當(dāng)前，我國(guó)新型配電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入快速和高質(zhì)量發(fā)展的軌道，但仍然面臨分布式能源間歇性、負(fù)荷需求不確定性、系統(tǒng)故障隨機(jī)性等因素的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能是提高配電系統(tǒng)靈活性，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)節(jié)平衡、自愈控制的關(guān)鍵手段。
配電網(wǎng)從“無源”到“有源”
隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，越來越多分布式電源接入大電網(wǎng)，配電網(wǎng)形態(tài)及功率流向發(fā)生變化，從“無源單向”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;有源雙向”。其中的“源”主要指分布式電源，一般包括分布式光伏發(fā)電、小水電、分散式風(fēng)電、小型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電設(shè)施(v2g)等。
在今年4月舉行的“權(quán)威部門話開局”系列主題新聞發(fā)布會(huì)上，國(guó)家能源局介紹，能源行業(yè)將全面推進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展，在加快推進(jìn)能源消費(fèi)方式變革方面，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)、能源系統(tǒng)和形態(tài)以及能源空間布局三方面的轉(zhuǎn)變，國(guó)家還將加快發(fā)展分布式能源、沿海核電、海上風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)能源“從遠(yuǎn)方來”與“從身邊來”協(xié)同發(fā)展。
可以想見，隨著上述“源”的種類和數(shù)量不斷增加，配電系統(tǒng)將迎來變化，其中有兩個(gè)變化值得關(guān)注。
第一，大量的增值電源、增值儲(chǔ)能等分布式電容進(jìn)入配電系統(tǒng)，各種間歇性、隨機(jī)性、模糊性的情況將出現(xiàn)。如在交通領(lǐng)域，隨著分布式電容的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車、地鐵等終端能源電氣化率將逐年遞增。
第二，大量的電力數(shù)據(jù)包括電子數(shù)據(jù)、電動(dòng)車數(shù)據(jù)等都將通過配電網(wǎng)絡(luò)連接。配電系統(tǒng)將由單一的供電角色轉(zhuǎn)變?yōu)楣╇娂婊ヂ?lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，形成包括可再生能源的消納支撐平臺(tái)、多元海量信息集成的數(shù)據(jù)平臺(tái)、多利益主體參與的交易平臺(tái)、電氣化交通發(fā)展的支撐與服務(wù)平臺(tái)等多個(gè)平臺(tái)。
同時(shí)，分布式電源的接入，讓配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中的不確定因素顯著增加。中國(guó)工程院院士、天津大學(xué)教授王成山指出，用戶需求是配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，未來配電網(wǎng)智能服務(wù)平臺(tái)將提供綠色、智能、可定制的供電服務(wù)，這對(duì)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。
儲(chǔ)能如何支撐新型配電網(wǎng)?
在眾多提高配電系統(tǒng)靈活性的手段中，儲(chǔ)能是重要的調(diào)節(jié)手段，為配電網(wǎng)引入儲(chǔ)能，有助于保障新能源健康發(fā)展和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
王成山院士指出，新型配電系統(tǒng)形態(tài)具有低碳化、分布化、去中心化、數(shù)字化的特點(diǎn)，最大限度追求新能源與負(fù)荷分層分區(qū)平衡，儲(chǔ)能系統(tǒng)是源荷平衡的重要支撐。
去中心化是配電系統(tǒng)形態(tài)和機(jī)制的重大變革，電力電子裝備將是未來配電網(wǎng)架變革的顛覆性技術(shù)。采用柔性智能化配電裝備，通過分層、分區(qū)高度自治的蜂巢狀結(jié)構(gòu)(微電網(wǎng)、cell)，高度互聯(lián)、靈活重構(gòu)、閉環(huán)運(yùn)行，將大大優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式，加強(qiáng)分區(qū)自治能力，最大限度實(shí)現(xiàn)可再生能源與負(fù)荷就地平衡，避免大數(shù)據(jù)集中上傳，實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)優(yōu)化。
數(shù)字化是配電系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行的重要手段。未來的配電系統(tǒng)包含分布式電源、直流交互式微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車充電樁等，傳感單元越來越多，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。儲(chǔ)能將在新型配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要支撐作用。
王成山院士以天津北辰產(chǎn)城融合示范區(qū)為例指出，該示范區(qū)以四端口柔性多狀態(tài)開關(guān)為樞紐，建成由4條10千伏線路構(gòu)成的交直流環(huán)網(wǎng)。天津北辰產(chǎn)城融合示范區(qū)柔性配電網(wǎng)，解決了線路負(fù)荷分布不均問題，提高了供電可靠性，分布式能源消納率達(dá)到100%。
隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，配電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。共享儲(chǔ)能以電網(wǎng)為紐帶，將獨(dú)立分散的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能電站資源進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化配置，交由電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，推動(dòng)源網(wǎng)荷各端儲(chǔ)能能力全面釋放，提升配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，推動(dòng)電力系統(tǒng)由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。
2021年7月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確“鼓勵(lì)探索建設(shè)共享儲(chǔ)能”。
共享儲(chǔ)能在新型配電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用在福建泉州的共享儲(chǔ)能項(xiàng)目中得到了積極印證。福建省泉州市南安市翔云鎮(zhèn)是典型的高比例分布式光伏電源接入鄉(xiāng)鎮(zhèn)，截至2022年年底，該鎮(zhèn)超過三分之二的公用變壓器臺(tái)區(qū)接入了分布式光伏電源。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)容量持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響有所增加。針對(duì)這一問題，2022年6月，國(guó)網(wǎng)福建電力在翔云鎮(zhèn)翔云村、金安村試點(diǎn)建設(shè)臺(tái)區(qū)組共享儲(chǔ)能型微電網(wǎng)，為翔云臺(tái)區(qū)5號(hào)、6號(hào)配電變壓器和金安臺(tái)區(qū)2號(hào)、4號(hào)配電變壓器配置了一套儲(chǔ)能供電系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)裝置。共享儲(chǔ)能型微電網(wǎng)運(yùn)行以來，試點(diǎn)區(qū)域的分布式光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)就地消納率100%。臺(tái)區(qū)組共享儲(chǔ)能型微電網(wǎng)解決了山區(qū)鄉(xiāng)村的分布式光伏發(fā)電就地消納問題。
國(guó)網(wǎng)湖南電力儲(chǔ)能工程研究中心主任徐志強(qiáng)認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)宜優(yōu)先發(fā)展電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立共享儲(chǔ)能，提高系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。上海市政協(xié)委員、寰泰能源股份有限公司董事長(zhǎng)南逸認(rèn)為，通過儲(chǔ)能裝備“共享化”，可以進(jìn)一步提高儲(chǔ)能設(shè)備利用率。
儲(chǔ)能助力微電網(wǎng)充放自如
本世紀(jì)初，為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的矛盾，充分挖掘分布式能源的價(jià)值和效益，業(yè)內(nèi)人士提出可以將分布式電源及負(fù)荷一起作為配電網(wǎng)的一個(gè)單一可控的子系統(tǒng)，這就是微電網(wǎng)。
微電網(wǎng)既可以作為一個(gè)小型電網(wǎng)自主運(yùn)行，也可以并網(wǎng)成為配電網(wǎng)的一部分，能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)模式的平滑切換，協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的技術(shù)矛盾，減少大規(guī)模分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力供應(yīng)。
國(guó)家電網(wǎng)《新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案(2021-2030)》指出，在電網(wǎng)發(fā)展方式上，由以大電網(wǎng)為主，向大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)融合發(fā)展轉(zhuǎn)變。微電網(wǎng)將成為解決分布式能源并網(wǎng)問題的有力手段，是新型配電系統(tǒng)的重要構(gòu)成單元。
微電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源以清潔能源為主，或采取以能源綜合利用為目標(biāo)的發(fā)電形式。微電網(wǎng)內(nèi)的新能源系統(tǒng)可在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電，儲(chǔ)能系統(tǒng)也可在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行充電和放電，與公網(wǎng)進(jìn)行電能交換，減少大規(guī)模分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈控制。
微電網(wǎng)在新型配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用在實(shí)踐中得到印證。
河北雄安王家寨智能微電網(wǎng)工程按照“1+3+n”模式，打造1個(gè)全綠電示范村，設(shè)置3個(gè)層級(jí)(村級(jí)、鄰里級(jí)、家庭級(jí))微電網(wǎng)，安裝光伏座椅、智能垃圾箱、壓電步道、直流智慧燈桿等n個(gè)創(chuàng)新元素，建設(shè)了綠色智能微電網(wǎng)。針對(duì)“煤改電”負(fù)荷突增引起饋線功率越限問題，該工程通過用戶側(cè)熱泵集群和微電網(wǎng)智能管控，實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率精準(zhǔn)控制，大幅降低電網(wǎng)改造投資成本，提高能源利用效率和供電可靠性。
在河北省石家莊市平山縣營(yíng)里鄉(xiāng)，光伏發(fā)電項(xiàng)目的大規(guī)模接入，導(dǎo)致上級(jí)變壓器反向負(fù)載率超過92%，變壓器的穩(wěn)定性和安全性受到嚴(yán)重威脅。隨后，河北平山營(yíng)里建設(shè)新型配電網(wǎng)示范工程，采用“具備虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的新型配電網(wǎng)”，解決了光伏消納難題，同時(shí)提升了區(qū)域頻率、慣量主動(dòng)支撐能力。該工程創(chuàng)新應(yīng)用自帶慣量的構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)，解決光伏發(fā)電隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)感知、主動(dòng)響應(yīng)和主動(dòng)支撐，推動(dòng)清潔能源安全可靠替代，同時(shí)進(jìn)一步提高當(dāng)?shù)匦履茉聪{能力和局域電網(wǎng)供電質(zhì)量。該工程投運(yùn)后，每年將為當(dāng)?shù)卦黾?0%～20%的光伏收益。
王成山院士認(rèn)為，在儲(chǔ)能的支撐下，微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的有效集成管理，減少分布式電源的波動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自愈控制，充分發(fā)揮分布式電源的優(yōu)勢(shì)。
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