發展的核心基礎[1]。

儲能技術主要有物理儲能、化學儲能、電磁儲能三種。物理儲能建設需要一定的自然條件，建設周期較長。電磁儲能尚處于實驗室研發階段，實際應用較少。化學儲能由于技術相對成熟，應用空間最為廣泛，隨著持續投入研發以及應用領域的擴展，成本還有很大的下行空間，未來有可能成為最具發展前景的儲能路線。從技術特點考慮，鋰電池具有存儲密度高，循環次數多，快速充放電等優點，最適合用戶側儲能。

2 用戶側儲能的市場前景

截止2018年底，我國已投運儲能項目累計裝機規模達31.3GW，占全球儲能市場總體規模的17.3%，其中電化學儲能累計裝機規模達1.1GW。CNESA研究部預測，預計到2019年底，我國電化學儲能的累計投運規模將達到1.92GW，年增速89%。在“十三五”的收官之年，即2020年，將延續超過70%的年增長速度，到2021年，儲能的應用將在全領域鋪開，規模化生產趨勢明顯，從而推動儲能系統成本的理性下降。隨著電力體制改革的進一步推進，推動市場化機制和價格機制的儲能政策將為儲能應用帶來新一輪的高速發展，市場需求也將趨于剛性。在此背景下，電化學儲能的規模將實現兩連跳，2022年突破10GW，2023年接近20GW。

在國內儲能技術的分布中，鋰電池的裝機比例達到了59%，占據了主導地位。未來在成本下降和技術進步的驅動下，鋰離子電池儲能裝機還將持續大規模增長。用戶側儲能應用有良好的應用價值和發展機遇，目前部分峰谷電價差較大地區的儲能項目已經能夠實現一定經濟性。我國有約350家國家級工業園區，超1000家省級工業園區，這些工業園區為用戶側儲能的發展提供了土壤。在峰谷電價差較大的地區，工業園區配套儲能能夠產生可觀的經濟效益，為用戶側儲能提供了巨大的市場。

3 系統集成技術研究

以3.0MW/12MWh儲能系統為例，由6臺500KW/2MWh儲能集裝箱，通過兩臺2000kVA雙分裂變壓器接入交流母線來進行系統集成研究。

3.1 化學儲能系統

3.0MW/12MWh儲能系統分成6個2.0MWh子系統集裝箱，單個2.0MWh子系統可由14個160kWh電池柜、1個控制柜（含UPS）、1個匯流柜組成；電池柜與儲能系統變換器之間通過CAN進行通信；逆變器集裝箱3個，集成6個500kw儲能逆變器，及EMS監控系統和電池直流匯流柜[2]。

3.2 集裝箱鋰電池系統

500kW/2MWh集裝箱儲能系統是由集裝箱箱體（含配電）、PCS、自動消防系統、視頻監控系統、溫控系統、電池儲能系統（含機架、電池組、直流匯流柜）組成。其中：自動消防系統采用七氟丙烷為主要材料的自動滅火系統，應安裝有自動報警裝置，具備聯動功能。MW級儲能電池系統，從電芯到電池陣列，采用模塊化的集成，電池系統采用3級BMS控制架構。

3.3 BMS管理系統

通過外箱上CAN接口可以檢測、監測電池的狀態、充放電電流、電壓、自檢和故障診斷功能等。管理系統的軟件更新、升級具有外接充電控制和實時監控通信功能、SOC估算功能、箱體熱管理功能、電池高壓控制、充放電管理、電池最新運行數據記錄等。

3.4 儲能變流器（PCS）系統

儲能逆變器采用功率器件以及數字控制技術，提高控制性能和系統的可靠性，適合于不同電池充放電需要，并且在結構上進行模塊化集成。具備雙向逆變，對電池充電、放電功能和完善的顯示和通訊功能。接受微電網控制系統有功調節指令，在允許范圍內實現有功及無功功率無級調節[3]。

3.5 EMS能量管理系統

當儲能系統工作在并網運行狀態下系統可分為兩種狀態，并網充電和并網放電。儲能系統除具備并網運行能力外，還具有孤島運行能力。在孤島運行模式下具有并聯其他發電設備運行的能力，當儲能變流器處于離網運行模式時，系統中部分儲能變流器采用V/f控制方式，建立并維持系統的電壓及頻率，為系統搭建基礎電網。

3.6 監控后臺系統

具備數據采集、處理，實時數據管理、歷史數據庫管理、圖形編輯、曲線、報表、運行監控等。實時監視儲能調頻系統的運行狀態、機組AGC模式和運行狀態、AGC指令與實際出力、儲能系統充放電速率和SOC狀態、各類設備運行和告警信息，并進行控制模式、控制算法切換等操作。

4 儲能電站實施的意義

儲能調峰是以儲能電站為手段，通過調節企業購電模式，不影響企業生產用電的前提下，節省企業用電費用。隨著近幾年儲能技術的逐漸成熟，國內儲能運用越來越廣泛，尤其在發電和用電側的運營已經實現商業化運行。儲能系統在用戶側的應用有很多功能和價值：

4.1 削峰填谷

實行峰谷分時電價，有利于鼓勵用戶合理轉移用電負荷，削峰填谷，降低峰谷時段的用電負荷率，提高系統設備容量的利用效率和節約能源。對用戶，高峰時段少用電、低谷時段多用電，有利于降低用電成本；對社會，有利于減少或延緩電力投資，促進社會資源的合理配置。該系統具有能量搬移的功能，實現電網平滑輸出，而且利用峰谷電價差賺取收益。

4.2 提高供電可靠性

電網停電時會造成生產停工損失和產品報廢，儲能系統可以作為UPS電源支持重要負荷的連續運行，從而為用戶帶來經濟效益。

4.3 避免電力增容

隨著企業不斷發展，用戶不斷增加用電設備，原來的配電變壓器容量不能滿足，重新申請電力增容不僅花費巨大，而且存在一定的審批周期。建設儲能電站通過負荷跟蹤控制，可以避免增容，節省費用。

4.4 平抑功率波動

隨著企業環保理念與社會責任感的不斷提高，企業安裝太陽能與風能發電系統越來越多，同時帶來發電功率的波動。通過儲能可迅速平抑功率波動，提高用戶用電質量與滿足電網調度和穩定的要求。

4.5 促進碳減排，提升社會效益

隨著全面啟動全國碳交易市場漸行漸近，用戶側儲能在降低企業碳排放總量、推動產業綠色低碳循環發展等方面將發揮重要作用，為企業帶來可觀的碳排放權配額交易經濟效益和節能環保、綠色的社會影響[4]。

5 結語

原來的我們的理念是“電從遠方來”，發展特高壓來實現遠距離送電，而未來是“電從身邊來”。儲能電站作為新興的技術、新興的產業，從示范應用至今，雖然問題一直相伴相生，但朝產業化發展的信號日趨明顯，社會對儲能發展的信心也是前所未有的高漲。同時，用戶側是儲能應用的最大市場，也是持續保持高增長的一個領域。特別是工商業用戶端的儲能是我國用戶側儲能的主要形式，可以與光伏、風電等系統聯合使用，又可以獨立存在，是幫助電力用戶實現分時電價管理的理想手段，可以降低電量電價和容量電價。目前系列政策的出臺為儲能產業大發展蓄勢，行業到了爆發的臨界點，儲能的春天正在到來。