為應(yīng)對(duì)省級(jí)電網(wǎng)清潔能源迅猛發(fā)展、電網(wǎng)峰谷差進(jìn)一步加大、電網(wǎng)調(diào)峰能力和運(yùn)行控制難度偏大的問(wèn)題，提升特高壓直流的輸送能力和電網(wǎng)安全供電保障能力；同時(shí)，為解決地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差大、尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間短、負(fù)荷波動(dòng)速率大、供電能力嚴(yán)重不足等問(wèn)題，緩解電網(wǎng)迎峰度夏、度冬供電壓力，結(jié)合電池儲(chǔ)能電站（簡(jiǎn)稱“儲(chǔ)能電站”）建設(shè)周期短、布點(diǎn)靈活的特點(diǎn)，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司在地區(qū)電網(wǎng)開(kāi)展了儲(chǔ)能電站示范工程的建設(shè)與應(yīng)用，探索儲(chǔ)能電站的投資規(guī)劃、運(yùn)行維護(hù)、調(diào)度管理、分析評(píng)價(jià)等各個(gè)方面。
長(zhǎng)沙儲(chǔ)能示范工程規(guī)模60兆瓦/120兆瓦時(shí)（10千伏電壓等級(jí)接入），分別位于220千伏榔梨、延農(nóng)、芙蓉變電站，分別于2019年5月26日、6月5日、6月14日投入運(yùn)行。
目前針對(duì)儲(chǔ)能電站的研究已經(jīng)日趨成熟，但是儲(chǔ)能電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還有待完善，為了填補(bǔ)儲(chǔ)能電站實(shí)際運(yùn)行方面的空白，為電網(wǎng)管理、儲(chǔ)能設(shè)備制造和投資決策提供參考依據(jù)，筆者結(jié)合湖南電網(wǎng)及儲(chǔ)能電站一期示范工程實(shí)際情況，研究并提出儲(chǔ)能電站運(yùn)行方案，該方案已經(jīng)應(yīng)用于湖南電網(wǎng)儲(chǔ)能電站示范工程。實(shí)際結(jié)果表明，該方案能夠充分反映儲(chǔ)能電站運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的調(diào)控運(yùn)行，同時(shí)對(duì)湖南電網(wǎng)儲(chǔ)能電站的商業(yè)模式進(jìn)行了探索，全面提高了湖南電網(wǎng)儲(chǔ)能電站運(yùn)行管理水平，可為其他地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)儲(chǔ)能電站提供經(jīng)驗(yàn)和參考。
儲(chǔ)能電站運(yùn)行模式
儲(chǔ)能電站控制模式設(shè)計(jì)
儲(chǔ)能電站運(yùn)行控制遵循省調(diào)調(diào)度有功、地調(diào)調(diào)度無(wú)功，優(yōu)先保障有功的原則，主要考慮以下幾種控制模式：
日前調(diào)度計(jì)劃控制模式。省、地調(diào)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)情況及清潔能源消納要求，考慮電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻及安全約束，經(jīng)過(guò)校核后制定充放電計(jì)劃，既保障電池性能和使用壽命，又充分發(fā)揮儲(chǔ)能電站頂峰能力。
AGC控制模式。根據(jù)湖南電網(wǎng)負(fù)荷水平特點(diǎn)，將儲(chǔ)能電站納入AGC調(diào)節(jié)范疇，通過(guò)省調(diào)AGC主站下發(fā)調(diào)節(jié)指令，由PCS自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該指令，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)儲(chǔ)能電站有功功率，充分發(fā)揮儲(chǔ)能電站調(diào)節(jié)快速的優(yōu)勢(shì)，參與大電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控。
儲(chǔ)能電站無(wú)功控制模式。將儲(chǔ)能電站納入地調(diào)自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控，合理設(shè)置儲(chǔ)能電站電壓調(diào)控優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)手段的協(xié)同控制。
儲(chǔ)能電站輔助電網(wǎng)緊急控制模式。將儲(chǔ)能電站納入精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)，在緊急情況下，以最高優(yōu)先級(jí)直接控制儲(chǔ)能電站PCS，充分發(fā)揮儲(chǔ)能電站啟動(dòng)時(shí)間短、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)。
儲(chǔ)能電站充放電模式
根據(jù)儲(chǔ)能電站運(yùn)行情況及電網(wǎng)實(shí)際需求，重點(diǎn)從削峰填谷、促進(jìn)清潔能源消納兩個(gè)方面進(jìn)行研究，制定了中長(zhǎng)期、短期充放電方案，“一充一放”結(jié)合“兩充兩放”模式，探求最大經(jīng)濟(jì)效益。自投運(yùn)至2020年4月2日，三座儲(chǔ)能電站（芙蓉、榔梨、延農(nóng)）采取“一充一放”的計(jì)劃出力模式，通過(guò)開(kāi)展運(yùn)行安全分析及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，在4月3日后調(diào)整為“兩充兩放”。自投運(yùn)至2019年10月27日，荷電狀態(tài)（SOC）上下限范圍設(shè)為20%～80%，之后調(diào)整至10%～90%。截至2020年6月，儲(chǔ)能電站累計(jì)充電量5218萬(wàn)千瓦時(shí)，放電量4143萬(wàn)千瓦時(shí)。
2019年度夏期間，執(zhí)行的是“一充一放”運(yùn)行策略，充電時(shí)間段為00:00～08:00，充電時(shí)間約8小時(shí)；榔梨、延農(nóng)儲(chǔ)能電站放電時(shí)間段為20:30～22:00，放電時(shí)間約1.5小時(shí)；芙蓉儲(chǔ)能電站放電時(shí)間段為12:00～13:30，放電時(shí)間約1.5小時(shí)。榔梨、延農(nóng)、芙蓉儲(chǔ)能電站的整體綜合運(yùn)行效率均在80%左右。
目前執(zhí)行的是“兩充兩放”運(yùn)行策略，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的反調(diào)峰特性和光伏發(fā)電午間出力最大的特點(diǎn)，儲(chǔ)能電站充電時(shí)段分別為03:30～05:30和13:30～16:30；放電時(shí)段為電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)段，分別為10:00～12:00和18:00～21:00；每天放電量約為16萬(wàn)千瓦時(shí)，充電量約為21.3萬(wàn)千瓦時(shí)；榔梨、延農(nóng)、芙蓉儲(chǔ)能電站的整體綜合運(yùn)行效率均在85%左右。“兩充兩放”模式綜合運(yùn)行效率更高，能夠充分地消納湖南省內(nèi)清潔能源，配合長(zhǎng)沙地區(qū)負(fù)荷早晚高峰的頂峰作用更為明顯。
儲(chǔ)能電站商業(yè)模式
示范工程由國(guó)網(wǎng)湖南綜合能源服務(wù)有限公司投資運(yùn)營(yíng)，采取與屬地化電力供電公司（長(zhǎng)沙供電公司）簽訂電費(fèi)結(jié)算協(xié)議方式，按照“電量電費(fèi)+備用容量費(fèi)”兩部制電價(jià)方式進(jìn)行經(jīng)營(yíng)結(jié)算，同期正開(kāi)展“新能源配套儲(chǔ)能租賃服務(wù)+電力輔助服務(wù)市場(chǎng)”多元化商業(yè)模式，推廣儲(chǔ)能增值服務(wù)。
電費(fèi)營(yíng)業(yè)收入
采取“電量電費(fèi)+備用容量費(fèi)”兩部制電價(jià)方式進(jìn)行結(jié)算，長(zhǎng)沙供電公司向綜合能源公司支付儲(chǔ)能電站電費(fèi)。湖南省綜合能源公司年電費(fèi)營(yíng)業(yè)收入約3120萬(wàn)元，年備用容量費(fèi)約為1320萬(wàn)元；電量電費(fèi)按照儲(chǔ)能電站發(fā)電量核算，年發(fā)電量不低于4000萬(wàn)千瓦時(shí)，每年電費(fèi)營(yíng)業(yè)收入約1800萬(wàn)元。
新能源配套儲(chǔ)能租賃服務(wù)營(yíng)業(yè)收入
“新能源配套儲(chǔ)能租賃服務(wù)”是指電網(wǎng)公司將儲(chǔ)能電站租賃給風(fēng)電、光伏等新能源企業(yè)，開(kāi)展風(fēng)電、光伏并網(wǎng)配套儲(chǔ)能租賃業(yè)務(wù)，儲(chǔ)能電站6萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量，每年實(shí)現(xiàn)1600余萬(wàn)元營(yíng)業(yè)收入。
電力輔助服務(wù)市場(chǎng)補(bǔ)貼營(yíng)業(yè)收入
“電力輔助服務(wù)市場(chǎng)”是指儲(chǔ)能電站參與湖南省內(nèi)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易，獲取相關(guān)輔助服務(wù)補(bǔ)貼，根據(jù)省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)需求與規(guī)模，依據(jù)調(diào)度測(cè)算準(zhǔn)則，每年實(shí)現(xiàn)600萬(wàn)元營(yíng)業(yè)收入。隨著電力市場(chǎng)的快速發(fā)展，據(jù)《湖南省電力輔助服務(wù)市場(chǎng)模擬運(yùn)行規(guī)則》的規(guī)定，儲(chǔ)能電站可增加輔助服務(wù)品種：深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰、緊急短時(shí)調(diào)峰。
儲(chǔ)能電站應(yīng)用效果
儲(chǔ)能電站可以日常參與電網(wǎng)調(diào)峰，滿足長(zhǎng)沙地區(qū)“午高峰+晚高峰”電力供應(yīng)需求，有效降低峰谷差，優(yōu)化負(fù)荷特性；新能源與負(fù)荷出力不匹配時(shí)段，存儲(chǔ)電量，促進(jìn)新能源消納；同時(shí)儲(chǔ)能電站具備毫秒級(jí)響應(yīng)調(diào)度指令能力，能夠參與電網(wǎng)調(diào)頻和調(diào)壓；緊急狀況下，能夠提供快速功率支撐，提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性；納入源網(wǎng)荷儲(chǔ)統(tǒng)一管理，與精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站源荷快速轉(zhuǎn)換，增加電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度，提升祁韶直流輸送容量。
在提升電網(wǎng)供電充裕性方面，2019年7月10日至8月30日迎峰度夏期間，儲(chǔ)能電站在負(fù)荷高峰時(shí)段頂峰，有效緩解了湖南省網(wǎng)斷面的負(fù)荷壓力；2019年12月19日，三座儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)跨省調(diào)用，在低谷時(shí)段對(duì)河南進(jìn)行調(diào)峰支援，調(diào)峰電力2.6萬(wàn)千瓦，持續(xù)時(shí)間2個(gè)小時(shí)；2020年6月14～18日某500千伏變電站3號(hào)主變停電期間導(dǎo)致該主變下網(wǎng)超穩(wěn)定控制，通過(guò)提前調(diào)整延農(nóng)儲(chǔ)能電站出力，在一定程度上緩解了其所在省網(wǎng)斷面潮流及500千伏變電站供電區(qū)下網(wǎng)負(fù)荷（見(jiàn)圖）。
在提升電網(wǎng)供電穩(wěn)定性方面，儲(chǔ)能電站在輔助電網(wǎng)緊急控制方面發(fā)揮了重要作用。2020年5月6日，儲(chǔ)能電站完成配合精切傳動(dòng)試驗(yàn)，祁韶直流功率從80萬(wàn)千瓦降為0后，芙蓉儲(chǔ)能電站精切動(dòng)作后立即從滿功率充電轉(zhuǎn)為滿功率放電，實(shí)現(xiàn)功率支撐5.2萬(wàn)千瓦。
在促進(jìn)清潔能源消納方面，截至2020年8月9日，累計(jì)在低谷負(fù)荷時(shí)段消納湖南省新能源電量6055.76萬(wàn)千瓦時(shí)，同時(shí)在尖峰時(shí)期提高了分散分布式清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的消納能力，促進(jìn)了可再生能源消納。不考慮配置儲(chǔ)能時(shí)，預(yù)計(jì)2020年全省豐水年/平水年清潔能源棄電量為26.7億/18.9億千瓦時(shí)。根據(jù)消納能力測(cè)算，每配置1千瓦時(shí)儲(chǔ)能裝置能為系統(tǒng)每年減少400千瓦時(shí)的新能源棄電量，120兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能電站2020年可降低全省清潔能源棄電量0.48億千瓦時(shí)。
在降低碳排放方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)在火電機(jī)組出力低谷期間充電，可以增加低谷期機(jī)組出力，降低火電機(jī)組調(diào)峰深度，有效降低機(jī)組單位電量煤耗。示范工程每年可有效減少二氧化碳排放1.6萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放480噸，有效促進(jìn)了節(jié)能減排。
湖南儲(chǔ)能電站能夠通過(guò)中長(zhǎng)期“一充一放”、“兩充兩放”的充放電方案實(shí)現(xiàn)削峰填谷，緩解電網(wǎng)重載；針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，采用不同的控制策略，能夠發(fā)揮輔助電網(wǎng)緊急調(diào)峰、促進(jìn)清潔能源消納、提升電網(wǎng)供電可靠性等巨大作用，極大地提高了長(zhǎng)沙地區(qū)及湖南電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同時(shí)探索儲(chǔ)能電站運(yùn)行經(jīng)營(yíng)的商業(yè)模式，積極開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能電站在電力市場(chǎng)中的交易品種，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站的盈利，豐富了儲(chǔ)能電站的交易模式。湖南省儲(chǔ)能電站的運(yùn)行管理方案可以為評(píng)判各廠家設(shè)備提供參考，為電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能探索不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供數(shù)據(jù)支撐，為其他地區(qū)建設(shè)管理電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站提供參考。
