變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)及其經(jīng)濟(jì)性分析

王建國(guó)

摘 要：新時(shí)期，隨著我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)電能的需求迅速增加。與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展使得整個(gè)生態(tài)環(huán)境越來(lái)越差，能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重。為此，各國(guó)都在大力開(kāi)發(fā)利用新能源，表現(xiàn)出光伏發(fā)電廠、風(fēng)電場(chǎng)和核電站等新能源電力企業(yè)的數(shù)量不斷增加、規(guī)模不斷擴(kuò)大。在當(dāng)前新能源電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要，對(duì)這類電力系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化和穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此，本文根據(jù)變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了不同類型的儲(chǔ)能技術(shù)及其具體應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，以供參考

關(guān)鍵詞：變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì);發(fā)展趨勢(shì);經(jīng)濟(jì)性分析

一、儲(chǔ)能配置的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，對(duì)電能的需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，整個(gè)社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的依賴程度也不斷提高，對(duì)電能供應(yīng)質(zhì)量提出了更高的要求。同時(shí)，面對(duì)我國(guó)主要火電發(fā)電形式高能耗、高污染等環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，在開(kāi)發(fā)建設(shè)新能源發(fā)電體系的同時(shí)，充分認(rèn)識(shí)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用在新能源電力系統(tǒng)資源調(diào)控、保障電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行中的重要作用，發(fā)揮儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化作用?？刂齐娏ο到y(tǒng)管道能耗，有效改造可再生能源，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行，促進(jìn)新能源電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。因此，近年來(lái)，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并逐步向商業(yè)化方向發(fā)展。在此過(guò)程中，中國(guó)還出臺(tái)了一系列政策，支持儲(chǔ)能市場(chǎng)的快速發(fā)展和發(fā)展，促進(jìn)中國(guó)能源市場(chǎng)的合理轉(zhuǎn)型升級(jí)。儲(chǔ)能技術(shù)作為中國(guó)的核心技術(shù)之一，有助于推動(dòng)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和世界能源制造格局的改變。

二、變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)中儲(chǔ)能技術(shù)的類別

（一）蓄蓄電池儲(chǔ)能

這種儲(chǔ)能方法采用了化學(xué)儲(chǔ)能的原理。常用的是鉛酸蓄電池。通過(guò)多組蓄蓄電池的聯(lián)合應(yīng)用，可以滿足更高儲(chǔ)能容量的需求，成本較低，但顯示出使用壽命短的缺點(diǎn)。但是，由于太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電受季節(jié)和氣候的影響，仍然需要使用蓄電池進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存。

（二）抽水儲(chǔ)能

目前這種蓄能方式的應(yīng)用比較成熟，就是將水庫(kù)建在流域的上下游位置，通過(guò)抽水設(shè)備的應(yīng)用，在負(fù)荷低谷時(shí)將水從下游水庫(kù)抽到上游水庫(kù)加以儲(chǔ)存，在負(fù)荷高峰時(shí)則使用水輪發(fā)電機(jī)利用上游水庫(kù)中的水進(jìn)行發(fā)電。此種儲(chǔ)能方式的能量轉(zhuǎn)換效率通常在70～75%左右，但是容易受到地勢(shì)的影響，并具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)遲緩的問(wèn)題，難以大規(guī)模應(yīng)用。如果抽水蓄能電站的選址與用電區(qū)域較遠(yuǎn)，還會(huì)在輸電過(guò)程中造成大量能源的損耗。

（三）飛輪儲(chǔ)能

此種儲(chǔ)能方式所用原理時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的動(dòng)能對(duì)電能加以儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，也就是說(shuō)，通過(guò)點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到規(guī)定程度時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電能和飛輪動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。比如在需要電能時(shí)則利用旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。此飛輪通常在真空環(huán)境下運(yùn)行，以最大限度地減少風(fēng)阻力和摩擦造成的能量損失。不受環(huán)境因素影響，使用壽命長(zhǎng)。通常在使用過(guò)程中不需要維護(hù)，但由于存儲(chǔ)能量密度低，空間要求大，安全性難以保證，通常與蓄電池一起使用。

（四）壓縮空氣儲(chǔ)能

目前，這種儲(chǔ)能方法已經(jīng)得到了大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。其原理是利用空氣壓縮機(jī)在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)將過(guò)盛的電能加以儲(chǔ)存，在負(fù)荷高峰時(shí)期則釋放壓縮空氣，這種儲(chǔ)能模式響應(yīng)速度更快，效率更高，使用壽命更長(zhǎng)。一般轉(zhuǎn)化率在75%左右，具有良好的發(fā)展?jié)摿?。但這種儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用中容易受到地形環(huán)境等因素的影響，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造要求較高。

三、變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

（一）提高供電穩(wěn)定性

現(xiàn)代變電站配電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要承擔(dān)大量的壓力負(fù)荷，對(duì)電能的需求逐漸增加。另外，可再生能源發(fā)電本身普遍具有非線性特性，非常容易受到諧波干擾，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響。因此，目前提高設(shè)備供電的穩(wěn)定系數(shù)已成為變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)重要內(nèi)容。在正常的電力結(jié)構(gòu)下，在電力系統(tǒng)的高峰負(fù)荷期間，發(fā)電系統(tǒng)的基本容量是非常有限的。同時(shí)，受線路傳輸?shù)南拗?，很容易在某一位置產(chǎn)生電力傳輸問(wèn)題，甚至導(dǎo)致部分電力負(fù)荷失去應(yīng)有的電力供應(yīng)。

在新型電網(wǎng)改革背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)得到了快速發(fā)展，各種可再生能源憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中占有很大的比重。但在現(xiàn)階段，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電方式存在明顯的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。在提高供電穩(wěn)定性和可靠性的背景下，變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)不僅可以利用其存儲(chǔ)的電能來(lái)供應(yīng)部分電力負(fù)荷，還可以大大降低可再生能源對(duì)電力系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的影響，并減少因負(fù)荷增加而出現(xiàn)電力短缺的可能性。對(duì)于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和線路運(yùn)行，配置的儲(chǔ)能可以在設(shè)備斷電后提供應(yīng)急電源，保證電力系統(tǒng)需求。

（二）可再生能源的消耗

由于變電站儲(chǔ)能方式的隨機(jī)性，容易對(duì)配電網(wǎng)的日常運(yùn)行和控制造成嚴(yán)重影響。因此，變電站儲(chǔ)能方式的使用可以不斷提高變電站電源的接受度。針對(duì)這一情況，技術(shù)人員采用動(dòng)態(tài)方案規(guī)劃等方式改善變電站儲(chǔ)能的基本負(fù)荷波動(dòng)。在綜合考慮儲(chǔ)能電站影響因素后，對(duì)儲(chǔ)能基礎(chǔ)功率進(jìn)行全面優(yōu)化升級(jí)。對(duì)于變電站儲(chǔ)能應(yīng)用而言，在提高可再生能源適用性的同時(shí)，變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)技術(shù)也為可再生能源創(chuàng)造了更穩(wěn)定、更安全的供電條件，完成了可再生能源的消費(fèi)，為能源消費(fèi)指標(biāo)提供了技術(shù)支持和保障。但在現(xiàn)階段，變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的成本仍然較高，導(dǎo)致外觀對(duì)可再生能源的消耗和存儲(chǔ)進(jìn)行探索。

四、變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性分析

（一）獨(dú)立投資模式

從本質(zhì)上講，獨(dú)立投資模式主要是指大型商業(yè)用戶自行配置的儲(chǔ)能系統(tǒng)，即用戶投資一次性買通系統(tǒng)設(shè)備。在這種模式下，用戶需要盡可能降低自身的功耗。與常規(guī)發(fā)電機(jī)組相比，儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)相對(duì)顯著。優(yōu)良的儲(chǔ)能模式可快速為電網(wǎng)提供調(diào)峰、應(yīng)急供電等服務(wù)模式。對(duì)于電力市場(chǎng)的價(jià)格管理制度調(diào)整現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，比如高峰電價(jià)、可中斷電價(jià)等，使用變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)可以確保用戶可以設(shè)置自己的能量?jī)?chǔ)存模式，和相應(yīng)的能量存儲(chǔ)設(shè)備管理和維護(hù)的用戶。在電力市場(chǎng)背景下，不同類型的用戶可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行電力交易和管理。這種模式既可以幫助用戶獲得應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)利益，又可以降低電網(wǎng)的輸電壓力。因此獨(dú)立投資管理模式一般應(yīng)用在儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)投入效率較高的環(huán)境和場(chǎng)景。由于現(xiàn)階段變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需要的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高，加上我國(guó)電力高峰數(shù)值與低谷數(shù)值的差價(jià)十分有限，因此變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)在使用過(guò)程中仍然需要依靠地方政府的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助，

（二）共享模式

在獨(dú)立成本投資模式下，用戶需要長(zhǎng)期投資，不利于儲(chǔ)能系統(tǒng)的宣傳推廣。在此基礎(chǔ)上，推出了共享模式。所謂共享模式，主要是指通過(guò)公共項(xiàng)目對(duì)資金進(jìn)行融資運(yùn)作，作為購(gòu)買變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。因此，在共享模式運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備可以租賃獨(dú)立使用、第三方運(yùn)營(yíng)等不同類型的管理模式，實(shí)現(xiàn)變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的高效利用。由于共享模式充分借鑒了共享經(jīng)濟(jì)管理概念，僅僅通過(guò)簽訂文件協(xié)議就可以讓變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的使用者除了讓設(shè)備為自身服務(wù)以外，還可以將儲(chǔ)能設(shè)備通過(guò)不同方式共享至其他用戶，并且允許儲(chǔ)能設(shè)備接受統(tǒng)一的調(diào)整和管理。因此，面對(duì)現(xiàn)階段變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的高成本，共享管理模式成為值得推廣的技術(shù)模式之一并允許儲(chǔ)能設(shè)備接受統(tǒng)一的調(diào)整和管理。因此，面對(duì)現(xiàn)階段變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的高成本，共享管理模式成為現(xiàn)階段值得推廣的技術(shù)模式之一。由此可見(jiàn)，變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的使用是獨(dú)立投資、用戶共享等多種模式的共同存在。此外，現(xiàn)階段儲(chǔ)能成本不斷降低，儲(chǔ)能商業(yè)化程度將逐步提高。

結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和運(yùn)行方式進(jìn)行了全面深入的探索和研究，詳細(xì)介紹了變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)和電力系統(tǒng)的連接方式。本文結(jié)合新電力改革背景，對(duì)于科學(xué)、系統(tǒng)、全面地理解變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的效益具有重要作用。最后，分析了變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)的各種運(yùn)行模式，為變電站儲(chǔ)能配置方案設(shè)計(jì)市場(chǎng)的規(guī)?；l(fā)展提供參考。

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