儲能電站在電力系統(tǒng)中的作用:調(diào)峰、黑啟動、需求響應(yīng)
2018年11月19日，平頂山市首個(gè)電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)目——趔山儲能電站已成功并網(wǎng)，標(biāo)志著電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用在平頂山正式落地。該項(xiàng)目位于110千伏趔山變電站內(nèi)，功率為4.8兆瓦、電池容量為4.8兆瓦時(shí)，采用全預(yù)制艙式布置，選用磷酸鐵鋰電池，通過10千伏電纜線路接入電網(wǎng)側(cè)。趔山儲能電站將作為平頂山電網(wǎng)側(cè)的儲能電站在電力系統(tǒng)可以為電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、黑啟動、需求響應(yīng)等多種服務(wù)，有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，緩解高峰供電壓力，促進(jìn)新能源消納，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了新的途徑。
本系列文章將詳細(xì)分析儲能電站在電力系統(tǒng)中的各個(gè)作用，本文主要討論調(diào)峰的作用。
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電力系統(tǒng)為什么需要調(diào)峰？
電力系統(tǒng)主要由發(fā)電側(cè)和用電側(cè)組成的。我國的發(fā)電側(cè)有水力發(fā)電，火力發(fā)電，核能發(fā)電，以及太陽能、風(fēng)力等新能源發(fā)電等等，用電側(cè)主要是工廠、企業(yè)、商場、家庭等等。還有一部分設(shè)施，既可以用電也可以發(fā)電，這個(gè)就是儲能電站。發(fā)電側(cè)和用電側(cè)不一D是平衡的，工廠、企業(yè)等負(fù)荷一般是白天用電多，晚上少，家庭負(fù)荷一般是白天用電少，晚上多，但總體說來，白天是用電高峰，晚上是用電低谷。而水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電一般都是大型發(fā)電機(jī)組，設(shè)備一旦開動就不能隨便停下來，太陽能、風(fēng)力等新能源是根據(jù)環(huán)境和氣候來發(fā)電的，發(fā)電不穩(wěn)定，隨時(shí)都有變化。因此需要在負(fù)荷高峰的時(shí)候，增加發(fā)電機(jī)的出力；在負(fù)荷低谷的時(shí)候，減少發(fā)電機(jī)出力，甚至停掉某些機(jī)組。電力系統(tǒng)中有些發(fā)電機(jī)是專門用來進(jìn)行調(diào)峰的，稱為調(diào)峰機(jī)組。
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電力系統(tǒng)有哪些調(diào)峰方式？
根據(jù)電力系統(tǒng)要求，調(diào)峰設(shè)置應(yīng)該在負(fù)荷低時(shí)能消納電網(wǎng)多余的電能，在負(fù)荷高峰時(shí)能增加電能供應(yīng)，設(shè)施應(yīng)該具備靈活、啟動快等特點(diǎn)，目前可供電力系統(tǒng)調(diào)峰的電源有:
（1）抽水儲能機(jī)組調(diào)峰。抽水蓄能電站有上下兩個(gè)有一D高度落差的水庫，在電力負(fù)荷低谷時(shí)的抽水至上游水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下游水庫發(fā)電。又稱蓄能式水電站。它可將電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時(shí)期的高價(jià)值電能。抽水蓄能優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟可靠，容量很大，可以消峰填谷，設(shè)備投資不大，效率通常為70%-85%，缺點(diǎn)是選址比較困難，占地面積大。
（2）發(fā)電機(jī)組調(diào)峰。包括燃煤火電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)組，機(jī)組負(fù)荷特性可調(diào)，在負(fù)荷高峰時(shí)提高輸出功率，在負(fù)荷低谷時(shí)降低輸出功率。發(fā)電機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，初期投資少，效率高，缺點(diǎn)是火力發(fā)電廠響應(yīng)較慢，從鍋爐起爐到汽輪機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)間較長，負(fù)荷低谷時(shí)不能消納電網(wǎng)電量。
（3）儲能電站調(diào)峰。發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、電力用戶、電儲能企業(yè)等投資建設(shè)電儲能設(shè)施，可以在發(fā)電側(cè)建設(shè)的電儲能設(shè)施，或作為獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)市場交易；或者在用戶側(cè)建設(shè)的電儲能設(shè)施，可視為分布式電源就近向電力用戶出售，作為獨(dú)立市場主體，深度調(diào)峰。儲能電站調(diào)峰占地面積少，消峰填谷效果明顯，反應(yīng)時(shí)間快，缺點(diǎn)是前期投資大，蓄電池壽命短。
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儲能電站如何參與調(diào)峰？
國家鼓勵在集中式新能源發(fā)電基地配置電儲能設(shè)施，參與調(diào)峰輔助服務(wù)，10MW以上的電儲能設(shè)施，接受電力調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一調(diào)度，建設(shè)在發(fā)電廠的儲能設(shè)施(儲電、電供熱儲能)，可與發(fā)電廠聯(lián)合參與調(diào)峰，也可以獨(dú)立主體參與調(diào)峰。其中，建設(shè)在風(fēng)光電站的電儲能設(shè)施，優(yōu)先考慮風(fēng)光電站使用后，富裕能力可參與輔助服務(wù)市場，用戶側(cè)儲能設(shè)施（儲電、電供熱儲能）僅可參與深度調(diào)峰與啟停調(diào)峰。建設(shè)在發(fā)電廠的儲能設(shè)施，放電電量按照發(fā)電廠相關(guān)合同電價(jià)結(jié)算，用戶側(cè)儲能設(shè)施，按市場規(guī)則自行購買電量，放電時(shí)，可就近向電力用戶出售電力獲得收益，充放電4小時(shí)以上的電儲能裝置參與發(fā)電側(cè)啟停調(diào)峰，視為一臺Z低穩(wěn)燃功率相當(dāng)?shù)幕痣姍C(jī)組啟停調(diào)峰。
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儲能電站參與調(diào)峰投資收益計(jì)算
儲能Z終是否能在調(diào)峰輔助服務(wù)市場獲得推廣應(yīng)用，Z直接的制約因素還是在于其經(jīng)濟(jì)性。儲能電站的投資收益來自兩塊，一是峰谷電價(jià)差的收益，二是調(diào)峰補(bǔ)償?shù)氖找妗?/strong>下面以南方電網(wǎng)為例，來計(jì)算一個(gè)儲能電站的投資收益。
2018年1月，南方監(jiān)管局發(fā)布《南方區(qū)域電化學(xué)儲能電站并網(wǎng)運(yùn)行管理及輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》，本細(xì)則適用于南方區(qū)域地市級及以上電力調(diào)度機(jī)構(gòu)直接調(diào)度的并與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)簽訂并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議的容量為 2MW/0.5 小時(shí)及以上的儲能電站。儲能電站根據(jù)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)指令進(jìn)入充電狀態(tài)的，按其提供充電調(diào)峰服務(wù)統(tǒng)計(jì)，對充電電量進(jìn)行補(bǔ)償，具體補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為 0.05 萬元/兆瓦時(shí)。
廣州電網(wǎng)峰谷平時(shí)段劃分如下：
假設(shè)儲能系統(tǒng)在谷段或平段充電，峰段將電全部放光，高峰放電時(shí)獲得售電收益，谷段和平段的充電視為參與輔助服務(wù)市場調(diào)峰，獲得調(diào)峰收益。則一套儲能系統(tǒng)在上述時(shí)段劃分下，一天可進(jìn)行2次滿充滿放。
如布置一套20MW/5h的儲能系統(tǒng)，并假設(shè)其放電時(shí)上網(wǎng)電價(jià)采用風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)核算，則其參與調(diào)峰的總收益計(jì)算如下。
1）每天調(diào)峰收益
每天可下調(diào)電量40MWh，按照具體補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為 0.05 萬元/兆瓦時(shí)計(jì)算，其每天的補(bǔ)償費(fèi)用為：
深度調(diào)峰費(fèi)用=40MWh*500元/MWh=20000元
2）每天售電收益
儲能高峰放電，平谷時(shí)充電，按綜合價(jià)差0.6元/kWh計(jì)算。假設(shè)所存電量高峰期都能出售，且充放電效率為80%，每天的售電收益為：
售電收益=40MWh*1000*0.6元/kWh*0.8=19200元
3）全年收益
考慮到節(jié)假日，全年按300天計(jì)算，低充高放，則全年收益為：
全年收益=（20000+19200）*300=1176萬元
4）投資回收期
2018年下半年，儲能蓄電池價(jià)格大幅下降，儲能系統(tǒng)成本從 3000元/kWh下降到2000元/kWh左右，考慮其他建設(shè)、人力、運(yùn)維成本，按2400元/kWh 計(jì)算，20MW/5h的儲能系統(tǒng)總成本為4800萬元（2400元/kWh×2000kWh）。則整個(gè)系統(tǒng)的投資回收期為4.08年（4800萬元/1176萬元）。
每天2次循環(huán)，4.08年共計(jì)循環(huán)2448次（2次×300天×4.08年），鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池和鉛碳電池的循環(huán)壽命基本都能滿足此要求。
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