無論是采用何種新能源,都不能完全保證微電網(wǎng)的供電絕對穩(wěn)定。另外,在電源事故或電網(wǎng)故障的情況下,為了保障微電網(wǎng)供電范圍內(nèi)用電負荷的用電安全,儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)的重要備用是必不可少的。
微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)要滿足以下三種情況的要求:
(1)在電源或電網(wǎng)事故情況下,儲能系統(tǒng)能夠迅速替代電源,為微電網(wǎng)內(nèi)部的負荷供電;這種情況,儲能系統(tǒng)相當于緊急備用電源的角色,要求電流密度大;
(2)在微網(wǎng)內(nèi)大型負荷啟動時,由于電流往往數(shù)倍于運行電流,因此,可能正常電源的容量不足以滿足負荷的啟動要求,需要儲能系統(tǒng)提供瞬時大電流;
(3)在光伏以及其它電網(wǎng)發(fā)電不足時,起到為微網(wǎng)內(nèi)負荷供電的功能。
微電網(wǎng)在不同應(yīng)用場合中,合理配置儲能系統(tǒng)的功率和容量十分重要,是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要前提條件。微電網(wǎng)的發(fā)電量一般按照就地消納原則,以負荷為依據(jù)確定。風(fēng)光配比應(yīng)充分利用當?shù)氐淖匀毁Y源的互補性,使得風(fēng)光總體輸出功率盡量平衡、波動性最??;在考慮經(jīng)濟性的前提下,儲能在極端情況下需保證微電網(wǎng)系統(tǒng)給重要負荷持續(xù)供電一定時間。由于微電網(wǎng)中分布式電源容量較小,分布式電源的波動對主網(wǎng)影響不大,因此儲能系統(tǒng)的配置主要取決于負荷需求。
微電網(wǎng)可以分為離網(wǎng)型電網(wǎng)與并網(wǎng)型微電網(wǎng)。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時,儲能系統(tǒng)依據(jù)峰谷電價差按照白天放電、晚上充電的方式運行;微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時,儲能系統(tǒng)按照白天充電、晚上放電的方式工作。
(一)微電網(wǎng)供電范圍內(nèi)負荷統(tǒng)計平衡原則
微電網(wǎng)內(nèi)負荷統(tǒng)計及平衡是微電網(wǎng)的分布式電源配置的前提,對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)而言,其負荷的大小更是關(guān)系到儲能系統(tǒng)的功率、容量及充電倍率,直接關(guān)系到安全與經(jīng)濟性。目前尚無微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計規(guī)程,對微電網(wǎng)內(nèi)的負荷統(tǒng)計,分布式電源、儲能裝置及配電變壓器容量的選擇也“無法可依”。
如果對現(xiàn)有的已經(jīng)投入運行的建構(gòu)筑物,對供電范圍的負荷統(tǒng)計平衡宜以設(shè)計圖紙與電費單同時進行統(tǒng)計分析,根據(jù)實際需要規(guī)劃微電網(wǎng)的分布式電源構(gòu)成。
對于新規(guī)劃建設(shè)的園區(qū),根據(jù)JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》:第4.3.2條:配電變壓器的長期工作負載率不宜大于85%?!度珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計技術(shù)措施(節(jié)能專篇.電氣)》第2.5.2.2.2.1條:變壓器額定容量應(yīng)能滿足全部用電負載的需要,但不應(yīng)使變壓器長期處于過負載狀態(tài)下運行。變壓器的經(jīng)常性負載應(yīng)以在變壓器額定容量的60%為宜。這樣設(shè)計院在進行負荷平衡時,通常會以這些規(guī)范的要求進行配變的容量選擇,結(jié)果是偏大的。
根據(jù)華東電力建筑設(shè)計研究總院近年對園區(qū),對公共空間負荷的研究成果,浦東國際機場T1航站樓從2016年7月至2017年5月近一年之間各變壓器的當月實際運行負載率數(shù)據(jù),各臺變壓器運行負載率大致在25%~40%之間波動,五月、七月會突破50%。虹橋T2航站樓的大部分變壓器峰值負載率在25%~45%之間,五月份最大值達到60%。這個變壓器的負載是很輕的,對容量造成了很大的浪費。
變壓器的容量選擇與儲能裝置的容量選擇暫作相同的技術(shù)問題對待,儲能的功率及容量選擇上也要注意這個問題,建議微電網(wǎng)在負荷平衡及空間負荷預(yù)測時,在現(xiàn)有的對負荷統(tǒng)計及計算的規(guī)程基礎(chǔ)上,再考慮60~70%的系數(shù),以提高儲能系統(tǒng)的效率。
(二)電池儲能系統(tǒng)的功率配置及優(yōu)化
并網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)可從主網(wǎng)獲取能量,此種場景應(yīng)以儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命最長為優(yōu)化目標,根據(jù)光伏、風(fēng)電發(fā)電的最大功率和波動情況,選擇滿足運行條件的儲能類型。對于電池儲能系統(tǒng),系統(tǒng)的運行功率應(yīng)在允許的充放電倍率范圍內(nèi),超過允許的SOC范圍時,禁止儲能電池運行。離網(wǎng)型微電網(wǎng)中,儲能系統(tǒng)需能夠獨立提供負荷的用電需求。
以風(fēng)/光/儲微電網(wǎng)為例,在并網(wǎng)和離網(wǎng)微電網(wǎng)系統(tǒng)中,儲能電池的功率至少在一年內(nèi)任一時間段t都應(yīng)滿足:
PES,t≥max∣PL,t-(PWG,t+PPV,t)∣
式中PES,t為儲能電池的額定功率;PL,t為微電網(wǎng)的荷載,PWG,t為風(fēng)力發(fā)電機的瞬時功率,PPV,t為光伏發(fā)電的瞬時功率。
并網(wǎng)微電網(wǎng)的蓄電池功率配置是解決風(fēng)光分布式發(fā)電富裕電能的存儲,同時考慮與電網(wǎng)電量雙向交換的工況。
(三)并網(wǎng)型微電網(wǎng)中電池儲能的容量配置及優(yōu)化
儲能電池夜間充電,電量首先來自風(fēng)機,然后由主網(wǎng)補足剩下的充電電量。當儲能電池的SOC達到SOCmax時,停止充電。儲能電池的充電電量為:
EES,ch=max[EL,N-(EWG+EG)]
式中:EES,ch為儲能電池的充電電量(負值);EL,N為夜間負荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值);EG為電網(wǎng)提供的電量(可以為0或正值)。
白天(6:00-18:00)運行時,光伏和風(fēng)力發(fā)電供給負載,不足的部分優(yōu)先由儲能電池提供。當儲能電池的SOC到達SOCmax時,停止放電。儲能電池的放電電電量為:
EES,dis=max[EL,D-(EWG+EPV+EG)]
式中:EES,dis為儲能電池的放電電量(正值);EL,D為白天負荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值);EPV為光伏發(fā)電提供的電量(正值);EG為電網(wǎng)提供的電量(可以為0或正值)。
(四)離網(wǎng)型微電網(wǎng)中電池儲能的容量配置及優(yōu)化
白天(6:00~18:00),光伏和風(fēng)力發(fā)電供給負載,多余的部分向儲能電池充電。當儲能電池的SOC達到SOCmax,停止充電。儲能電池的充電電量為:
EES,ch=max[EL,D-(EWG+EPV)]
式中:EES,ch為儲能電池的充電電量(負值);EL,D為夜間負荷所需的電量(正值)。
夜間(18:00~6:00),負載的供電需求來自于風(fēng)機和儲能電池,當儲能電池的當儲能電池的SOC到達SOCmin時,停止放電。儲能電池的放電電電量為:
EES,dis=max(EL,N-EWG)
式中:EES,dis為儲能電池的放電電量(正值);EL,N為夜晚負荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值)。
在實際應(yīng)用中,應(yīng)結(jié)合負荷的實際情況,微電網(wǎng)的優(yōu)化目標及儲能自身的特性,計算不同場景下,不同類型儲能的功能與容量,同時根據(jù)成本構(gòu)成,投資回報和電力市場的情況深入分析研究與評價,以期得到最佳信價比的儲能配置方案。
(五)微電網(wǎng)電池儲能的尷尬
微電網(wǎng)的“源網(wǎng)荷儲”的技術(shù)特性及對供電可靠性的要求,對儲能就提出了高的要求,微電網(wǎng)的安全性也彰顯在儲能系統(tǒng)上。從上文的電池容量可以看出,對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)的儲能配置,由微電網(wǎng)中的負荷容量來決定;對于并網(wǎng)型的微電網(wǎng)容量,決定于分布式能源的供電成本與儲能的峰谷價差的經(jīng)濟性。
從目前的電池儲能的單位造價來看,微電網(wǎng)中配置儲能并無優(yōu)勢,也無經(jīng)濟性可言。對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)而言,如果僅僅從度電的銷售來評價微電網(wǎng)與儲能的價值,這個賬更是沒有辦法算的。
結(jié)合電改的推進、分布式能源及微電網(wǎng)的政策,現(xiàn)階段的微電網(wǎng)發(fā)展,需要市場內(nèi)在動力。微電網(wǎng)的價值要與分布式發(fā)電及隔墻售電、電力市場輔助服務(wù)與區(qū)域的綜合能效結(jié)合起來,發(fā)揮微電網(wǎng)的系統(tǒng)價值,并能夠得到實實在在的收益,這樣自然能將儲能的應(yīng)用推向市場。