本書首先介紹了儲能技術及應用在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,以及客戶側分布式儲能的應用模式和特性;其次從電池本體、電池管理系統(tǒng)、儲能變流器及系統(tǒng)接口需求介紹客戶側儲能系統(tǒng)的關鍵配置;接著從儲能應用性能、儲能電站并網(wǎng)技術規(guī)定等方面介紹客戶側儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術;隨后從儲能與配電網(wǎng)互動特性、協(xié)同控制架構和源網(wǎng)荷儲互動等方面介紹客戶側儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)互動模式;最后從客戶側儲能電站建設成本、收益及全壽命周期效益等方面開展客戶側儲能系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析。
本書可供從事客戶側分布式儲能、新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)等領域相關人員參考使用,也可供高等院校相關專業(yè)的師生借鑒使用。
全書首先介紹了儲能技術及應用在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,客戶側儲能的應用模式和特性;接著從電池本體、電池管理系統(tǒng)、功率變換器及系統(tǒng)接口需求介紹客戶側儲能系統(tǒng)的關鍵配置;隨后從儲能應用性能、儲能電站并網(wǎng)技術規(guī)定等方面介紹客戶側儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術;從儲能與配網(wǎng)互動特性、協(xié)同控制架構、源網(wǎng)荷儲互動等方面介紹客戶側儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)互動模式;最后從客戶側儲能電站建設成本、收益及全壽命周期效益等方面開展儲能系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析。
通過對客戶側儲能系統(tǒng)關鍵配置、互動架構和經(jīng)濟性分析等方面,嘗試開展客戶側儲能相關技術介紹。
前 言
隨著儲能技術的進步、度電成本的降低以及需求側響應的演化發(fā)展,客戶側分布式儲能是加強現(xiàn)代配電網(wǎng)清潔能源消納能力、優(yōu)化需求側電能質(zhì)量、提高電力系統(tǒng)設備使用效率和突破傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃運營方式的重要途徑,因此,客戶側分布式儲能在電力系統(tǒng)中的廣泛應用是未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。2015年3月,中共中央國務院印發(fā)的《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》明確提到鼓勵儲能技術、信息技術的應用來提高能源使用效率;2016年3月《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中八大重點工程提及儲能電站、能源儲備設施,重點提出要加快推進大規(guī)模儲能等技術研發(fā)應用;2017年9月22日,國家發(fā)展改革委等發(fā)布的《關于促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》提出大力發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源,促進儲能技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,支撐和推動能源革命,為實現(xiàn)我國從能源大國向能源強國轉變和經(jīng)濟提質(zhì)增效提供技術支撐和產(chǎn)業(yè)保障。在國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下,大量分布式能源接入電網(wǎng),發(fā)展分布式儲能技術,構建源網(wǎng)荷儲柔性互動體系,是促進新能源消納,提升綜合能效的必由之路。
2016年6月,國家能源局下發(fā)通知,鼓勵各企業(yè)投資建設電儲能設施,鼓勵電儲能設施與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行,鼓勵分布式電儲能設施在客戶側的建設。“布局廣、數(shù)量多、容量小”已成為儲能的重要發(fā)展趨勢之一,且逐漸凸顯規(guī)模效應?蛻魝葍δ墚a(chǎn)品既可以協(xié)助電網(wǎng)解決削峰填谷和需求側響應等多個難題,又能滿足客戶側能量管理、電能質(zhì)量優(yōu)化和應急供電等各項需求,有著廣闊的市場前景。但以居民、商業(yè)和小企業(yè)等用戶所在地部署的小型分布式儲能數(shù)量大,地域分布廣,且分散性較強;電動汽車在接入電網(wǎng)的時間和空間上具有一定的隨機性和移動性,這些都對未來智能用電的發(fā)展提出了新的需求和挑戰(zhàn)。
本書首先介紹了國內(nèi)外客戶側儲能的發(fā)展建設現(xiàn)狀,總結了針對客戶側儲能應用的研究現(xiàn)狀并對客戶側分布式儲能的應用模式及特性進行介紹;其次介紹了客戶側儲能系統(tǒng)的關鍵配置,包括電池本體、電池管理系統(tǒng)、儲能變流器及系統(tǒng)接口需求;接著介紹客戶側儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術,主要介紹了儲能長、短期應用性能、儲能電站并網(wǎng)技術規(guī)定及儲能電站并網(wǎng)檢測技術;隨后介紹客戶側儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)的互動模式,包括客戶側分布式儲能在配電網(wǎng)中的優(yōu)化配置、源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制及已經(jīng)開展的示范應用和效益評估;最后介紹了客戶側儲能系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性分析,以江蘇電網(wǎng)為例對不同運營模式下客戶側儲能項目經(jīng)濟性進行分析并給出建議。
本書編寫過程中,得到了國網(wǎng)江蘇省電力有限公司、中國電力科學研究院有限公司、東南大學、河海大學及南京工程學院的支持和幫助;本書初稿得到了中國電力科學研究院有限公司許曉慧、河海大學史林軍和南京工程學院葛樂等專家的審閱,專家們提出了很多寶貴的修改意見,在此表示衷心的感謝。
由于編寫時間倉促,編者水平有限,書中難免有疏漏和不足之處,懇請讀者批評指正。
編著者
2022年4月
目 錄
前言
第1章 概述 1
1.1 國內(nèi)外儲能技術現(xiàn)狀 1
1.1.1 國外技術現(xiàn)狀 1
1.1.2 國內(nèi)技術現(xiàn)狀 4
1.2 客戶側分布式儲能應用模式及特性 6
1.2.1 發(fā)展背景 6
1.2.2 儲能應用現(xiàn)狀及動向 8
1.2.3 儲能關鍵技術情況及發(fā)展趨勢 8
1.2.4 市場環(huán)境 9
1.2.5 應用分析 10
1.3 典型示范工程介紹及效益測算 13
第2章 客戶側儲能系統(tǒng)關鍵配置 16
2.1 概述 16
2.2 電池本體 17
2.2.1 鉛酸電池 17
2.2.2 鋰離子電池 17
2.2.3 鈉硫電池 18
2.2.4 液流電池 18
2.2.5 氫儲能 19
2.3 電池管理系統(tǒng)(BMS) 19
2.3.1 電池管理的作用 20
2.3.2 BMS硬件 20
2.3.3 電池平衡 21
2.3.4 狀態(tài)估計算法 22
2.3.5 電池參考模型 23
2.3.6 狀態(tài)估計器 24
2.3.7 電流/功率極限的計算 26
2.3.8 充電策略 27
2.3.9 熱管理 28
2.3.10 運行模式 29
2.4 儲能變流器(PCS) 30
2.4.1 變流器系統(tǒng)構成 30
2.4.2 系統(tǒng)主電路拓撲結構 31
2.4.3 變流器有源整流控制策略 34
2.4.4 PCS硬件要求 35
2.5 系統(tǒng)接口需求 36
2.5.1 總則 38
2.5.2 通信協(xié)議結構 38
2.5.3 應用層報文幀格式 38
2.5.4 通信報文規(guī)范 40
2.5.5 通信安全方案 41
第3章 客戶側儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術 42
3.1 儲能長期應用性能 42
3.1.1 可充放電量 42
3.1.2 最大功率充放電時間 42
3.1.3 循環(huán)效率 42
3.1.4 使用壽命 43
3.2 儲能短期應用性能 44
3.2.1 響應速度 44
3.2.2 功率爬坡速度 44
3.2.3 最大功率支撐能力 45
3.3 儲能電站并網(wǎng)技術規(guī)定 45
3.3.1 一般性技術規(guī)定 45
3.3.2 接口裝置 46
3.3.3 接地安全 47
3.3.4 電能質(zhì)量 47
3.3.5 功率控制和電壓調(diào)節(jié) 49
3.3.6 繼電保護與安全自動裝置 52
3.3.7 自動化與通信 52
3.3.8 電能計量 53
3.4 儲能電站并網(wǎng)檢測技術 54
3.4.1 測試儀器儀表 54
3.4.2 測試條件 55
3.4.3 測試項目及方法 56
3.4.4 相關計算公式 66
第4章 客戶側儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)互動模式 69
4.1 客戶側分布式儲能優(yōu)化配置與配電網(wǎng)互動特性 69
4.1.1 客戶側分布式儲能裝置城市配電網(wǎng)互動特性 69
4.1.2 分布式儲能優(yōu)化配置模型 76
4.1.3 面向柔性源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)運行的分布式儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置 86
4.2 廣域布局分布式儲能配電網(wǎng)源網(wǎng)荷協(xié)同控制架構與裝置 94
4.2.1 技術概述 94
4.2.2 實施方案 95
4.2.3 方案簡介 97
4.2.4 系統(tǒng)方案 97
4.2.5 即插即用裝置硬件設計 98
4.2.6 軟件功能 100
4.2.7 系統(tǒng)安全防護部署 103
4.3 客戶側分布式儲能柔性協(xié)調(diào)控制集成示范及應用效益 111
4.3.1 客戶側分布式儲能柔性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 111
4.3.2 面向需求響應的分布式儲能柔性協(xié)調(diào)控制與運行應用示范 122
4.3.3 客戶側分布式儲能系統(tǒng)應用效益評估 127
4.4 客戶側分布式儲能參與電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲互動 146
4.4.1 網(wǎng)荷互動終端 146
4.4.2 儲能系統(tǒng) 150
4.4.3 江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷儲友好互動系統(tǒng)總體設計 152
4.4.4 江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷儲友好互動系統(tǒng)技術實踐 155
第5章 客戶側儲能系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析 163
5.1 儲能建設運營概況 163
5.2 儲能電站成本分析 164
5.2.1 儲能建設成本分析 164
5.2.2 儲能度電成本分析 165
5.3 客戶側儲能收益分析 165
5.3.1 儲能系統(tǒng)獨立運行收益分析 165
5.3.2 電動汽車+雙向充電樁組合收益分析 166
5.3.3 考慮階梯電價的客戶側儲能安裝限制 167
5.4 儲能電站全壽命周期效益分析 168
5.4.1 基于度電成本分析 168
5.4.2 基于電動汽車雙向充放電產(chǎn)生的上網(wǎng)電價的探索 168
5.5 成本預測 169
5.6 運行經(jīng)濟性總結 170
5.6.1 現(xiàn)狀總結 170
5.6.2 推廣建議 170
5.6.3 其他 171
第6章 客戶側儲能新型運營服務模式 172
6.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”和共享經(jīng)濟 172
6.1.1 “互聯(lián)網(wǎng)+” 172
6.1.2 共享經(jīng)濟 176
6.2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的客戶側分布式儲能運營服務模式創(chuàng)新 178
6.2.1 客戶側分布式儲能運營服務模式現(xiàn)狀 178
6.2.2 客戶側分布式儲能的分類方法 179
6.2.3 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型運營服務模式 181
6.2.4 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的P2P共享模式運營方案 188
6.2.5 新型租賃模式運營方案 194
6.2.6 租賃和P2P共享模式的比較分析 199
6.2.7 新型運營服務模式的增值服務 201
6.2.8 新型運營服務模式的關鍵技術 202
6.2.9 新型運營模式收益分析 202
6.3 小結 207
附錄 208
附錄A 江蘇電網(wǎng)客戶側儲能系統(tǒng)典型案例 208
附錄B 國網(wǎng)江蘇省電力公司客戶側儲能系統(tǒng)并網(wǎng)管理規(guī)定(試行) 215
附錄C 儲能用戶能源管理系統(tǒng)EMS與互動終端Modbus_EngReq通信協(xié)議 230
附錄D 儲能用戶能源管理系統(tǒng)EMS與互動終端Modbus_GridLoad通信協(xié)議 238