基于效益优化的储能系统配置规划研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：梁晋章（1986），汉族，本科，中级职称，现就职于广东天联电力设计有限公司，主要研究方向为智能变电站设计。-119-基于效益优化的储能系统配置规划研究 梁晋章 广东天联电力设计有限公司，广东 广州 510600 摘要：摘要：在当今的能源革命中，“洁能”、“储能”和“智能”正在引领一个新的时代。与此同时，“能源互联网”为全球的电力系统提供了一个创新的视角。本文以嘉兴平湖某供电公司为例，对现阶段储能系统存在的问题进行深入分析，并针对效益优化的储能系统配置规划进行有效优化，旨在推动储能电站与电网、用户、及其他能源系统的“源网荷储友好互动”，并通过“数字赋智”、“生态增能”和“服务创优”等创新方法，实现电网的多元融合、平台提质和效率的持续提高。关键词：关键词：效益优化；储能系统；规划研究 中图分类号：中图分类号：TM732 1 现阶段存在主要问题 1.1 储能系统类型多样，效益各异 储能系统是为了平衡电网供需、稳定电网频率、提供备用能量以及其它应用而开发的，不同类型的储能系统效益也不同。促进能源供给、配送、服务等多方整合，实现社会、用户、电网等多方共赢。1.1.1 发电侧储能系统 发电侧储能系统是指连接于电网发电侧的储能设备，主要用于平衡发电侧的负荷需求和电量供应之间的差异。它能够在电网高峰期或低谷期储存或释放电能，平衡电网电力的供需关系，提高供电的可靠性和稳定性。发电侧储能系统的主要应用领域包括风电、太阳能发电等可再生能源发电系统。主要有平滑间歇性能源、提高新能源消纳、提高电网备用容量、频率调节等效益。1.1.2 电网侧储能系统 电网侧储能系统是指连接于电网高压侧的储能设备，用于平衡电网负载，提高电网的稳定性和可靠性。它可以在电网高峰负荷时段储存电能，以便在需要时释放给电网，平衡电网电量的供需关系，还可以在局部电网中实现稳压、平相等多种功能。相比于传统的发电侧储能系统，电网侧储能系统更加灵活，它不仅可以协调不同的能源供应商之间的电力输出，还能够减轻线损和提高电网质量。主要有提高电能质量、降低线路损耗、提高电网备用容量、延缓增容等效益。1.1.3 用户侧储能系统 用户侧储能系统是指连接于用户用电端的储能设备，主要用于调节用户用电负荷峰谷差异并实现降低能耗的目的。用户侧储能系统通常运用在家庭、商业和工业领域，其作用包括降低用电成本、支持应对电力供需的平衡、提高电力质量等。用户侧储能系统能够根据用户用电负荷情况储存或释放电能，降低峰谷负荷差异和电能浪费，实现省电和节能目的。主要有提高分布式能源消纳、消峰填谷和负荷转移、提高可靠性和电能质量、节省电缆等效益。总结来说，发电侧、电网侧和用户侧储能系统是三种不同应用场景下的储能设备，它们能够平衡电网电量供需关系、提高电网稳定性和可靠性、降低用电成本、支持应对电力供需的平衡、提高电力质量等效益。1.2 电网运营矛盾有待协调，运行效益有待提升 近年来，随着社会发展和工业进步，电网的运行负荷与电能需求不断增加。以 2020 年为例，平湖电网全社会用电量已达到 26.1 亿 kWh，且其最高负荷高达634.5 MW。具体到电网的某些部分，如 220 kV 共建变，其最大负荷更是高达 295.4 MW，相对的容载比为 1.72。再如 110 kV 溪洋变 1#主变，在 2020 年的典型日中，最大负荷甚至达到了 30.23 MW，最大负载率高达60.46%。这些数据明显显示，平湖电网中的一些关键环节已经接近或处于重载运行的状态，电网的运行压力增大，稳定性可能受到挑战。值得注意的是，除了中国科技期刊数据库 工业 A-120-传统的热电厂，平湖电网还引入了光伏电源作为其电能供应的部分来源。虽然这些分布式光伏电源的总装机容量已达 186.75 MW，并在 2020 年实现了年发电量1.8115 亿 kWh 的输出，但仍然存在“弃光”现象。这意味着，尽管光伏电源产生了大量的电能，但电网并未能够完全接受和使用这些电能，造成了资源的浪费，并可能影响光伏项目的经济效益。1.3 经济、社会、环境发展矛盾有待进一步协调，经济效益有待进一步提高 从全社会的角度出发，电网的“峰”和“谷”问题一直是困扰电网稳定运行的关键难题。所谓的“峰”是指电网运行中的最高负荷，而“谷”则是指运行中的最低负荷。这种峰谷差的存在导致了统调主力调峰电厂、变电站容量、输电线路等基础设施的巨大投资，而这些投资最终都会转嫁到用户的电费中3。建设大规模的分布式储能装置至 10 kV 及以下电压等级，不仅可以有效实现电网的削峰填谷，降低系统的最高负荷和峰谷差，还能够节省电网和电源侧的系统投资，为整个社会带来更为经济高效的能源利用方式。2 储能电站经济与社会效益优化研究 2.1 经济效益 在我国，储能主要有以下几种盈利方式。（1）新能源消纳。新能源消纳率是指新能源实际发电量与理论发电量之比，反映了在电力系统实 时平衡等运行约束下，系统对新能源的承载力水平。（2）利用峰谷价差套利是目前用户侧储能最主要的盈利方式。它通过晚上电网低谷时期为储能电站充电，白天用电高峰时放电，来达到节约用电成本的目的。表 1 峰谷电价计费情况 峰谷电价计费情况 时段 收费标准 高峰时段 14:0017:00 19:0022:00 1 元/千瓦时 平时段 8:0014:00 17:0019:00 22:0024:00 0.62 元/千瓦时 低谷时段 00:008:00 0.32 元/千瓦时（3）大工业用户电费成本管理。目前，在我国，受电变压器容量在 315KVA 及以上的大工业用户，其用电采用两部制电价，电价由两部分组成，电度电费和基本电费。基本电费是指按用户受电变压器（按容收费）或最大需量计算（按需收费）的电价收费；电度电费则指按用户实用电量计算的电费。采用两部制电价的大工业用户，通过在工商业园区安装储能系统，监测用户变压器功率，保障变压器功率在限制范围内使用，从而减少用户基本电费，节省工商业园区电费成本（4）电力需求响应补贴。近年来，为保障冬夏供电稳定，我国各省区陆续出台电力需求响应相关政策。所谓的电力需求响应，就是指当电力市场价格明显升高、降低或系统安全可靠性存在风险时，通过分时电价等市场价格信号或资金补贴等激励措施，改变用户的用电行为，促使其减少或增加用电，使电力供需平衡，保障电网稳定运行。2.2 社会效益 储能除了满足用电需求外，还具备着重要的社会效益。（1）储能能够促进可再生能源的开发。通过储能系统，能源生产商可以将多余的电力存储在系统中，然后在需要时释放出来。这样就可以减少对传统电网的依赖，并使得可再生能源更容易融入到现有的能源体系中。（2）储能能够降低能源成本。储能可以帮助能源生产商在高峰期储存电力，然后在低峰期释放电力。这可以使得能源生产商在高峰期获得更高的价格，并在低峰期获得更低的价格，从而提高其利润。同时，储能还可以使得能源供应更加稳定，降低了能源价格的波动性。（3）储能能够提高电力系统的安全性和可靠性。传统的电力系统可能面临着一系列的问题，如电力中断、电力波动等等。储能可以在这些问题发生时提供备用电力，从而保证电力系统的连续性。此外，储能还可以帮助电力系统更好地应对突发事件，如自然灾害或人为事故等。3 储能系统配置优化规划具体措施 3.1 改善电网供电能力，缓解季节性供电压力 电池储能电站在现代电力系统中占据了不可替代的地位，特别是当我们面临电力供应和需求之间的不平衡时。相较于传统的输变电建设项目，电池储能电站具有两大明显的优势4：建设周期短和布点灵活。这中国科技期刊数据库 工业 A-121-两个特点使其能迅速响应电网需求，有效地提高供电区域的供电能力和可靠性。在日常电网运行中，负荷高峰时段是电网最为紧张的时刻，主变的负载率往往达到或超过极限。这不仅增加了电能损耗，而且可能对电网设备造成损害，降低其使用寿命。通过电池储能电站，我们可以在负荷高峰时段释放储存的电能，降低主变的负载率，从而平滑负荷曲线。这样不仅可以保障电网的安全、稳定运行，还能确保电网运行更为经济、高效。近期的研究显示，110 kV 溪洋变中的 1 号和 2 号主变存在着显著的负荷差异。这种负荷差异可能是由于该地区的城市发展规划和负荷分布不均造成的。结合未来城市发展规划，预计该区域的电力需求会进一步增长。因此，为了确保电网的稳定运行和提高其经济效益，建议在此地区建设储能电站。通过电池储能电站对 1 号和 2 号主变进行削峰填谷，可以有效降低电网损耗，优化电网运行，为当地居民和企业提供更加稳定、可靠的电力供应。3.2 调节主变负载率，降低线路损耗 随着电网的日益复杂，对电能的管理和调度要求也越来越高。例如：110 kV 溪洋变电站作为电网的一个重要节点，其主变的负载率直接关系到线路的损耗。主变负载率的高低影响了其工作在经济电流区间的时长，超出该区间将导致线路损耗增大。为此，储能电站的作用尤为重要。通过储能电站的调节功能，能够实时调整主变的负载，使其工作在经济电流区间，有效地降低了线路的损耗。这不仅能够确保电能的有效利用，还有助于降低峰谷差，进而减少主变负载损耗和输配电线路的损耗。3.3 减少弃光现象，提升可再生能源消纳水平 随着新能源技术的发展，可再生能源在电网中的比重逐渐增大。但弃光现象，即新能源发电量超出电网负荷而未被消纳的现象，成为了新能源发展的一个瓶颈。平湖北部地区由于其特定的地理和气候条件，新能源的产出尤为丰富，但电网的消纳能力有限，从而导致了弃光现象的发生。为了更好地利用这些新能源，提高电网的综合效益，储能电站建设显得尤为重要。该储能电站能够实时调整电网的负载，有效地减少弃光现象，提高新能源的消纳水平。这不仅有助于确保电能的高效利用，还能降低终端用户的电费支出成本，为用户带来实实在在的经济效益。4 未来研究方向 4.1 储能站对配电网升级改造的影响分析研究 储能站作为新型能源技术的重要组成部分，在现代配电网中起到了不可或缺的作用，不仅在电源侧、配网侧和需求侧之间架起了一个桥梁，使得分布式能源得以有效接入，还催生了微网技术的持续发展和用户用电模式的创新。传统的配电网络设计是基于单向能源流动，而在能源互联网时代，这种模式正在从单向传输向多向交互转变。智能配电网技术的发展，如继电保护、负荷特性和用能互动响应模式，都在改写着传统的配电网络规划和设计逻辑5。特别是在需求侧，储能站的存在为低谷用电时期提供了稳定的负荷特性，引领用户形成了全新的用电和互动响应模式。这不仅使得配电网在能量调度和管理上更为灵活，还为用户带来了更好的电力服务体验。4.2 计及储能站的配电网络优化设计方案的研究 结合城市配电网的实际情况和发展方向，必须深入地考虑储能站在优化设计中的影响。从评估内容、方案比选、目标函数设定到约束条件的制定，都需要围绕储能站展开。只有这样，配电网设计才能更加高效、科学。面对能源互联网这一大背景，配电网的优化设计策略应当强调技术支撑、多元融合和方法优化三大维度。我们需要确保电网能对用户的用电负荷进行有效管理，对分布式电源实现有序控制，同时深入研究并进一步优化储能站的设计模型。通过整合分布式电源、储能站、变电站、充/换电站、数据中心等多类型单元，实现功能共享，减少设备投资。通过“1+N”模式开展“一站多能”研究。需充分发挥融合优势，重点关注整合问题。减少配电环节，提高供电可靠性、绿色节能；兼顾调峰与需求侧响应，就近并网，减少电能损耗，优化站用电系统，支撑微电网运行；减少对地方配网系统的冲击，降低系统损耗。清洁能源就地消纳；共享变电站设施，基站供能便捷。4.3 计及储能站的配电网优化设计方案经济技术综合评价体系的研究 在进行配电网的建设与改造时，企业需对一系列中国科技期刊数据库 工业 A-122-关键因素进行深入考量。这包括季节的变化、供电区域的分布及其地域特点，因为它们会对配电网的建设改造成本、设备利用水平、供电的可靠性以及电能的质量产生直接影响。在技术、经济和可靠性三大方面，电网企业应开展全面的技术经济评价，确保所采纳的配电网优化设计方案既技术先进，又经济合理。尤其在现代社会，储能技术正逐渐崭露头角。储能站作为现代电网中的关键组成部分，为电网的稳定和可靠运行提供了坚强后盾。对于企业、政府和用户三者，它们的利益时常是交织在一起的。企业追求经济效益，政府关心社会稳定，而用户则期望得到高质量、低价格的电服务。因此，我们需从多个维度，如综合能效、电能替代及节能减排等方面，深入研究含储能站的配电网优化设计方案，并对其进行综合效益评价。5 结束语 综上所述，尽管国内的储能系统发展迅速，但仍存在一些挑战，如技术难题、经济性问题以及与现有电网的整合问题。为了克服这些挑战，电力公司提出了一系列的“规划建设方案”。这些方案旨在推动储能电站与电网、用户、及其他能源系统的“源网荷储友好互动”，并通过“数字赋智”、“生态增能”和“服务创优”等创新方法，实现电网的多元融合、平台提质和效率的持续提高。参考文献 1刘铠,李超,胡资鹏等.基于用户侧效益最大化的储能系统优化配置研究J.光源与照明,2023(05):177-179.2晏琳,张炜.基于效益优化的储能系统配置规划研究J.农电管理,2021(04):30-33.3张金艳.风力储能发电系统匹配性研究D.太原:科技大学,2018.4 陆 剑,黄 永 梅,王 伟.计 及 经 济 效 益 的 主 动 配 电 网 储 能 系 统 优 化 配 置 J.工 业 控 制 计 算机,2017,30(08):150-151.5刘文霞,牛淑娅,石道桂等.考虑运行策略及投资主体利益的主动配电系统储能优化配置J.电网技术,2015,39(10):2697-2704.