張東輝，康重慶，盧洵，劉新苗，張寧，徐蕓霞

(1. 清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，成都610000；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣州510062)

0 引言

建設(shè)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)我國“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”目標(biāo)的重要路徑[1 - 2]。高比例新能源系統(tǒng)的首要問題是，解決新能源出力的隨機(jī)性[3]、波動(dòng)性[4]及間歇性[5]對(duì)電力系統(tǒng)平衡能力的影響，以及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定特性的重大改變[6 - 9]。其中，儲(chǔ)能被認(rèn)為是提升電網(wǎng)靈活性、消納高比例新能源、滿足系統(tǒng)供應(yīng)-需求兩側(cè)動(dòng)態(tài)平衡的重要靈活性資源[10 - 12]。

由于目前對(duì)于源-網(wǎng)-荷各環(huán)節(jié)配置儲(chǔ)能的代價(jià)相對(duì)較高，因此儲(chǔ)能規(guī)劃的意義是在系統(tǒng)靈活性資源相對(duì)確定的情況下，尋找一個(gè)合理可行且較為經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能有序配置方案[13]。在論證儲(chǔ)能配置方案過程中，需要明確儲(chǔ)能配置的總體目標(biāo)，論證是采用典型方式和場景做代表還是時(shí)序生產(chǎn)模擬，源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)策略以及儲(chǔ)能的充放電策略，這些關(guān)鍵因素都會(huì)對(duì)儲(chǔ)能配置規(guī)模和效果產(chǎn)生較大影響[14 - 15]。

近年來，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者針對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃、配置和儲(chǔ)能充放電策略開展了相應(yīng)研究并取得一定成果。文獻(xiàn)[16]提出應(yīng)在規(guī)劃階段統(tǒng)籌考慮影響中長期儲(chǔ)能發(fā)展的重要邊界條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢和其他可再生能源的國家專項(xiàng)發(fā)展規(guī)劃。文獻(xiàn)[17]針對(duì)儲(chǔ)能在電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)和新能源發(fā)電中的主要應(yīng)用場合，研究歸納了相應(yīng)的應(yīng)用規(guī)劃算法和效益評(píng)估方法，文獻(xiàn)[18]重點(diǎn)研究了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能效益評(píng)估。文獻(xiàn)[19]對(duì)新能源集中并網(wǎng)下大規(guī)模集中式儲(chǔ)能規(guī)劃研究進(jìn)行了評(píng)述，指出電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能規(guī)劃和電源側(cè)儲(chǔ)能規(guī)劃各有側(cè)重，規(guī)劃目標(biāo)主要是投資的經(jīng)濟(jì)性，兼顧了新能源消納、供能可靠性、電壓穩(wěn)定及線路阻塞緩解等需求，模型框架大部分是啟發(fā)式方法，求解算法采用了包括遺傳算法在內(nèi)的多種優(yōu)化算法。文獻(xiàn)[20]從系統(tǒng)整體運(yùn)行需求角度入手，提出了一種電力系統(tǒng)統(tǒng)籌配置儲(chǔ)能的分析計(jì)算方法，考慮到儲(chǔ)能的功率初值計(jì)算、確定功率下的能量分析計(jì)算和不同功率下的能量滾動(dòng)計(jì)算等環(huán)節(jié)，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

目前儲(chǔ)能的規(guī)劃及充放電策略主要側(cè)重于具體場景下的應(yīng)用研究[21 - 22]，在系統(tǒng)層面的儲(chǔ)能規(guī)模需求配置論證分析已有出現(xiàn)[20]，但相對(duì)較少；另外，儲(chǔ)能論述總體還是追求具體小場景，對(duì)影響系統(tǒng)平衡和儲(chǔ)能配置效果的系統(tǒng)開機(jī)論述較少。針對(duì)以上問題，本文首先提出配置儲(chǔ)能的主要目標(biāo)，分析了系統(tǒng)配置儲(chǔ)能的基本原則，從全社會(huì)角度提出儲(chǔ)能配置規(guī)模論證優(yōu)化模型，并通過省級(jí)規(guī)模的電網(wǎng)參數(shù)作為案例驗(yàn)證規(guī)模論證方法和流程的有效性。

1 高比例新能源系統(tǒng)中配置儲(chǔ)能的目標(biāo)和原則

在高比例新能源系統(tǒng)中，由于新能源出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性，電力供應(yīng)的可靠性受到極大挑戰(zhàn)，若常規(guī)機(jī)組開機(jī)過多，可能面臨階段性的新能源出力過剩導(dǎo)致棄電問題，若常規(guī)機(jī)組開機(jī)過少，可能面臨新能源出力不足導(dǎo)致部分負(fù)荷不能供應(yīng)問題。儲(chǔ)能具備靈活的能量轉(zhuǎn)移和功率輸出能力，配置儲(chǔ)能的主要目標(biāo)應(yīng)定位在提升系統(tǒng)消納新能源的能力和提升系統(tǒng)滿足負(fù)荷供應(yīng)的能力。

目前，高比例新能源接入系統(tǒng)中的儲(chǔ)能配置和運(yùn)行還沒有統(tǒng)一的說法，本文為研究儲(chǔ)能配置規(guī)模的需要，提出以下邊界條件和基本原則。

1)少量的新能源棄電和負(fù)荷不滿足應(yīng)作為靈活性調(diào)控常規(guī)手段

文獻(xiàn)[11]指出，高比例新能源接入的系統(tǒng)中調(diào)峰靈活性資源需求巨大。通過裝機(jī)裕度和靈活性資源配置，實(shí)現(xiàn)新能源完全消納和負(fù)荷滿足系統(tǒng)成本巨大、經(jīng)濟(jì)性較差，有必要把少量的新能源棄電和負(fù)荷不滿足納入常規(guī)手段考慮。

2)采用全時(shí)段的時(shí)序生產(chǎn)模擬

由于新能源較強(qiáng)的不確定性，各季節(jié)差異較大，簡單采用典型場景下計(jì)算的方式，難以充分估計(jì)儲(chǔ)能充放電策略對(duì)新能源消納水平和供電能力的影響，因此評(píng)估高比例新能源接入的系統(tǒng)儲(chǔ)能配置作用，建議采用全年時(shí)序生產(chǎn)模擬。

3)基于合理的開機(jī)方式

系統(tǒng)內(nèi)配置的包括大規(guī)模抽水蓄能在內(nèi)的各類儲(chǔ)能，相對(duì)于各類型電源裝機(jī)比例較小，因此，合理的開機(jī)方式，通常是影響新能源棄電量和負(fù)荷不滿足率首要因素，因此，建議儲(chǔ)能配置和充放電策略研究要基于合理的開機(jī)方式。

2 高比例新能源系統(tǒng)中配置儲(chǔ)能優(yōu)化模型

在高比例新能源系統(tǒng)中，配置儲(chǔ)能的主要目標(biāo)是提升新能源消納能力和提升系統(tǒng)滿足負(fù)荷供應(yīng)能力，本文以此主要目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，考慮按年計(jì)算，從全社會(huì)角度，提出以下優(yōu)化模型。

minf=CES+ENE,aban×cNE,Aban+El,loss×cl,loss

(1)

式中：CES為配置儲(chǔ)能年費(fèi)用；ENE,aban為新能源棄電量；El,loss為負(fù)荷限電量；cNE,Aban為單位棄電電量損失費(fèi)用；cl,loss為單位限電電量損失費(fèi)用。

約束主要為新能源棄電比例和負(fù)荷限電比例。

kNE,aban

(2)

(3)

式中：kNE,aban為新能源棄電比例；kaban,lim為新能源棄電比例限值；ENE,total為新能源全額發(fā)電量。

kl,loss

(4)

(5)

式中：kl,loss為負(fù)荷限電比例；kl,lim為負(fù)荷限電比例限值；El,total為全社會(huì)用電量。

其中，配置儲(chǔ)能年費(fèi)用包括儲(chǔ)能投資折算年費(fèi)用CES,inv、 運(yùn)營儲(chǔ)能的年費(fèi)用CES,oper以及儲(chǔ)能充放電的損耗電量成本CES,loss。

CES=CES,inv+CES,oper+CES,loss

(6)

新能源棄電的單位棄電電量損失費(fèi)用和負(fù)荷限電量的單位限電電量損失費(fèi)用需要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)具體情況來定。

本模型由于是論證高比例新能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能總體配置規(guī)模，因此從全社會(huì)角度進(jìn)行簡化考慮，不考慮市場和交易因素帶來的問題；此外，本文主要計(jì)算調(diào)峰和新能源消納的儲(chǔ)能配置。

3 儲(chǔ)能配置論證方法和流程

3.1 總體方法和流程

由前文所述，論證儲(chǔ)能配置總體規(guī)模，需要進(jìn)行全時(shí)段的時(shí)序生產(chǎn)模擬，以求解年度新能源棄電量和負(fù)荷限電量，再通過多次不同儲(chǔ)能規(guī)模、不同邊界條件的計(jì)算，求得優(yōu)化的儲(chǔ)能配置規(guī)模。具體優(yōu)化流程如圖1所示。其中，儲(chǔ)能各個(gè)規(guī)模配置方案可以根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際發(fā)展規(guī)劃來選取，也可以采用程序階梯遍歷的方式來選?。婚_機(jī)方式安排需要考慮電網(wǎng)實(shí)際化石能源電源裝機(jī)規(guī)模以及電源檢修計(jì)劃合理確定。

3.2 開機(jī)方式安排的計(jì)算方法

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，新能源比例低，納入平衡計(jì)算的系統(tǒng)開機(jī)計(jì)算主要是邊界化處理，即滿足最大負(fù)荷平衡和校核調(diào)峰平衡。一定規(guī)模的新能源接入后，由于新能源出力的隨機(jī)性，會(huì)直接對(duì)平衡結(jié)果產(chǎn)生影響，從而也會(huì)影響到合理的化石能源電源開機(jī)方式。

大型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)機(jī)組數(shù)量多，機(jī)組間特性差異大，加上新能源的不確定性后，開機(jī)方式優(yōu)化已經(jīng)是一個(gè)多維復(fù)雜優(yōu)化問題。本文主要研究目標(biāo)是儲(chǔ)能的配置和充放電策略，因此，開機(jī)方式基于一定規(guī)模新能源接入系統(tǒng)的這種情景簡單處理，為確保極限情況下的電力供應(yīng)，參考傳統(tǒng)電力系統(tǒng)進(jìn)行邊界化處理，開機(jī)方式安排計(jì)算方法如下。

1)通過最大負(fù)荷平衡校核發(fā)電機(jī)最小開機(jī)規(guī)模

(7)

圖1 高比例新能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能配置規(guī)?？傮w優(yōu)化流程Fig.1 Overall optimization process of energy storage configuration scale in a high-proportion new energy system

式中：Nmin為系統(tǒng)中最少開機(jī)數(shù)量；PG,i為系統(tǒng)中第i臺(tái)機(jī)組的裝機(jī)容量；Pl,max為系統(tǒng)最大負(fù)荷；Psp為系統(tǒng)所需備用容量；Pde為外部電網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線送入當(dāng)前系統(tǒng)的電力容量；Pnl為系統(tǒng)內(nèi)核電裝機(jī)容量；PES,disch為系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)能總放電出力。

2)通過最小負(fù)荷平衡校核發(fā)電機(jī)最大開機(jī)組合

式中：Nmax為系統(tǒng)中最大開機(jī)數(shù)量；kGi,min為第i臺(tái)機(jī)組的最小出力系數(shù)；Pl,min為系統(tǒng)最小負(fù)荷；PES,ch為系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)能總充電出力。

3)選取合理的開機(jī)組合

一般情況下，通過步驟1)和2)計(jì)算得到的開機(jī)組合，最大開機(jī)組合應(yīng)大于最小開機(jī)組合，這種情況下，開機(jī)組合介于最大和最小的任意開機(jī)方式，理論上系統(tǒng)都能平衡和運(yùn)行，其中，開機(jī)方式越接近最小開機(jī)組合，系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)和新能源出力極端情況，發(fā)生負(fù)荷不滿足概率越大；開機(jī)方式越接近最大開機(jī)組合，系統(tǒng)預(yù)留給新能源出力和消納的空間越小，發(fā)生新能源棄電的概率越大。

實(shí)際解算中也可能出現(xiàn)最小開機(jī)組合大于最大開機(jī)組合，這種情況下，表明系統(tǒng)的調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，需要配置更多儲(chǔ)能類靈活性資源，以求得可行的開機(jī)組合解。

4)時(shí)序生產(chǎn)模擬中的開機(jī)組合

通過前述步驟可以求得單個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的開機(jī)情況，在時(shí)序生產(chǎn)模擬中可以得到開機(jī)的曲線，將相鄰時(shí)間斷面的開機(jī)組合統(tǒng)一取值，以滿足符合實(shí)際運(yùn)行中開機(jī)組合情況。開機(jī)組合的選取可以采用新能源棄電和負(fù)荷不滿足率折中的方式選取較合理值。具體流程如圖2所示。

圖2 時(shí)序生產(chǎn)模擬中的開機(jī)組合求解流程Fig.2 Start-up combination solution process in sequential production simulation

3.3 適應(yīng)大規(guī)模新能源消納的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)充放電策略

大規(guī)模新能源接入系統(tǒng)后，系統(tǒng)為消納和承載大規(guī)模新能源，必須配置大規(guī)模的儲(chǔ)能。抽水蓄能一般接入高電壓等級(jí)輸電網(wǎng)，其調(diào)度策略一般會(huì)納入電網(wǎng)統(tǒng)一考慮；而相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，大量的新型儲(chǔ)能充放電特點(diǎn)是單體容量小、數(shù)量大，更加分散靈活，其充放電策略更加多樣，可能更多考慮滿足本地需求，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制相對(duì)較少。

在新型電力系統(tǒng)中，由于對(duì)儲(chǔ)能需求量大，儲(chǔ)能分散分布，有必要采取統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，避免大部分儲(chǔ)能充放電策略相互矛盾直至效果抵消的情形，避免儲(chǔ)能資源的浪費(fèi)。另外，現(xiàn)有儲(chǔ)能充放電時(shí)長相對(duì)較短，抽水蓄能充電時(shí)長一般為4 h，而大量的新型儲(chǔ)能充電時(shí)長一般在0.5～3 h，少數(shù)能達(dá)到4 h，而實(shí)際運(yùn)行中可能需要長時(shí)間充放電，因此有必要通過合理的儲(chǔ)能組合協(xié)調(diào)充放電，實(shí)現(xiàn)短充放電時(shí)長儲(chǔ)能出力組合，實(shí)現(xiàn)等效長時(shí)長充放電效果。

在儲(chǔ)能總體容量一定的情況下，可以通過組合協(xié)調(diào)充放電，形成各種靈活的總體充放電曲線，假設(shè)儲(chǔ)能充電十分靈活，則可以通過充電曲線面積(該面積受儲(chǔ)能總體容量限制)，等效消納新能源棄電量。因此作為儲(chǔ)能首要指標(biāo)的降低新能源棄電量等于儲(chǔ)能總體容量，具體可表示如下。

(9)

式中：Pch,n,t為系統(tǒng)中t時(shí)刻第n個(gè)儲(chǔ)能的充電功率；Pdisch,m,t為系統(tǒng)中t時(shí)刻第m個(gè)儲(chǔ)能的放電功率；NES為系統(tǒng)中t時(shí)刻處于充電狀態(tài)的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量；MES為系統(tǒng)中t時(shí)刻處于放電狀態(tài)的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量；T為統(tǒng)計(jì)時(shí)段。

當(dāng)然，合理的儲(chǔ)能總體功率大小也非常重要，特別是對(duì)于短期的新能源出力過剩和尖峰負(fù)荷不滿足。

儲(chǔ)能為降低新能源棄電量而充電至高荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)后，儲(chǔ)能有必要及時(shí)放電至目標(biāo)的低荷電狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)下一次新能源大發(fā)帶來的過剩電力。儲(chǔ)能的放電工作位置安排也得與其他電源協(xié)同，一般盡量安排在靠近峰荷的位置或電力供應(yīng)相對(duì)緊張區(qū)域，以減少系統(tǒng)負(fù)荷不滿足概率。

綜上，提出以下大規(guī)模新能源消納的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)充放電策略流程，如圖3所示。

圖3 大規(guī)模新能源消納的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)充放電策略優(yōu)化流程圖Fig.3 Flow chart for optimization of energy storage coordinated charging and discharging strategy for large-scale new energy consumption

4 案例分析

本文以200 GW省級(jí)規(guī)劃電網(wǎng)參數(shù)作為案例，對(duì)提出方法和流程進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 計(jì)算邊界條件

案例關(guān)鍵邊界計(jì)算條件為：系統(tǒng)最大負(fù)荷為173 GW，系統(tǒng)裝機(jī)約240 GW，區(qū)外電送入規(guī)模約42.8 GW。其中，海上風(fēng)電約18 GW，陸上風(fēng)電約7.1 GW，光伏約28 GW。

1)電源出力和調(diào)峰能力：風(fēng)電、光伏出力曲線、外區(qū)送電和核電參考?xì)v史值，進(jìn)行等效放大計(jì)算；煤電氣電等為計(jì)算方便，按統(tǒng)一容量和最大調(diào)峰深度取值，平均最大調(diào)峰深度55%。

2)儲(chǔ)能配置：考慮系統(tǒng)內(nèi)用于調(diào)峰的儲(chǔ)能類型主要為抽水蓄能和鋰離子電池類型的新型儲(chǔ)能。其中，抽水蓄能考慮充電時(shí)間按4 h計(jì)算；抽水蓄能的高壓側(cè)充放電效率取75%，新型儲(chǔ)能的交-交高壓側(cè)充放電效率取85%；初始計(jì)算的抽水蓄能規(guī)模為12.08 GW，新型儲(chǔ)能規(guī)模為8 GW。

3)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算：抽水蓄能初始投資按5 500元/W計(jì)算，運(yùn)行壽命按50 a考慮，不含電量損耗的年運(yùn)行成本按初始投資的2%進(jìn)行計(jì)算，損耗電量按年充電量的25%計(jì)算，損耗電量成本為0.45元/kWh，電化學(xué)儲(chǔ)能考慮為鋰電池，初始投資中，功率單價(jià)為20萬元/MW，容量單價(jià)考慮不同的充放電時(shí)長1 h、1.5 h、2 h，分別為1.7、1.6、1.5 元/Wh，運(yùn)行壽命為10 a，不含電量損耗的年運(yùn)行成本按初始投資的2%進(jìn)行計(jì)算，損耗電量按年充電量的20%計(jì)算，損耗電量成本等于火電上網(wǎng)電價(jià)0.45 元/kWh。新能源棄電單位電量損失為0.67 元/kWh(考慮煤電等效替代后的0.22 元/kWh環(huán)境成本計(jì)算[23])，負(fù)荷限電單位電量損失為60 元/kWh[24]。另外，特別要強(qiáng)調(diào)的是考慮到抽水蓄能和儲(chǔ)能的多重作用，在發(fā)揮本文調(diào)峰、供電、消納新能源的儲(chǔ)能效果和投資計(jì)算中，抽水蓄能按90%容量計(jì)算，電化學(xué)儲(chǔ)能由于功能多樣和分散的特點(diǎn)，按50%計(jì)算。

4.2 系統(tǒng)開機(jī)方式計(jì)算

根據(jù)式(7)—(8)，先不考慮儲(chǔ)能參與，以15 min為一個(gè)時(shí)間間隔計(jì)算全年開機(jī)方式，可以得到15 min級(jí)別的最大開機(jī)規(guī)模曲線(圖4中藍(lán)色實(shí)線)和最小開機(jī)規(guī)模曲線(圖4中紅色虛線)，對(duì)一天內(nèi)的最大開機(jī)規(guī)模取最小值，最小開機(jī)規(guī)模取最大值，得到每天的最大和最小開機(jī)規(guī)模。考慮實(shí)際運(yùn)行開機(jī)方式不會(huì)每天調(diào)整，本文簡單處理，每10 d調(diào)整一次開機(jī)，對(duì)10 d內(nèi)最大、最小開機(jī)規(guī)模分別取均值，再根據(jù)系統(tǒng)棄風(fēng)電量適當(dāng)對(duì)最大、最小均值取加權(quán)值，得到用于儲(chǔ)能配置規(guī)模研究的開機(jī)曲線(圖4中黑色加粗曲線)。

圖4 系統(tǒng)開機(jī)規(guī)模時(shí)序圖Fig.4 System boot scale timing diagram

4.3 儲(chǔ)能充放電和配置效果

根據(jù)計(jì)算，不配置儲(chǔ)能時(shí)該系統(tǒng)新能源棄電率6.34%，負(fù)荷不滿足率0.004 6%。功率不平衡曲線圖5所示，差值為0表示系統(tǒng)功率能夠平衡，差值為正值表示系統(tǒng)發(fā)電功率過剩，需要棄電或采取其他措施，差值為負(fù)值表示系統(tǒng)發(fā)電功率不足，需要限制負(fù)荷或采取其他措施。

圖5 不考慮儲(chǔ)能的電網(wǎng)功率全年平衡曲線Fig.5 Annual balance curve of grid power without energy storage

圖6為配置12 080 MW抽水蓄能和8 000 MW、1.5 h新型儲(chǔ)能規(guī)模儲(chǔ)能后計(jì)算全年電力平衡曲線，新能源棄電率降為3.06%，負(fù)荷不滿足率降為0.001 8%。

圖6 考慮儲(chǔ)能的電網(wǎng)功率全年平衡曲線Fig.6 Annual balance curve of grid power considering energy storage

圖7—9分別是案例中新能源棄電多、儲(chǔ)能調(diào)用多的2月份電網(wǎng)功率平衡曲線、儲(chǔ)能充放電功率曲線和總體平均SOC曲線。圖7中淺色曲線是未安裝儲(chǔ)能功率不平衡部分，深色曲線是安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)功率不平衡部分，橫坐標(biāo)為15 min計(jì)點(diǎn)數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過合理的儲(chǔ)能充放電總體策略，可以有效減少新能源棄電現(xiàn)象，同時(shí)消除了出現(xiàn)一次的負(fù)荷限電問題。

圖7 考慮儲(chǔ)能的2月電網(wǎng)功率平衡曲線Fig.7 Grid power balance curve in February considering energy storage

圖8 2月份儲(chǔ)能充放電功率曲線Fig.8 Energy storage charging and discharging power curve in February

圖9 2月份儲(chǔ)能SOC曲線Fig.9 Energy storage SOC curve in February

4.4 儲(chǔ)能配置規(guī)模優(yōu)化對(duì)比

考慮抽水蓄能規(guī)模相對(duì)確定，以12 080 MW抽水蓄能為基礎(chǔ)，考慮多種新型儲(chǔ)能配置方案，得到10種儲(chǔ)能配置方案指標(biāo)對(duì)比如表1所示，10種配置方案下儲(chǔ)能的收益情況如表2所示。

表2中，效益與年費(fèi)用比值kES為儲(chǔ)能年效益BES與儲(chǔ)能年費(fèi)用CES的比值，kES超過100%越大，效益越好，反之亦然；效益與年費(fèi)用差值dES為儲(chǔ)能年效益BES與儲(chǔ)能年費(fèi)用CES的差值，dES正值越大，效益越好，反之亦然。

(10)

dES=BES-CES

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由表1—2中可知，配置合理的抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能可以明顯降低新能源棄電率并大幅降低負(fù)荷不滿足率，新能源棄電率成功控制在5%以下，系統(tǒng)限電電量也有明顯降低。

表1 抽蓄與電化學(xué)儲(chǔ)能組合方案對(duì)比測算Tab.1 Comparison and calculation of combined schemes of pumped storage and electrochemical energy storage

表2 抽蓄與電化學(xué)儲(chǔ)能組合方案收益情況Tab.2 Benefits of combined schemes of pumped storage and electrochemical energy storage

由于本文的各個(gè)儲(chǔ)能具備靈活協(xié)調(diào)控制，因此電化學(xué)儲(chǔ)能配置容量一致的方案2和方案7的新能源棄電率和負(fù)荷不滿足率基本相當(dāng)，差別是方案7的電化學(xué)儲(chǔ)能功率更大，對(duì)于控制負(fù)荷限電稍有優(yōu)勢。經(jīng)濟(jì)效益方面，比較兩種方案的儲(chǔ)能效益與年費(fèi)用比值kES與效益與年費(fèi)用差值dES， 方案7(108%，2.65 億元)稍大于方案2(109%，2.84億元)，總投資代價(jià)稍大，效益稍差。

方案1只有抽水蓄能，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)較好，表明現(xiàn)階段抽水蓄能的經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)好于電化學(xué)儲(chǔ)能，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，但是在抽水蓄能開發(fā)進(jìn)度和資源有限的情況下，應(yīng)該配置足夠容量的電化學(xué)儲(chǔ)能。

綜合效益水平、對(duì)新能源棄電率的控制等因素，在此案例計(jì)算中，推薦抽水蓄能12 080 MW、電化學(xué)儲(chǔ)能8 000 MW/1.5 h的總體儲(chǔ)能配置方案。

5 結(jié)論

本文從提升系統(tǒng)新能源消納和滿足負(fù)荷供應(yīng)能力作為主要目標(biāo)出發(fā)，提出了一種高比例新能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能配置規(guī)模論證方法，主要結(jié)論如下。

1)高比例新能源系統(tǒng)儲(chǔ)能配置論證時(shí)應(yīng)考慮以下基本原則，少量的新能源棄電和負(fù)荷不滿足應(yīng)作為靈活性調(diào)控常規(guī)手段考慮，儲(chǔ)能配置規(guī)模研究需采用全時(shí)段時(shí)序生產(chǎn)模擬，儲(chǔ)能配置規(guī)模研究需要基于合理的開機(jī)方式。

2)本文提出的儲(chǔ)能配置規(guī)模論證優(yōu)化模型，主要是從全社會(huì)角度出發(fā)，綜合計(jì)算儲(chǔ)能配置的代價(jià)，以及帶來的提升系統(tǒng)新能源消納和滿足負(fù)荷供應(yīng)能力效益，以取得社會(huì)效益優(yōu)化結(jié)果。

3)在計(jì)算儲(chǔ)能提升系統(tǒng)新能源消納和滿足負(fù)荷供應(yīng)能力效益中，年度系統(tǒng)開機(jī)曲線計(jì)算及最大化消納新能源的儲(chǔ)能充放電策略是重要影響因素，本文給出了代表性的方法，可以滿足模型計(jì)算需求，具體細(xì)化需要后續(xù)工作進(jìn)一步深化研究。

4)通過案例驗(yàn)證，有效證明了系統(tǒng)配置足夠的抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能后，通過合理的儲(chǔ)能充放電總體策略，可有效將新能源棄電率控制在5%以下，負(fù)荷不滿足率也大幅降低；現(xiàn)階段抽水蓄能較電化學(xué)儲(chǔ)能，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，但在抽水蓄能開發(fā)進(jìn)度和資源有限的情況下，可配置足夠容量的電化學(xué)儲(chǔ)能解決系統(tǒng)問題。