如何减少电网扩建容量的成本？

在竞争的电力市场环境下，电网公司考虑的是在提供安全可靠高质量的电力服务的同时如何尽可能地降低电网运行、维护和升级增建等费用，以给用户提供“物美价廉”的电能。储能技术是实现这个目标的一个手段，它通过减少输配电网容量需求，减轻系统阻塞，延缓电网升级和增建等用以改善电能质量，提高供电可靠性，降低成本。

当某一线路负荷超过其容量时，则需要对配电网进行升级或者增建，传统的措施包括升级或者增建变电站变压器、输配电线路等。随着储能技术的发展和储能装置单位成本的下降，储能装置越来越多地应用于电网，以改善电网供电可靠性和提高电能质量等，此外，储能装置的一个很重要的优点正被人们意识到，那就是储能装置可替代前述的传统的电网升级措施，以延缓线路和变压器的投资，实现“无线路解决方案”。可以预见，储能技术在越来越注重收益率的电网规划中将得到广泛应用，这是在储能装置的成本不断降低的基础上考虑的。尽管经济性在储能技术得到广泛应用过程中扮演着重要的角色，但是，其他的因素比如环境、技术以及政策等也是很重要的，在某些情况下甚至起着决定性作用。

传统的电网规划或电网升级扩建成本很高，尤其是在拥挤的城市区域。如果负荷增长将要超过配电线路负载能力时，电网公司可利用安装在过负荷节点的较小容量的储能装置来延缓输配电网升级所带来的较大的资金投入。考虑一个简单的例子，假设一个15MW的配电馈线运行在离额定容量还有3%处，负荷的年增长率为2%，按传统的规划方法，一年后改馈线计划扩充5MVA的容量。而现在，规划人员可以考虑用储能装置来平衡下一年的负荷增长。考虑到负荷增长的不确定性，在确定储能装置容量时，增加25%的容量裕度，最后得到可延缓一年的配电网升级的储能装置容量为375kW。在该例子中，还假设储能装置可保证2h以上的持续放电时间。可以看到，一个较小容量（375kW）的储能装置可延缓较大的配电网投资（馈线增容5MVA）。这有利于电网公司减少总成本，提高设备利用率，让资金流向其他重要的工程项目，减小大的增容投资风险，因为存在负荷预测的不确定性等因素，这些增加的（部分）容量可能会永远也用不着。

通常以下几种情况适合采用建设蓄电池储能装置的方法来减少电网扩建容量：

1）过负荷情况较少出现并且过负荷只是发生在某天的几个小时内；

2）负荷增长缓慢；

3）配电网升级资金昂贵，小容量的储能可以延缓相对较大的投资，“杠杆”作用很明显；

4）传统的升级方法行不通，比如无线路走廊，考虑环境和美观因素等不能铺设线路。

上海地区的日负荷峰谷差比较大，而且高峰负荷持续时间远比负荷低谷持续时间长。表6-1为上海地区典型日的负荷数据，图6-1为上海地区典型日的负荷曲线，其日平均负荷为17 035MW。我们可以看出：负荷低谷时段为晚上22时至次日6时，持续时间约为7h，此时段的平均负荷为15 903MW；而负荷由低谷转向高峰的变化速度非常快，负荷高峰时段持续时间长，从上午8时持续至晚上21时，持续时间约为13h，此时段的平均负荷达到17 707MW，两者之差为1804MW。而且高峰时段呈现两个高峰：一个是早上8时至11时，一个是午后13时至18时。

在季节性高峰时期，电网的峰谷差尤其大，而且整体负荷比典型日要高出许多。表6-2为上海地区夏季高峰日的负荷数据，图6-2为上海地区夏季高峰日的负荷曲线，其日平均负荷为22 425MW，高出典型日31.6%。负荷低谷时段的平均负荷为20 856MW，比典型日高出31.2%；负荷高峰时段的平均负荷为23 313MW，比典型日高出31.6%，两者之差为2 457MW，峰谷差比典型日高出36.2%。

表6-1 上海地区典型日负荷数据

（续）

图6-1 上海地区典型日负荷曲线

表6-2 上海地区夏季高峰日负荷数据

电网输配电容量一般需根据地区最大负荷需求进行规划，所以在用电低谷时，负荷功率大大低于电网的容量，而极端的用电高峰时，负荷功率将接近电网的额定容量，甚至部分变电站和线路出现过载。通过在配电网中安装BESS，可以使储能站在用电低谷时对蓄电池进行充电，提高电网的负载率，而在用电高峰时，将储存的电能释放到电网中，实现部分负荷就地供电，减少输配电网中传输的功率，从而使输配电网所需规划容量减少。(www.xing528.com)

图6-2 上海地区夏季高峰日负荷曲线

BESS在其寿命周期内都可以相当于安装在负荷侧的一个调峰电源，但储能装置的最大充放电功率和最大功率下的充放电时间影响其调峰作用，因为峰荷持续时间比谷荷持续时间长，所以在储能装置的运行方面，争取储能装置在低谷时段以较大电流充电，以充分利用较短的低谷时段；而在高峰时段调峰时，需要延长其放电时间以配合持续时间较长的高峰时段，所以其选择放电电流低于充电电流。当储能装置容量过大超过临界值P_c（将负荷曲线完全调整平直所需要的容量）时，将削峰为谷，填谷为峰，其减少电网扩建容量的作用将随着容量的增长而减弱。所以它在减少电网扩建容量方面的效益E₁（按其寿命周期折算为每年的现值）可以表示为

式中 P_c———拉平负荷曲线所需的临界功率，P_c=P_imax-P_a；

C_t&d———用户配电系统的单位造价（万元/MW）；

λ_t&d———用户配电设备的固定资产折旧率；

P_max———蓄电池组长期最大充放电功率（MW），即额定功率，P_max=kP_l；

P_l———谷荷时的平均功率；

k———系数；

P_imax———日负荷最大值（MW）；

η———储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；

P_a———负荷的日平均功率。

式（6-1）表明当储能容量实现完全削峰填谷后，储能系统容量继续增大会削峰为谷，填谷为峰，其减小配电站建设容量的作用随其容量的继续增大而减小，如图6-3所示，不过在实际应用中，蓄电池储能系统的总容量不会超过临界值。

图6-3 减少电网容量扩建效益年值与容量的关系

为了分析方便，可以将式（6-1）用一个二次函数式进行近似等效，如式（6-2）所示：