4月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲能電站與技術(shù)應(yīng)用(四)“專場，中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司項目設(shè)計總監(jiān)田莉莎在會上分享了主題報告《電化學儲能系統(tǒng)在已建光伏電站中的應(yīng)用》，以下為演講實錄：
田莉莎：大家上午好!這兩天已經(jīng)有不少嘉賓給大家分享了電化學儲能系統(tǒng)的應(yīng)用案例，還有一些先進技術(shù)，本人也是收獲頗豐，今天由我向大家分享一些電化學儲能系統(tǒng)在已建光伏電站中應(yīng)用的一些探索和思路，供大家探討。
主要從四個方面來分析：已建光伏電站應(yīng)用現(xiàn)狀、儲能在新能源電站應(yīng)用的相關(guān)政策分析、儲能系統(tǒng)在已建光伏電站中應(yīng)用的幾個場景、一些簡單的結(jié)論和建議。
在此之前請允許我簡短的向大家介紹一下我院。我院長中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，成立于1950年，主要是面向國內(nèi)外市場，為綜合能源利用、能源建設(shè)開發(fā)提供全方位綜合性的方案規(guī)劃服務(wù)，主要業(yè)務(wù)涵蓋的領(lǐng)域包括水電、風電、光電、交通、市政等行業(yè)領(lǐng)域，而且我院長第一批持有國家級“工程設(shè)計綜合資質(zhì)”的單位，聯(lián)合多年被評為中國勘測設(shè)計綜合實力百強單位、中國承包商和工程設(shè)計企業(yè)雙60強單位。
下面進入主題：
第一，已建光伏電站的應(yīng)用現(xiàn)狀。
截止2018年年底，全國光伏發(fā)電的總裝機容量達到了1.74億千瓦，較上年新增了4426萬千瓦，同比增長34%。其中，集中式光伏電站12384萬千瓦，較上年新增2330萬千瓦，同比增長23%。雖然2018年受“5.31”光伏新政的影響，集中電站的光伏增速明顯放緩，分布式增速是比較快的，全年總的裝機增長規(guī)模僅次于2017年的，也是遠超當時行業(yè)預(yù)期的。
已建光伏電站到2018年，全國光伏的棄光電量達到了54.9億千瓦時，同比減少了18億千瓦時，棄光率3%，同比下降2.8個百分點。目前棄光主要集中在新疆和甘肅地區(qū)，新疆棄光率是16%，甘肅地區(qū)的棄光率達到10%，從2017年和2018年棄光地區(qū)的分布圖也可以明顯看出來，西北五省是在過去的一年時間得到了比較明顯的改善。
目前光伏電站發(fā)電受阻的主要原因有以下幾個方面：1，局部地區(qū)新能源增長過快，遠超了當?shù)氐南{水平。2，由于系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)電源的比重是在下降的，調(diào)峰能力不足。3，因為新能源的建設(shè)和電網(wǎng)的建設(shè)不匹配，導(dǎo)致跨省跨區(qū)的輸電通道能力不足。4，由于目前我國經(jīng)濟發(fā)展是進入了一個新常態(tài)，它的總體市場需求總量是降低的，所以消納市場總量不足。
我國光伏電站規(guī)模化應(yīng)用是始于2009年，所以發(fā)展至今已經(jīng)有10年的歷程，這10年期間光伏電站上網(wǎng)電價經(jīng)歷了四個階段：第一階段，示范項目單獨定價階段，2009年光伏特許權(quán)第一批項目是在甘肅敦煌，當時的中標電價是1.09元，2010年全國有三個特許權(quán)電價項目。第二階段，2011年開始進入了統(tǒng)一定價階段。到2014年以后就進入了電價的第三階段，按照資源分類區(qū)進行定價，分為三個資源區(qū)，三個不同的電價，從2014年—2018年也是逐漸下降的過程。到2019年我們就進入了電價的第四個階段，就是競價上網(wǎng)階段，平價優(yōu)先。
先面分析一下儲能系統(tǒng)在新能源場站中應(yīng)用的相關(guān)政策。2017年，五部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中也是明確指出，應(yīng)該要鼓勵可再生場站配置合理的儲能系統(tǒng)，要推動儲能系統(tǒng)與可再生能源的協(xié)調(diào)運行，還要研究建立可再生能源場站儲能補償機制，并且要支持應(yīng)用多種儲能促進可再生能源的消納。2017年，國家發(fā)改委還發(fā)布了《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場的交易化試點通知》，這個通知中也是提出了鼓勵分布式發(fā)電項目安裝儲能設(shè)施，提升供電的靈活和和穩(wěn)定性。2017年，青海省發(fā)改委也發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)青海省2017年度風電開發(fā)建設(shè)方案的通知》，這個通知中也提出了新建風電場要配置儲能裝置并網(wǎng)，雖然2017年后來這個通知由于一些原因沒有執(zhí)行，但是也是釋放了一個信號，就是說在未來新能源+儲能來并網(wǎng)是未來的一個發(fā)展趨勢。
下面介紹一下在電化學儲能系統(tǒng)在我們已建光伏電站中應(yīng)用的一些可行性，幾個應(yīng)用場景。1，削峰填谷，解決棄電。我們都知道西北五省是我們最早規(guī)模化開發(fā)光伏電站的廠區(qū)，對于早期建設(shè)的光伏電站來說投資成本比較高、電價比較高，如果在比較嚴重的棄光條件下，電站的收益是難以保證的。以青海為例，雖然全省2017年、2018連棄光率從6.2%下降到了4.76，但是在局部地區(qū)，比如海西州，由于本地消納不足、外地輸送受阻是比較嚴重的，據(jù)我們了解格爾木某些電站去年棄光達到了15—20%，而德爾哈地區(qū)甚至超過了20%。這是德令哈、格爾木在2018年全年逐月的棄光率，圖里面可以看得出來，棄光是比較嚴重的，基本上15%，10%以上，甚至到了30%。
下面兩張圖是，格爾木兩個電站在兩個典型日的情況，橙色的曲線表示的是電站的樣板機，不受電站影響逆變器的全天日發(fā)電曲線，而藍色的曲線是被限電的逆變器全天的發(fā)電曲線。從圖里可以看出，電站主要的發(fā)電時間是集中在中午的大發(fā)時段，持續(xù)時間也是4—6小時不等，最高的限電可能達到整個電站的30%左右。
我們可以利用儲能系統(tǒng)對電量的時間轉(zhuǎn)移特性來解決我們光伏電站的棄電問題，進行削峰填谷。主要有三種工作模式：第一種，我們將高峰時間的棄電是在非高峰時段以一種恒功率的模式釋放。第二種，在高峰棄電在我們電站的功率下降的階段用于平邑電站的波動。第三種，將高峰棄電我們轉(zhuǎn)移到夜間，就是電網(wǎng)負荷高峰時段，作為電網(wǎng)的一個輔助調(diào)峰的功能。
在已建的光伏電站中，增設(shè)儲能系統(tǒng)，我們主要有兩種方案，一種是集中式布置，一種是分散式布置。我們上面這兩張圖可以看出來，對于分散式布置來說，就是將儲能系統(tǒng)分散式布置在我們各個光伏子陣中，蓄電池通過直流變換器之后直接接入光伏逆變器的直流側(cè)，實現(xiàn)直流側(cè)的儲能。而集中式就是，儲能電池是經(jīng)過儲能變流器以后，再經(jīng)升壓變壓器升壓之后接到我們光伏電站的升壓站或者開關(guān)站的中壓母線上。這兩種儲能方式也各有優(yōu)缺點的，集中式儲能，由于儲能系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)是相互比較獨立的，所以比較便于集中管理調(diào)度，而不受光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器選型的限制的。集中式布置，還可以參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻。分散式直流儲能，由于不需要經(jīng)過升壓變壓器以及高壓電纜的，所以設(shè)備投資相對低一些，而且由于分散式儲能是布置在每個子方陣中的，容量比較小，對于已建光伏電站可以布置在原有的逆變器室附近，不受場地制約。另外，由于光伏出力和儲能系統(tǒng)之間直流變換功率環(huán)節(jié)是比較小的，所以儲能系統(tǒng)效率相對要高一些。集中式交流儲能相對而言缺點就是，要集中布置，對于已建光伏電站來說可能要受場地的限制，它的設(shè)備投資可能相對會高一些。相對于分散式儲能來說，因為要多經(jīng)歷一級逆變和升壓的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)效率相對低一些。而分散式儲能，由于它是在直流側(cè)來儲能，就要跟原有的光伏逆變器進行匹配，所以對直流變換器的要求比較多一些。設(shè)備布置比較分散，設(shè)備數(shù)量比較多，調(diào)度管理是不方便的。將來參與一次調(diào)頻的控制策略是比較復(fù)雜的，所以也是不建議它作為一次調(diào)頻系統(tǒng)來使用。
下面我們根據(jù)已建光伏電站的電價水平，還有當前儲能系統(tǒng)的投資水平，我們來分析一下在已建光伏電站中配置儲能系統(tǒng)的一個可行性。我們以100兆瓦的格爾木某光伏電站為例，在不限電的情況下年利用小時數(shù)能到1650小時，如果按照全年限電15%、儲能電池每日循環(huán)一次兩測算，則至少需要配置75兆瓦時的一個儲能系統(tǒng)，按照日限電最高功率按30%來考慮，要配置30兆瓦的一個PCS。儲能系統(tǒng)我們這塊按照我們目前最常用的磷酸鐵鋰的電池系統(tǒng)來考慮，按1.4元來測算。PCS按7毛錢來測算，這樣系統(tǒng)的總體投資大概1.26億元，針對已建光伏電站各種電價水平來測算它的投資回收期，基本上在它的全生命周期內(nèi)都可以收回初始投資，尤其是高電價地區(qū)，5毛錢以上的，5—6年就可以收回投資，隨著儲能系統(tǒng)成本持續(xù)下降，投資回收期會更短一些，所以在我們早期已建光伏電站中，配置儲能系統(tǒng)解決棄電是可以明顯的改善由于棄電引起的電站收益受損的問題。
不管是對于分散式還是集中式儲能的方式，主要是要考慮光伏電站當時的情況，以及他對儲能系統(tǒng)功能的需求來綜合確定，我們是用集中式還是分散式的方案。但是無論是采用哪種方式，我們在系統(tǒng)中都要配套建設(shè)一套能量管理系統(tǒng)，用于來控制儲能系統(tǒng)的充放電，從而有效的解決棄光現(xiàn)象。
光伏電站參與一次調(diào)頻，由于目前新能源持續(xù)快速的發(fā)展，新能源規(guī)模也是不斷的擴大，新能源在電網(wǎng)中的滲透率是不斷的提高，所以系統(tǒng)中原有的具有轉(zhuǎn)動慣量的火電、水電機組比例也是不斷下降，導(dǎo)致系統(tǒng)中可用的快速調(diào)頻的資源是逐步減少，系統(tǒng)的功率平衡和調(diào)頻難度不斷加大，這就威脅到電網(wǎng)的頻率安全。因此，迫切的需要新能源的機組盡快能夠參與到電網(wǎng)的快速頻率響應(yīng)里來。所以在2018年，國家能源局西北監(jiān)管局發(fā)布了一個《關(guān)于開展西北電網(wǎng)新能源場站快速頻率響應(yīng)功能推廣應(yīng)用工作的批復(fù)》，這個文件中有一些要求。文件中要求對光伏電站按照左邊那張圖來進行有功和功率下垂特性的示意圖來進行運行，至少應(yīng)該能夠提供10%的電站額定容量來調(diào)節(jié)，要求光伏電站的響應(yīng)時間不超過5秒，整體的調(diào)節(jié)時間不超過15秒。
我們要注意的一點就是，在原來西北監(jiān)管局這個文件中，他指出了一條，在電網(wǎng)低頻擾動的情況下，新能源場站根據(jù)當時的實時運行工況參與電網(wǎng)調(diào)頻快速響應(yīng)，不提前預(yù)留有功備用。
2018年發(fā)布了一個電力行業(yè)的標準，電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范，這里指出來，光伏電站和廣電場都要具備調(diào)頻功能，而且要通過有功備用和儲能設(shè)置方式來實現(xiàn)參與一次調(diào)頻，這就要求我們光伏電站除了要參與高頻響應(yīng)以外還要參與低頻響應(yīng)，參與低頻響應(yīng)目前的方式，要么留有功備用、要么配儲能設(shè)備。以100千瓦的光伏電站為例，如果他要參與低頻響應(yīng)，按照預(yù)留10%的備用容量，按每天備用8小時測算，每年就要少發(fā)2920萬度電站，對于高電價地區(qū)每年的收益受損情況還是比較嚴重的，從2336萬到3850萬元不等。同樣，如果我們采用配置儲能系統(tǒng)來參與一次調(diào)頻的話，投資大概是2100萬，這樣相較而言配置儲能系統(tǒng)是更為經(jīng)濟的。我們這里測算的是對于已建光伏電站來說的，對于即使是新建光伏電站，按照目前的平價上網(wǎng)政策來考慮，如果要參與一次調(diào)頻，按照3毛錢來測算，每年損失的收益也是800多萬，相較而言也還是配儲能系統(tǒng)來參與一次調(diào)頻是更為合理和經(jīng)濟的。
我們在新能源電站中配置儲能系統(tǒng)可以跟蹤計劃出力，提高功率預(yù)測的精度。在2018年12月份，西北監(jiān)管局也是發(fā)布了一個雙細則的考核通知，在這個考核通知中明確提出來，光伏電站的日預(yù)測曲線的最大誤差不能超過20%，而且它的短期誤差準確率是應(yīng)該不低于75%的，所以可用電量準確率是不小于97%，這些要求也是比較嚴苛的。
包括在南方區(qū)域，也是要求光伏電站有功出力與調(diào)度計劃曲線的偏差是不超過1%，日準確率不小于85%，短期預(yù)測率不小于90%的。這些對于已建光伏電站來說，原有的逆變器和AGC系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度和控制精度可能都不能滿足要求，因此我們可以利用儲能系統(tǒng)響應(yīng)時間快、調(diào)節(jié)能力強、具有雙向調(diào)節(jié)能力的特點，來對光伏實際出力與預(yù)測功能的補償，提高精度。
根據(jù)以上分析我們可以得出結(jié)論，光伏電站中配儲能系統(tǒng)有以下幾個優(yōu)點：
1，有效減少棄光電量，保障已建電站收益。
2，參與頻率快速響應(yīng)，一定程度保證電網(wǎng)頻率安全。
3，跟蹤計劃出力，提高電站功率預(yù)測準確率，便于調(diào)度部門制定調(diào)度計劃。
最后就是一些建議：
1，盡快明確光伏電站中安裝儲能系統(tǒng)的上網(wǎng)電價。
2，完善光伏電站+儲能參與一次調(diào)頻的輔助服務(wù)相關(guān)政策。
以上就是我在光伏電站中配置儲能系統(tǒng)的思路，不足之處歡迎大家批評指正。謝謝!
