截至目前,已有江苏昆山、浙江诸暨、江苏苏州、山东枣庄以及河北共五地对分布式光伏配建储能设施提出了明确要求,分布式新能源配储渐成趋势。

一、分布式新能源的发展

分布式新能源是指利用分散的新能源资源,通过小型发电装置生产电能,直接连到配电网,以就近满足用户电力需求的发电方式。

相较于“集中式新能源发电+大规模远距离输电”模式,分布式新能源更靠近用户负荷中心,可以减少电能因远距离传输而产生的损耗,具有较好的经济性;

并且,分布式新能源相当于一个配电网电源,可以在一定程度避免因输电网原因引起的配电网停电,增强供电可靠性。

2021年分布式光伏发电装机占比超55%,分布式储能作用重大

年来,随着“双碳”战略的推进,分布式新能源逐渐成为新能源发展的重要形式。根据国家能源局数据,截至 2021年底,我国光伏累计并网容量达到30599万千瓦,其中分布式光伏10751万千瓦,占比 35.1%。

2021年度我国新增的5300万千瓦光伏并网容量中,分布式光伏约2900万千瓦,占全部新增光伏发电装机的55%,历史上首次突破50%,分布式光伏增长趋势明显。

2021年分布式光伏发电装机占比超55%,分布式储能作用重大

从长期来看,发展分布式新能源对于提升区域供电自给率、减少电能远距离传输损耗具有重要意义,国家持续积极推进其发展是大势所趋。因此,未来我国分布式新能源装机规模仍有很大增长空间。

然而,高比例新能源的持续接入给配电网安全稳定运行带来了巨大挑战。由于新能源的输出具有周期性、随机性和波动性的特点,大量接入会引起配电网中源荷间供需不平衡,影响配电网的稳定运行。

2021年分布式光伏发电装机占比超55%,分布式储能作用重大

分布式储能的应用可增强电力系统调节能力和灵活性,提升配电网对高比例分布式新能源接网和消纳能力,促进有源配电网的建设,保障配电网的安全与稳定。

二、分布式储能的作用

分布式储能是一种容量及功率较小(容量一般不大于10MWh,功率介于几千瓦至几兆瓦之间)且靠近于负荷端的储能配置形式,常应用于中低压配电网及智能微电网中。

相较于集中式储能,分布式储能安装选址灵活、初期投资费用低。目前,锂电池储能系统因具有响应快速、双向调节、控制精准、部署灵活的优势,成为分布式储能系统的主要应用类型。

根据在配电网中的接入位置,分布式储能系统应用场景可分为分布式新能源发电侧、配电网侧、用户侧与微电网等。

(一)分布式新能源电源侧

1、提升新能源消纳率

在分布式新能源发电侧配置分布式储能系统可以及时响应新能源输出变化,在分布式新能源输出高峰时段存储电能,低谷时段释放电能,平滑分布式新能源输出曲线,提升新能源消纳率。

2、提升供电质量

分布式储能系统可以快速响应配网中有功功率和无功功率的变化,调整频率和电压,缓和负荷波动,提升供电质量

(二)配电网侧

1、辅助调峰

随着分布式新能源接入配电网比例的迅速提升,配电网中多余的电能往往无法被及时消纳,利用储能系统对负荷曲线进行削峰填谷,可有效优化配电网潮流分布、减小网损、缓解功率堵塞,延缓输配电设施升级投资。

2、辅助调频

当前,随着电动汽车保有量的不断提升,配电网中负荷的变化幅度也不断增大。利用分布式储能系统响应快速、控制精度高的特点,配合火电机组对高比例新能源接入配电网进行辅助调频,可有效补充火电机组效率慢、精度低的缺陷,缓解电力系统调频压力,防止因负荷变化使系统频率不稳定而导致分布式新能源脱网的情况发生。

(三)用户侧

1、降低用电成本

分布式储能系统可以通过在电价低时充电,电价高时放电,帮助用户在不改变用电习惯的情况下进行错峰用电,从而降低用电成本。

2、提升电能质量

在用户侧接入分布式储能设备,能快速响应系统中各种扰动,有效地维持电压幅值的变化,控制波形畸变率在较小的范围内,从而提高用户电能质量。

3、后备应急电源

分布式锂电池储能系统可以实现毫秒级响应,从空载至满载的响应时间仅为秒级。在应对自然灾害及季节性负荷等问题时,用户侧的分布式储能可以作为快速备用电源向负荷供应电能,避免因停电造成的重大损失。目前,该模式在重要负荷用户,特别是医药、先进电子制造、数据中心、化纤生产等行业得到应用。

4、减少初期投资

分布式储能系统的功率输出可以补充用户侧负荷需求峰值,从而避免为了满足临时负荷功率峰值需求而扩大整体系统容量,从而减少项目初期投资,提升设备利用率。

三、什么是分布式储能系统

分布式储能系统是针对分布式的储能电站进行监控管理的一套系统软件,通俗来说,同一项目的储能电站可能分布在不同地方,要进行监控和管理的难度很大,但是依托软件系统进行,就会大大提高效率,具体功能有:

1.管理跨区域的就地储能系统

2.针对各就地储能系统施不同目的策略模式(例如:峰谷模式、需量模式、平滑模式等)

3.具有相关性的独立储能站可实现集中虚拟储能站,统一管理,集中调配

4.用户间相互隔离,用户在自己的权限范围内监控自己的储能站

5.支持web浏览及手机客户端

6.支持本地存储、云端存储

四、控制系统是分布式储能规模化应用的关键

随着电池储能技术经济性的不断提高,必将推动分布式储能系统的推广应用。而支撑大规模分布式储能系统的接入还需要很多关键技术的支撑。其中,控制系统是分布式储能系统规模化应用的关键。

调峰调频是储能系统在电网内的主要作用之一,而单一的分布式储能系统单元由于容量小,难以单独响应电网的一次性调度量的需求,所以要协同系统内多个分布式储能系统单元共同响应,这对分布式储能系统的控制策略提出了更高的要求。

分布式储能系统需要管控的设备数量众多,为了协同响应电网的调度需求,最大化储能系统生命周期内放电量和系统效率,不仅要对最小单元储能系统进行精细化控制,还要控制各个单元做好同步和协同。

例如,为了响应电网一次性调度5MW的电量,可能只需要调度2台集中式储能的电量,但是调动分布式储能就需要100台,而调动2台和100台设备的控制策略完全不同,精细化的控制策略和算法难度更高。

此外,分布式储能系统的功能性、安全性、经济性都需要通过精细化的控制策略来实现。

(一)功能性

储能系统的充放电的时间和功率都通过控制策略实现,在不同应用场景中采取不同的充放电控制策略。在光储融合的场景中,由于光伏发电本身具有波动性,客户所在地的天气也会影响到光伏发电的输出;在充电桩场景中,可能会遇到大功率充放电产生冲击负荷等突发情况;这都需要通过控制策略灵活调节储能系统充放电以平缓波动。

(二)安全性

控制策略不仅在发生故障时可以及时、快速、有效地保护设备系统,基于云端的相关算法还可以预知安全风险,提前发出安全预警。

(三)经济性

锂电池在不同温度、不同倍率的充放电循环对于电池寿命都有不同程度的影响,每次不当操作都会让循环寿命加速减少,长此以往会影响整套设备的使用寿命。

精细化的控制策略可以电池的状态进行充放电决策,选择最优路径可减少电池性能与寿命损耗,支撑分布式储能系统通过虚拟电厂等方式获取额外收益,并延长收益时间。

本文参考资料:时代星云、网络等

储能产业交流群

2021年全球电化学储能装机规模21.1 GW。其中,锂离子电池93.9%;铅蓄电池2.2%;钠基电池2.0%;液流电池1.2%;超级电容器0.2%;其它0.5%。到2025年,预计电化学储能增量将达到12GW/年,累计装机约40GW。在储能产业链中,各种电化学储能技术、新材料、先进制造设备、储能配套设施等都迎来了爆发式增长的机会。为促进储能产业行业交流,艾邦特建有“储能产业交流群”,欢迎业内人员加入。
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作者 808, ab