储热与电池储能的电网联合应用

文/牛潇 叶鹏

随着经济和电力需求的快速增长，中国电力供需经常处于偏紧状态；不得不进行拉闸限电，影响了供电可靠性，简单増加发电侧的装机容量及扩大电网建设以提升输电容量并不是解决该问题的最优方法。然而，在电力需求的低谷时段又有大量的电力设备闲置，无法充分地利用这些设备，导致电网运行的经济性下降。

传统配电网面对间歇式能源的快速接入，没有采取新的调度思维，而是仍有大量的弃风行为来应对大量的功率涌入电网，面对可再生能源的大量接入，其中储能技术引起大家的关注。

随着“煤改电”的快速推进，电储热锅炉作为一种新型的可储能装置进入人们的视野。作为三北高寒地区的取暖与供热水与热蒸汽的需求日益扩大，因此作为一种可选的储能方案。其中储热与其他装置相比具有高效，环保，容量大，而且能量输出与输入平稳的特点，但考虑到热量对于用户的需求，只能持续运行以保证供热，因此需要其他的输出功率快速变化的装置进行配合，比如电池储能。

为此，本文分析并总结了电网储热与电池储能的单独与联合应用的现状。

1 储热在电网应用的现状

当前，储热负荷主要以储热电锅炉为典型代表。储热电锅炉不仅可以在规定时段内向用户供热，而且还可以将多余的热能储存到储热罐中，以应对在极端情况下储热电锅炉功能不足导致的热能短缺问题。同时，储热电锅炉能够在电力系统负荷低谷时进行电储热，而在电力系统负荷高峰期时选择退出电网依靠自身的电储热进行供热，通过这一过程可以起到电力系统削峰填谷的作用，使负荷的峰谷差减小，提高了配电网调度运行的稳定性。

应用和研究主要集中在利用弃风资源进行供热来提高经济效益。文献[1]为有效解决风电发电过程中存在的弃风现场，提升风电的消纳水平，提出了基于储能与储热锅炉协调优化的共同调度模型，并以弃风量最小为目标函数，通过协调优化算例验证了储能与储热锅炉协调优化可以提升风电的消纳能力；文献[2]为实现热电厂仅配置电锅炉和配置储热装置方案的对比，以供电供热煤耗量最小为目标函数建立储热装置的电热调度模型，最后通过算例验证了热电厂配置储热装置在解决风电弃风方面所需要的煤耗量要比仅配置电锅炉所需要的煤耗量低，得出储热装置比电锅炉装置的经济性更优的结论。文献[3]针对蒙西电网风电机组容易产生弃风等问题，提出了基于电储热锅炉的调峰方案，通过技术可行性、经济评价、财务效益以及风电场投资蓄热成本四个方面开展研究。文献[4]以连续直接控制负荷需求响应为基础建立电加热水算法的储热模型，通过电加热器与风电的协调调度可以实现系统的供需平衡。文献[5]在考虑风电不确定区域间的调峰能力提出了风电不确定区域的调峰互济改进模型，通过算例验证该模型可以有效的解决风电存在的弃风现象并降低系统的整体运行成本。

2 储能在电网的应用现状

随着技术的进步，单体储能电池的能量密度、成本、稳定性等指标都得到了很好的发展，铅酸电池逐渐退出应用市场，取而代之的是各种锂离子电池。

目前有关电池储能的应用和研究主要集中在网侧和用户侧。当电池储能用于网侧时，可以通过自身的充放电特性抑制负荷波动，从而缓解配电阻塞；当电池储能应用在用户侧时，其主要作用是在负荷低谷期进行电能的储存，减小配电网负荷的低谷点，在负荷需求高峰期进行对系统放电，削减负荷的波峰值，储能在用户侧的应用可以为配电网系统的削峰填谷提供技术手段。文献[6]中用户可以根据服务商提供的实时电价信息决定储能单元的工作模式：即，在配电网系统电价低时储能进行电能的存储，而当电价高时用户侧的储能进行电能的释放，用户根据电价实时信息对储能单元进行控制可以达到系统削峰填谷的目的。文献[7]提出了基于分时电价政策，用户储能通过“低储高发”方式套利运行，客观上也为电网提供了调峰服务。文献[8]提出了基于联络线功率波动的频域分析，利用储能对电网联络线进行平抑波动。文献[9]提出了基于经济性的考虑来验证电池储能对设备扩容有优势。文献[10]针对配电网电压跌落和频率偏移等问题，提出了采用分布式储能进行协调控制解决系统配电网电压跌落和频率偏移等问题，通过算例验证该算法可以减小配电网电压和频率偏差，改善配电网供电电压质量

3 储热与储能联合应用的研究现状

电池储能和储热技术的不断成熟使基于电池储能和储热的多类型联合调度成为可能，开展电池储能和储热的多类型联合调度必将成为电力系统未来研究的重点方向之一。目前，有关储热与储能联合调度的研究主要集中在改善风电弃风和提升风电并网消纳方面的研究，有关风电、可控负荷、储能联合系统调度研究的国内外相关文献相对较少。文献[11]基于风电场直接供热模式开展储能和储热联合运行优化控制策略研究，文章中提出的优化控制策略能够提升风电的消纳能力和经济效益；文献[12]开展风电场、电池储能、储热的协调调度研究，建立含风电、电池储能和储热的目标函数和约束条件，基于粒子群算法进行目标函数的求解，经过算例验证协调调度策略可以提升风电消纳能力；考虑电池储能与储热式电锅炉成本较为昂贵，设计合理的容量配置是影响风电消纳效果与设备利用效率的关键。文献[13]开展蓄热式电锅炉与储能系统联合储能的风电协调调度研究，基于联合运行系统的最大收益作为目标函数建立相关数学模型，并基于粒子群算法对目标函数进行求解，通过算例分析验证了蓄热式电锅炉与储能系统联合储能在提升风电消纳能力方面的有效性。

4 结语

储能系统和储热系统既可以作为负荷接入配电网消耗系统功率也可以作为为配电网系统提供功率需求，大量柔性负荷接入配电网虽然给配电网的经济调度和功率带来了新的挑战，但是其供需特性可以使柔性负荷即可以作为电源进行配电网的负荷调整，目前，基于储能系统和储热系统的可调负荷的研究主要集中在提升风电消纳方面，而考虑可调负荷的配电网的优化协调调度研究还未展开。开展基于储能系统和储热系统可调负荷的研究对于而减小配电网负荷峰谷差和实现削峰填谷，从而提升配电网运行的安全可靠性具有重要现实意义。