储能在有序用电管理中的调峰作用探析

袁文伟

（广东电网有限责任公司东莞供电局，广东 东莞 523000）

0 引 言

《能源发展“十三五”规划》提出，要积极开展储能示范工程建设，推动储能系统与新能源、电力系统协调优化运行。当前，储能已成为实现智能电网发展目标的关键因素。随着社会经济的日益发展，电网峰谷负荷差日益增大。因此，研究并发挥储能在有序用电管理中的调峰作用具有重大意义。

1 储能技术分类及应用

储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电化学储能（如铅酸电池、钠硫电池、锂离子电池等）和电磁储能（如超导电磁、超级电容器等）3大类。它在电力系统中的应用可分为可再生能源并网、电力辅助服务、延缓输配电设施升级以及提高用能经济性4类。

1.1 可再生能源并网

储能可用于解决弃风弃光、跟踪计划出力和实现平滑输出。一是在电网调峰能力不足或输电通道阻塞时，可再生能源发电的出力受限，储能系统存储电能，缓解输电阻塞和电网调峰能力限制；二是在可再生能源出力水平低或不受限的时段，储能系统释放电能，提高可再生能源的上网电量。

1.2 电力辅助服务

目前，我国的电力辅助服务由并网发电厂提供。储能在电力辅助服务中的应用主要包括调频服务、电压支持、移峰填谷和备用容量4种。

1.2.1 调频服务

通过对电网的储能设备进行充放电和控制充放电的速率，瞬时平衡负荷和发电的差异来调节频率的波动。

1.2.2 电压支持

由于电力系统一般通过控制无功来调整电压，因此将具有快速响应能力的储能布置在负荷端，并根据负荷需求变化释放或吸收无功功率，最终发挥电压调节的作用。

1.2.3 移峰填谷

在电网用电负荷低谷时，储能存储电量并在用电高峰时释放电能，可实现移峰填谷。

1.2.4 备用容量

电力系统的备用容量，应用于常规发电资源无法预期的事故。因此，储能需保持在线并做好放电准备，可充当系统备用容量。

1.3 延缓输配电设施升级

电力系统中绝大部分节点的最大负荷，一般发生在一年中的几天或一年中的几个小时。为满足高峰负荷需求，需要升级改造输配电设施，并通过变压器、线路扩容来满足未来10～15年的负荷增长。但是，新的输配电设施在投产后数年内的利用率一般较低，导致电网投资经济效益不高。

针对这种情况，若配置储能，可降低接近过载的输配电节点潮流，延缓输配电设施升级，并提供相应足够的容量来满足负荷需求，节省电网投资。同时，如果储能为集装箱式，可移动应用到其他需要升级的变电站或负荷缺口点，并提供时间以评估负荷是否如预期增长，降低实际负荷不如预期增长和电网投资效益差的风险。

1.4 提高用能经济性

在提高用能经济性方面，储能发挥的主要作用包括峰谷套利和需量电费管理。

1.4.1 峰谷套利

基于分时电价机制，通过储能在谷电价时段充电、在峰电价时段放电赚取峰谷电价差，节约电度电费。当峰谷价差较大且储能成本下降到一定范围时，储能项目具备盈利空间，可降低用户的用电成本。

1.4.2 需量电费管理

在两部制电价机制中，用户的基本电费可按变压器容量或最大需量计费。其中，最大需量一般基于用户每月的最大负荷确定，可由用户自行申报，但需要对超出最大需量的部分进行罚款。对此，配置一定规模的储能对用户的需量进行管理，将最大负荷需求控制在一定范围内，以减小申报的最大需量，节约需量电费。

2 有序用电的错峰轮休安排

有序用电是指在电力供应不足、突发事件等情况下，通过行政措施、经济手段、技术方法等依法控制部分用电需求，维护供用电秩序平稳的管理工作。根据负荷特性，有序用电管理将电网负荷的高峰时段分为日峰和晚峰，其中日峰包括上午峰和下午峰。日峰中，上午峰的时段为9:00—11:30，下午峰的时段为14:00—17:00。晚峰的时段为18:30—21:00。轮休错峰用户需要在9:00—21:00期间执行错峰用电。

在有序用电管理中，原则上将未纳入移峰填谷、避峰的工业、商业等电力用户纳入电力用户错峰轮休序位表，且该表中需明确电力用户组别、电力用户分类、序位、电力用户名称、所属线路、所属地区、最大负荷、可错负荷、保安负荷、响应阈值以及错峰责任人等内容。

有序用电的用户轮休分配以电力用户组别为基准，原则上按照有序用电安排轮休错峰一个周期所含天数进行分组。一般设置为最大可错负荷均等的7个分组，组别可分别设置成“星期一”至“星期天”（即A～G组，如表1所示）。当发生地区电源性缺电或区域网络受限缺电时，应先计算一个分组能否满足负荷缺口。若满足，则依据限电时长形成“开六停一”的错峰轮休安排；若不满足，则需组合计算满足负荷缺口的两个或以上分组，并由此形成“开五停二”或以上的错峰轮休安排。

表1 某市错峰轮休序位表

3 用户侧电储能

3.1 电储能市场

在不同的储能技术中，电储能技术不受地理地形环境的限制，可以对电能直接进行存储和释放，且乡村和城市均可使用。因此，电储能项目逐渐引起能源服务公司和科研机构的广泛关注，市场规模增长较快。2018年，国内新增投运储能项目装机规模为2.3 GW，其中电储能的新增投运规模最大达0.6 GW，同比增长414%。截至2018年12月底，中国已投运电储能累计装机规模为1.01 GW，同比增长159%，如图1所示。

结合储能在电力辅助服务和提高用能经济性应用方面的内容，在一些长期存在电源性缺电和网络受限缺电叠加的区域建设用户侧电储能项目。一方面可实现电网负荷的移峰填谷，另一方面可通过峰谷套利、需量电费管理降低用户的用电成本，综合效益较高。

图1 中国已投运电储能项目的累计装机分布（截至2018年12月底）

3.2 用户侧电储能设计方法

用户侧电储能项目系统设计的主要参数包括储能额定功率、充放电时间和储能总容量，具体配置一般遵循以下原则。

（1）储能额定功率应同时满足几方面要求：一是额定功率应小于接入变压器在电价低谷时的最小剩余容量，并保障充电时变压器不过载；二是额定功率应小于接入变压器在电价高峰时的最小负荷，保证放电时的能量消纳；三是储能按额定功率充放电期间，并网线路应不过载。

（2）储能充放电时间根据用户的峰平谷用电特性进行设置，一般在电价低谷或平段时充电，在电价高峰时放电，依靠峰谷或峰平电价差实现套利。东莞市10 kV大工业用电分时电价价目表，如表2所示。

表2 东莞市10 kV大工业用电分时电价价目表

（3）储能总容量一般由额定功率和充放电时间的乘积计算。实际中，储能一般不按额定功率充放电，其总容量应参考峰时消耗的电量进行配置，同时考虑可调的放电功率填补计划错峰负荷，通过移峰填谷避免客户错峰轮休。

广东地区的大工业用电执行两部制电价，如表3所示。除了峰谷套利，储能通过需量电费管理降低用户的用电成本，还需要满足一个按变压器容量或最大需量计算基本电费的计算原则，即按申报最大需量计算的基本电费应小于按变压器容量计算的基本电费。

表3 广东地区大工业用电基本电价表

假定用户的变压器容量为R0，申报的最大需量为R'，根据广东地区大工业用电的基本电价，当满足23R0-32R'＞0时，才能发挥储能节约需量电费的作用。经计算，建成储能后申报的最大需量应小于变压器容量的71.875%，才具备节约需量电费的经济性。

4 案例分析

2018年，东莞市长安镇某公司建成一用户侧电储能项目。该项目的储能系统主要由储能电池、电池管理系统、储能变流器和能量管理系统4部分组成。储能系统设置4座储能舱，每座舱配置500 kW/1.25 MW·h的锂电池，储能额定功率为2 MW，总容量为5 MW·h。

4.1 储能额定功率校验

4.1.1 变压器负载校验

用户园区负荷由4台变压器供电，4台变压器容量均为2 500 kVA，总容量为10 000 kVA。单座储能舱的最大功率均为500 kW，4座储能舱的最大充放电功率为2 000 kW。储能额定功率与变压器校验计算表，如表4所示。

表4 储能额定功率与变压器校验计算表

根据表4，储能按额定功率充放电，满足变压器安全运行和电池能量消纳的原则要求。

4.1.2 并网线路校验

4台并网柜的并网线路均采用2回YJV22-1kV-3×240+1×120电力电缆，采用直埋敷设。根据GB 50217-2018《电力工程电缆设计标准》，该铜芯电缆在环境温度25 ℃下持续允许载流量为408 A，则最大输送功率为：

经校验，并网线路满足储能系统输送单座储能设备预制舱最大输送功率500 kW的需求。

4.2 移峰填谷分析

根据年度运行方式和负荷缺口，该用户被纳入错峰轮休序位，最大可错负荷为0.297 77 MW。储能系统实行每天两充两放的运行策略，分别在0:00—08:00、12:00—19:00充电，在09:00—12:00、19:00—22:00放电。

假定用户在9：00-21：00期间有错峰轮休计划，其计划错峰情况分析如表5所示。

表5 用户计划错峰情况分析表

容量为5 MW·h储能系统连续放电12 h，则其平均放电功率为0.416 67 MW，大于用户的最大可错峰负荷（0.297 77 MW），满足计划错峰的负荷缺口。因此，该用户可调整纳入移峰填谷电力用户，即通过本储能系统可避免客户错峰轮休并保障正常用电。

为保障电池的使用寿命，储能一般不设置满功率充放电。本项目储能系统的实际充放电功率，由能量管理系统根据用户负荷特性、变压器负荷、电池充放电倍率以及关口计量数据进行动态计算。应用本储能系统，用户负荷在典型日的移峰填谷效果如图2所示。

图2 储能移峰填谷效果图

4.3 用能经济性分析

本储能系统对提供用户用能经济性可从以下两点进行分析。

（1）在储能系统的并网柜安装双向计量表，有：

用户某日节约电费分析表，如表6所示。

表6 用户某日节约电费分析表

（2）储能系统在用户负荷峰段放电，可降低最大需量。

月节约需量电费分析表，如表7所示。

表7 月节约需量电费分析表

经表6、表7分析可知，本储能系统通过峰谷套利和管理需量电费提高了用能经济性。

5 结 论

本文介绍储能在电力系统中的应用，从储能在电力辅助服务和提高用能经济性的应用出发，提出了用户侧电储能的主要效益和系统设计方法，并通过一已实施的电储能项目开展技术验证，得到了如下结论：

（1）储能系统在低谷、平段电价时从电网吸收电量，在用电高峰时段放电，实现了移峰填谷，可减少甚至避免客户错峰轮休，减轻有序用电管理的错峰轮休压力；

（2）在峰谷、峰平电价差的基础上，储能在负荷峰期放电，一方面可节约电度电费，另一方面可降低用户每月最大需量的基本电费，经济效益明显。