湖南長沙電池儲能示范工程初期總投資金額為3.31億元, 由國網(wǎng)湖南省電力有限公司全資子公司國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司投資建設??傄?guī)模為6.0 萬千瓦/12 萬千瓦時,分別在220 千伏榔梨、延農(nóng)、芙蓉變電站內(nèi)空地建設儲能站。該工程于2018 年10 月18 日開工建設,2019 年3 月正式投入運行, 統(tǒng)一納入調(diào)度計劃管控,參與長沙電網(wǎng)調(diào)峰填谷,在迎峰度夏、度冬期間等用電緊缺時段提供有效電力支撐, 極大地緩解了電力供應能力不足的問題。
1 長沙電池儲能電站建設成本情況
示范工程采用“電池本體租賃,其他設備采購”方式投資建設,電池本體儲能系統(tǒng)由電池廠家建設,提供租賃服務,資本金額2.14 億元;非電池部分,涵蓋工程建設、交直流轉(zhuǎn)換(PCS)成套設備采購、能量控制系統(tǒng)成套設備(EMS)采購等,由國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司投資建設,資本金額1.17 億元;土地使用成本暫由國網(wǎng)長沙供電公司承擔,不納入儲能站的建設成本。芙蓉、榔梨、延農(nóng)3 座儲能站初期投資建設成本統(tǒng)計如下:
(1)室內(nèi)2.6 萬千瓦/5.2 萬千瓦時芙蓉儲能站初期投資建設總成本為14935 萬元, 相應的儲能系統(tǒng)成本約2735 元/千瓦時、電池成本約1648 元/千瓦時;儲能電站4000 次循環(huán)運行全壽命周期內(nèi), 度電成本預估為1.0462元/千瓦時, 其中度電成本包含全壽命周期內(nèi)建設成本、運行成本、運行電量損耗費用及運維成本。
(2)戶外2.4 萬千瓦/4.8 萬千瓦時榔梨儲能站初期投資建設總成本為12499 萬元, 相應的儲能系統(tǒng)成本約2010 元/千瓦時、電池成本約1423 元/千瓦時;儲能電站4000 次循環(huán)運行全壽命周期內(nèi),度電成本預估為0.94444元/千瓦時。
(3)戶外1.0 萬千瓦/2.0 萬千瓦時延農(nóng)儲能站初期投資為5595 萬元,相應的儲能系統(tǒng)成本約2664 元/千瓦時、電池成本約1642 元/千瓦時;儲能電站4000 次循環(huán)運行全壽命周期內(nèi),度電成本預估為1.0155 元/千瓦時。
2 儲能電站運行情況
示范工程自投產(chǎn)運行以來,保持安全平穩(wěn)運行,調(diào)度指令執(zhí)行完成率100%。站內(nèi)BMS、PCS、EMS 三大功能系統(tǒng)運行狀態(tài)良好,運行狀態(tài)信息、指令分析、信號處理高效暢通、準確性高,具備良好的同步性和協(xié)調(diào)性,電池、PCS等關(guān)鍵設備運行電流、電壓、溫度均在安全穩(wěn)定范圍內(nèi)。為確保儲能電站安全, 國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司作為運維主體方, 以勞務外包模式委托具有豐富運行經(jīng)驗的儲能系統(tǒng)集成商進行運維,按有人值班方式,采取7×24 小時不間斷值守,負責儲能站日常巡視、操作、維護和應急,以及站內(nèi)消防值守等工作。
儲能電站參與了電網(wǎng)削峰填谷, 充電時段分別為03:30—05:30 和13:30—16:30, 放電時段分別為10:00—12:00 和18:00—21:00。截至2020 年10 月,芙蓉、榔梨、延農(nóng)儲能站已持續(xù)安全平穩(wěn)運行490 天,累計充、放電量分別為7182 萬千瓦時、5990 萬千瓦時, 即在湖南電網(wǎng)低谷負荷時段消納省內(nèi)新能源電量7182 萬千瓦時,同時在尖峰時期增加了5990 萬千瓦時的長沙電網(wǎng)電力供應能力。儲能電站運行效率方面,電池“儲—放”轉(zhuǎn)換效率達95%,整站綜合效率春秋季約87%,夏冬季約80%,全年綜合效率約83.4%。
3 儲能電站運行綜合成效分析
長沙電池儲能電站是目前國內(nèi)容量最大的電化學儲能電站,有效地提高了湖南電網(wǎng)百兆瓦、毫秒級快速響應能力,促進了湖南電網(wǎng)大規(guī)模源網(wǎng)荷儲升級應用,具有良好的社會效益和示范效應。通過調(diào)度響應論證,電化學儲能電站的快速響應和靈活性能夠彌補可再生能源的隨機性和間隙性,緩解新能源消納壓力,提升特高壓消納能力和電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。
3.1 電源側(cè)促進可再生能源消納
長沙電池儲能電站自投運以來, 已穩(wěn)定運行超過一年時間,截至2020 年8 月9 日,累計在低谷負荷時段消納湖南新能源電量6055.8 萬千瓦時, 同時在尖峰時期增加了電力供應能力,相對減少了電源和電網(wǎng)投資。不考慮配置儲能時,預計2020 年全省豐水年/平水年新能源棄電量為26.7/18.9 億千瓦時。根據(jù)生產(chǎn)運行模擬仿真計算結(jié)果,每配置1 千瓦時儲能裝置能為系統(tǒng)每年減少400 千瓦時的新能源棄電量,2020 年長沙電池儲能電站可降低全省新能源棄電量4800 萬千瓦時。與此同時,儲能系統(tǒng)在火電機組出力低谷期間充電,可以增加低谷期機組出力, 降低火電機組調(diào)峰深度,有效降低機組單位電量煤耗。長沙電池儲能電站每年可有效減少二氧化碳排放1.6 萬噸,減少二氧化硫排放480 噸,有效促進節(jié)能減排。
3.2 電網(wǎng)側(cè)有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷峰谷差
目前,長沙電池儲能電站調(diào)度運行,精準匹配新能源出力與負荷需求特性曲線,采用“一充一放”“一充兩放”“兩充兩放”等運行模式,實時參與長沙電網(wǎng)高峰負荷期調(diào)峰調(diào)頻。
在調(diào)峰場景中,芙蓉、榔梨、延農(nóng)電池儲能電站每天采取“兩充兩放”模式,滿足長沙地區(qū)日用電負荷“午高峰+晚高峰”調(diào)峰需求。鑒于午、晚每個高峰僅持續(xù)2~3 小時,通過現(xiàn)有所配置的6 萬千瓦/12 萬千瓦時的電池儲能電站功率/容量規(guī)模特性,可有效平抑長沙電網(wǎng)負荷峰值的0.9%~1.5%,最大程度地發(fā)揮電池儲能電站響應速度快、靈活性高、出力精準等優(yōu)勢,以滿足電網(wǎng)儲能應用需求。
在調(diào)頻場景中,長沙電池儲能電站可快速響應電網(wǎng)調(diào)度指令, 在毫秒級時間尺度內(nèi)實現(xiàn)有功和無功的快速輸出,具備參與電網(wǎng)調(diào)頻(AGC)、調(diào)壓(AVC)的優(yōu)良特性。在電網(wǎng)緊急支撐場景中, 利用電池儲能電站優(yōu)異爬坡特性,在故障狀態(tài)下快速提供有功和無功支撐,提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性, 與精準切負荷系統(tǒng)配合提升祁韶直流輸送容量,增加直流送入電力消納。
3.3 用戶側(cè)保障用電客戶供電可靠性
長沙電池儲能電站以“分站布置,集中監(jiān)控”方式設計,有效地解決了長沙部分臺區(qū)供電“卡脖子”難題,在2019 年迎峰度夏及2019—2020 年迎峰度冬和抗擊疫情期間,每天可有效緩解芙蓉、榔梨、延農(nóng)站周邊區(qū)域6 萬戶居民用電緊張問題,確保了周邊8 到10 個小區(qū)用電穩(wěn)定可靠性,有效地降低芙蓉、榔梨、延農(nóng)變電站變壓器負載率7%,提升了供電可靠性5%~10%。
4 儲能電站運營模式分析
示范工程芙蓉、榔梨、延農(nóng)3 座儲能電站的運營,主要是以兩部制電價模式進行經(jīng)營,采取“電量電費+備用容量電費”方式與屬地供電公司進行電費結(jié)算;同期正積極探索“新能源配套儲能租賃服務”+“電力輔助服務”多元化商業(yè)模式,推廣儲能增值服務。
參與電力輔助服務市場交易, 是省內(nèi)鼓勵儲能設施積極參與電力系統(tǒng)深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰服務的一種政策性激勵與探索,預估從2020 年11 月開始,將是儲能電站運營收入的一項收入來源。
5 儲能電站經(jīng)濟性分析與效益測算
5.1 儲能運營成本
示范工程采用“電池本體租賃,其他設備采購”方式投資建設, 芙蓉、榔梨、延農(nóng)3 座儲能電站運營成本約5441 萬元/年, 相關(guān)成本費用主要集中在電池租賃費、運維費、技改費、年度檢修費等方面。
5.2 儲能效益測算
國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司目前已與國網(wǎng)長沙供電公司簽訂了《2019 年國網(wǎng)長沙供電公司電池儲能一期示范工程儲能電站電費結(jié)算協(xié)議》,采取“電量電費+備用容量費”兩部制電價方式進行結(jié)算,基本維持儲能電站每年的成本運營。兩部制電價屬于國網(wǎng)湖南省電力有限公司內(nèi)部運營模式, 是國網(wǎng)湖南電力對綜合能源公司發(fā)展儲能業(yè)務的一種政策支持, 屬于內(nèi)轉(zhuǎn)外不轉(zhuǎn)的運營模式, 即該模式對綜合能源公司產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟收益,但對國網(wǎng)湖南省電力公司并不產(chǎn)生實際經(jīng)濟效益。
目前, 國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司正積極探索“新能源配套儲能租賃服務”+“電力輔助服務” 商業(yè)運營模式,并正積極爭取省內(nèi)電價支持。
5.3 儲能站增值業(yè)務收益
(1)新能源配套儲能租賃服務(暫無政策支持)。按照1 萬千瓦/2 萬千瓦時,租賃費260 萬元/年標準,長沙電池儲能電站6 萬千瓦/12 萬千瓦時總規(guī)模裝機容量,綜合能源公司預估年收益為1560 萬元。
(2)儲能參與輔助服務市場預估收益(試運行階段)。根據(jù)《湖南省電力輔助服務市場交易模擬運行規(guī)則》部署安排,儲能電站可參與省內(nèi)輔助服務市場,按照電網(wǎng)集中統(tǒng)一調(diào)度, 參照當前湖南黑麋峰抽水蓄能年度調(diào)峰次數(shù)標準,儲能電站預估年輔助服務費約600 萬元。
5.4 效益分析
綜合成本和效益分析可知, 現(xiàn)階段在省內(nèi)無相關(guān)儲能扶持政策補貼的狀況下, 國網(wǎng)湖南綜合能源服務有限公司投資建設的長沙電池儲能電站預估每年可實現(xiàn)營收2160 萬元,但示范工程運營存在虧損,每年虧損約3281萬元。
5.5 補貼需求
盡管目前長沙電池儲能電站具備良好的示范效應和應用價值,但經(jīng)濟性差,電池儲能與儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍需政策引導與大力支持,比如采取度電成本補貼,預估按照儲能電站放電電量補貼,度電價格補貼約3281 萬元/4500千瓦時=0.7291 元/千瓦時。
6 結(jié)束語
目前湖南大力發(fā)展電池儲能, 形成“電網(wǎng)側(cè)示范引導、用戶側(cè)主體發(fā)展、電源側(cè)協(xié)同推進”的良好局面,達到大規(guī)模儲能協(xié)同聚合效應的目標,起到了示范引導作用。同時在湖南建設儲能電站, 能夠有力推動電池儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,符合湖南產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的總體要求。
原標題:長沙電池儲能電站建設運行及效益分析