2016年被譽(yù)為儲(chǔ)能元年，經(jīng)過(guò)多年努力，儲(chǔ)能行業(yè)的技術(shù)產(chǎn)品均得到長(zhǎng)足發(fā)展，行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化初期，未來(lái)市場(chǎng)空間可觀。作為未來(lái)儲(chǔ)能應(yīng)用的重要模式之一，光儲(chǔ)一體化得到越來(lái)越多的人關(guān)注。日前由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)主辦、中機(jī)聯(lián)華(北京)會(huì)展有限公司承辦的2017中國(guó)“光伏+儲(chǔ)能”技術(shù)融合創(chuàng)新應(yīng)用大會(huì)就光儲(chǔ)一體化技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)發(fā)展和商業(yè)模式進(jìn)行了深入研討。

本次會(huì)議得到了眾多光伏、儲(chǔ)能、電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)的積極參與，近150位業(yè)界專業(yè)人士與會(huì)，中國(guó)電力科學(xué)院電工與新材料研究所儲(chǔ)能研究室主任謝志佳在會(huì)上作了“光伏電站上網(wǎng)需求及儲(chǔ)能解決方案”的精彩演講，以下為演講實(shí)錄：

演講內(nèi)容主要分為三部分，首先介紹光伏發(fā)電特性以及并網(wǎng)特性分析;第二部分介紹電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏電站中的應(yīng)用;第三部分介紹一些典型的光儲(chǔ)電站案例。

光伏行業(yè)的大背景

近年來(lái)，我國(guó)光伏持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)，每年光伏裝機(jī)容量都在不斷增長(zhǎng)。但是了解光伏行業(yè)的都知道，由于光伏組件固有的特性，輸出功率受環(huán)境影響比較大，我們依據(jù)格爾木某20兆瓦的光伏電站的數(shù)據(jù)做了出力特性分析，可以看到光伏電站出力曲線在典型的晴天天氣下與光照強(qiáng)度變化曲線一直。不同季節(jié)，光伏電站出力曲線變化是比較大的。然后我們對(duì)發(fā)電量也做了統(tǒng)計(jì)，可以看到每個(gè)月的發(fā)電量不一致，同一月每一天的發(fā)電量也不一致，我們對(duì)光伏電站的出力做了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，將出力水平高于裝機(jī)容量80%的定義為高出力，出力水平在裝機(jī)容量20%-80%中間的定義為中出力，出力水平低于裝機(jī)容量20%的定義為低出力。然后還對(duì)光伏電站各月份的出力水平做了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，可以看出，光伏電站全年的出力水平處于中出力或低出力，在高出力的概率很低。

光伏電站對(duì)電網(wǎng)的影響

對(duì)于電網(wǎng)端，我們希望接入確信可靠的電源，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行沒(méi)有影響，應(yīng)該具備一定的低電壓穿越能力，具備較高的電能質(zhì)量。而實(shí)際上我們大規(guī)模集中式光伏電站是一個(gè)非可靠的電源，而且電壓波動(dòng)大、控制比較困難，電能質(zhì)量也不是很理想。

光伏電站接入后對(duì)電網(wǎng)的影響主要有以下四個(gè)方面：

1、對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃的影響

2、對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰的影響

3、對(duì)系統(tǒng)可靠性，穩(wěn)定性的影響

4、對(duì)電能質(zhì)量的影響

對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃的影響涉及到對(duì)輸電網(wǎng)規(guī)劃的影響、對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響以及對(duì)電源規(guī)劃的影響。(光伏電站最大負(fù)荷時(shí)刻(即最需要電源出力的時(shí)刻)光伏電站出力為0的比概率到達(dá)66%，出力概率為10%到90%各區(qū)間的的概率都小于8%，最大負(fù)荷時(shí)刻光伏電站出力超過(guò)30%的時(shí)刻概率為20%，如果置信度需求要達(dá)到90%，光伏電站的處理只能保證在8%，總結(jié)來(lái)說(shuō)就是光伏電站的置信容量比較低，當(dāng)穿透功率高的時(shí)候不能有效的替代峰值負(fù)荷電源。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)光伏容量穿透率為2.5%的時(shí)候，光伏電站對(duì)等效負(fù)荷的差率影響并不大，但是當(dāng)光伏容量穿透率為18.9%的時(shí)候，電網(wǎng)峰谷率增大，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰更加困難，基于以上的現(xiàn)象，光伏發(fā)電市場(chǎng)的棄光現(xiàn)象很嚴(yán)重，部分地區(qū)甚至可以高達(dá)30%。從研究結(jié)果可以看出，光伏棄光問(wèn)題并不是技術(shù)問(wèn)題，主要是利益平衡問(wèn)題和通道問(wèn)題，加入儲(chǔ)能系統(tǒng)以后，可以解決以上問(wèn)題。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏電站中的應(yīng)用

加入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以后，可以解決新能源發(fā)電帶來(lái)的問(wèn)題。第一，加入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑光伏電站的出力波動(dòng);第二可以提高光伏電站的調(diào)度能力;第三可以增強(qiáng)光伏電站的無(wú)功支撐能力;第四可以延緩輸電走廊的擴(kuò)容。

同樣，我們依據(jù)格爾木某20兆瓦光伏電站進(jìn)行分析(儲(chǔ)能容量為4兆瓦/2小時(shí))。在配置儲(chǔ)能系統(tǒng)之前，光伏電站分鐘級(jí)最大有功功率的變化曲線，大部分在三兆瓦以下，10分鐘最大功率變化大部分在10兆瓦以下，加入儲(chǔ)能系統(tǒng)以后可以把最大功率波動(dòng)進(jìn)行有效控制，分鐘級(jí)控制在1.5兆瓦，10分鐘級(jí)抑制在7.5兆瓦以下。

同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提高光伏電站的調(diào)度能力。由于光伏具有隨機(jī)波動(dòng)性，可控性比較差。如果以火電的跟蹤誤差要求光伏過(guò)于嚴(yán)苛，所以我們?cè)O(shè)立了幾個(gè)誤差帶：5%、10%、15%、20%、25%來(lái)分別分析光伏系統(tǒng)的跟蹤調(diào)度能力。當(dāng)跟蹤誤差占裝機(jī)容量為2%的前提下概率是55%、25%以上的概率為8.85%。為了提高光伏系統(tǒng)的跟蹤調(diào)度能力，配置不同的儲(chǔ)能容量可以完成不同的置信度目標(biāo)。實(shí)際上，我們可以從最后一行看到，即使置信度為100%，跟蹤差要求5%以內(nèi)，但加入儲(chǔ)能系統(tǒng)后，也可以做到，只不過(guò)需要配備的對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電站的容量就比較大，需要配備一個(gè)7兆瓦4小時(shí)的儲(chǔ)能充電站。當(dāng)初能系統(tǒng)配置到3兆瓦的時(shí)候，此種情況下可以完成置信度98%的目標(biāo)，不用配置過(guò)大的儲(chǔ)能系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)98%的目標(biāo)，可以減少儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率配置。

儲(chǔ)能的另一個(gè)作用就是延緩輸電走廊的擴(kuò)容。其中，儲(chǔ)能系統(tǒng)工作模式可以分為3中，一種是削峰，另一種的削峰+平抑，還有一種是削峰+轉(zhuǎn)移。儲(chǔ)能系統(tǒng)在削峰模式工作時(shí)，光伏電站出力峰值一般出現(xiàn)在午間且持續(xù)時(shí)間較短，這一部分由儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收;在光伏出力非高峰時(shí)段，由儲(chǔ)能恒功率來(lái)放電。第二種工作模式是削峰+轉(zhuǎn)移，同樣由儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)吸收電能，但放電時(shí)間為負(fù)荷晚高峰時(shí)段，由儲(chǔ)能恒功率來(lái)放電，同時(shí)可以起到輔助系統(tǒng)調(diào)峰的作用。第三種工作模式是削峰+平抑，也是由儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)吸收電能，在紫色部分放電以平滑光伏下降過(guò)程中的波動(dòng)，我們做了一個(gè)案例分析，還是以格爾木某20兆瓦的光伏電站為例，如果光伏電站規(guī)模擴(kuò)容至30兆瓦后，需要的儲(chǔ)能系統(tǒng)為7.8兆瓦，儲(chǔ)能容量是10兆瓦時(shí)。

典型光儲(chǔ)電站案例

儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏示范應(yīng)用中的應(yīng)用可以采用直流母線和交流母線兩種接入方式，也就是儲(chǔ)能系統(tǒng)+DC/DC變流器，跟光伏陣列一起接入DC母線，共用一個(gè)DC/AC變流器。儲(chǔ)能系統(tǒng)有獨(dú)立的DC/AC變流器。儲(chǔ)能系統(tǒng)如果接入直流母線，協(xié)調(diào)控制就會(huì)比較困難，但效率會(huì)比較高，因?yàn)槭÷粤艘患?jí)變流器;如果接入交流母線，成本就比較高，因?yàn)樾枰獑为?dú)的DC/AC變流器，但不會(huì)受到光伏電站結(jié)構(gòu)的限制，改造比較容易，控制起來(lái)也比較容易。

下面介紹一下實(shí)際案例，青海格爾木時(shí)代新能源50兆瓦的光儲(chǔ)電站，配備的儲(chǔ)能是15兆瓦、18兆瓦時(shí)，目前已經(jīng)投運(yùn)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，可以解決光伏發(fā)電最大消納，提高跟蹤計(jì)劃處理能力等目標(biāo)。光伏電站是以3兆瓦，3.6兆瓦時(shí)為一個(gè)儲(chǔ)能子系統(tǒng)，一共5個(gè)子系統(tǒng)，接入35千伏的母線。

另外一個(gè)典型案例就是愛(ài)康科技在金昌的100兆瓦光伏電站，這個(gè)跟之前的示范工程不一樣的地方是它是采用的直流母線的接入方案，也就是說(shuō)它的儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏陣列是共用一個(gè)DC/AC變流器，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)自己的DC/DC變流器配的是400千瓦。它采用的直流母線方案，在光伏并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)加裝DC/DC變流器和鋰電池，通過(guò)對(duì)光伏逆變器軟件升級(jí)并建立與儲(chǔ)能DC/DC的快速通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏能量的存儲(chǔ)和適時(shí)地回饋。

另外我們調(diào)研了格爾木地區(qū)的十多座光伏電站，包括中廣錫鐵山光伏電站、中節(jié)能、黃河水電、國(guó)電以及大唐的一些光伏電站，調(diào)研發(fā)現(xiàn)大部分光伏電站都是地面式的而且基本上沒(méi)有可以擴(kuò)展的空間，它的光伏組件是規(guī)劃好的，你要是想要新加入儲(chǔ)能系統(tǒng)的話，可能就會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有地方的情況，如果改變結(jié)構(gòu)的話，可能光伏組件部分就需要拆除。原有的逆變器廠房也沒(méi)有位置來(lái)放儲(chǔ)能電池和變流器，所以未來(lái)如果規(guī)劃好的光伏電站，加入儲(chǔ)能的話可能多是以集裝箱形式為主。

（注：本文根據(jù)演講錄音整理，內(nèi)容與實(shí)際情況如有出入還請(qǐng)多多包涵）

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