近年来,我国分布式光伏发展迅猛,成为光伏新增装机规模的主力。但随着全国分布式光伏可接网容量告急,多地传出分布式光伏项目备案、并网暂停的消息。与此同时,社会用电量的大幅增长导致配电网用电负荷急剧上升。分布式新能源的波动性、间歇性以及用电负荷的季节性,都进一步导致台区内发电与用电的不匹配,容易出现变压器过载问题,对电网的安全稳定运行造成了威胁。
在此背景下,台区储能作为有效解决以上问题的新解决方案,快速走红市场。解决分布式光伏并网问题,一种方式是改造配电网,另一种方式就是配建台区储能。在配电系统中单台变压器覆盖的供电区域即为台区,台区储能属于分散式储能,安装在配电台区,可用于动态扩容、平抑负荷波动和平滑台区内新能源发电输出。台区储能主要应用在农村地区,部分山区村落负荷分散、远离主干供电网络且全年负荷峰谷差异显著,如农忙和春节等时期用电负荷激增,若通过扩大变压器容量、增设配电台区或更新配电导线来减少电压损耗,成本高昂,也存在供电能力过剩和电能浪费问题。台区储能设备的加入,可以在电力需求高峰时提供额外的供电能力,保障台区稳定供电,为新能源大规模并网创造条件。
山东是我国分布式光伏装机大省。2023 年 11 月,山东先行先试,在德州市投运全国首例分布式光伏配套储能项目。目前,山东德州、广西南宁、浙江金华等地区均发布政策强制或鼓励分布式光伏项目配储,配储规模为 10%—20%,时长 2 小时。今年 2 月,国家发改委、国家能源局发布的《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》提出,到 2025 年具备 5 亿千瓦左右分布式新能源接入能力。这意味着,近两年,我国分布式光伏将保持高速增长态势,如果配置储能,规模巨大。有专家认为,随着分布式光伏大规模发展,台区储能未来发展空间广阔。
揭开台区储能的神秘面纱
(一)什么是台区储能?
在探究台区储能之前,我们先来了解一下 “台区” 的概念。台区,简单来说,是电力系统中一台变压器所覆盖的供电区域,它就像是电力输送的 “最后一公里”,直接连接着用户,将电网中的电能分配到千家万户。
而台区储能,就是安装在这个配电台区的一套储能系统。它宛如一位智能 “管家”,身负重任,既要动态扩容,在用电高峰时为台区补充电能,缓解供电压力;又要平抑负荷波动,让电流趋于平稳,避免电压忽高忽低;还要平滑台区内新能源发电输出,把新能源发电的间歇性、波动性 “捋顺”,转化为稳定可靠的电能。通过这一系列操作,台区储能让整个台区变成一个稳定的负荷或电源,极大地提升了电能质量,为电网安全运行保驾护航。
打个比方,台区储能就像是一个大型的 “电力充电宝”,白天,当太阳能充足,光伏发电量大,它就把多余的电能储存起来;到了晚上,或是用电高峰期,它再把储存的电能释放出来,满足用户的用电需求,确保电力供应的稳定与持续。
(二)台区储能的工作原理
台区储能系统的精妙运作,离不开几个关键组件:EMS(储能能量管理系统)、PCS(电力转换系统)和电池。
EMS 如同台区储能的 “智慧大脑”,它能毫秒级采集台区的电力数据,通过复杂的算法迅速分析,实时掌握台区的用电情况。一旦发现负荷波动、电压异常或是新能源发电不稳定等问题,它就会立即发出指令。
PCS 则是一位 “电力翻译官”,负责电能的转换与调度。它一方面能将电池储存的直流电转换为交流电,输送到电网中供用户使用;另一方面,也能把电网中的交流电转换为直流电,为电池充电。当 EMS 下达指令,PCS 便迅速行动,精准调节电能的流向与转换,确保电力供需平衡。
电池,毋庸置疑是储能的 “主力军”,它负责储存电能。目前市面上有多种电池类型可供选择,如锂离子电池、铅酸电池等,它们各有优劣,会依据不同的台区需求和应用场景 “上岗”。
三者协同作战,让台区储能系统得以完美运行。当台区内新能源发电过剩,EMS 就指挥 PCS 将多余电能存入电池;当用电负荷攀升,或是新能源发电不足,电池中的电能便通过 PCS 转换,及时补充到电网中,维持电力供应的稳定。
台区储能的 “超能力”
(一)保障电网安全运行
台区储能堪称电网的 “安全卫士”。一方面,它能够实时监测电网的电压、频率等参数,当发现电压波动、频率不稳时,迅速做出反应,通过释放或储存电能来调节,有效提高电能质量,让用户家中的电器设备运行得更加稳定,避免灯光闪烁、电器损坏等问题。
另一方面,在遇到突发故障,如线路跳闸、变电站检修等情况,导致局部停电时,台区储能可以立即切换为紧急电源,为关键负荷供电,医院的医疗设备、交通枢纽的信号灯等,确保社会秩序的正常运转,大大增强了供电可靠性,降低了系统故障带来的风险与损失。
(二)提升新能源消纳
在新能源蓬勃发展的当下,台区储能与新能源光伏系统的配合相得益彰。中午时分,阳光充足,光伏发电量大,往往超出台区内用户的即时用电需求,多余的电能若无法及时消纳,就会造成浪费。此时,台区储能系统启动,将这部分富裕的电能储存起来;而到了傍晚用电高峰,太阳西斜,光伏发电减弱,台区储能便把储存的电能释放,满足居民的用电需求,提高了光伏自发自用率,减少了弃光限电现象。
不仅如此,台区储能还能优化光伏输出曲线,让原本因光照强度变化而起伏不定的发电输出变得平稳,使电网接收的电能更加稳定可靠,为新能源大规模并网接入提供了有力支撑。
(三)提高电网经济性投资
传统应对变压器过载的方式通常是进行变压器增容或升级电网设施,这不仅耗费大量资金,而且建设周期长。台区储能则提供了一种更具经济性的解决方案。
在用电淡季或负荷低谷时段,台区储能系统利用低价电充电,储存能量;而在用电高峰,尤其是变压器面临过载风险时,储能系统放电,满足部分用电需求,减轻变压器负担,使其能够在不增容的情况下应对季节性、时段性重过载问题,延缓了对线路和变压器的大规模投资,提升了电网投资的经济性,让每一分电网建设资金都花在刀刃上。
台区储能的应用场景
(一)农村地区
在我国广袤的农村地区,台区储能正发挥着日益重要的作用。农村用电具有鲜明的特点,一方面,负荷分散,众多农户分布在广阔的地域,供电线路长,电能在传输过程中损耗较大;另一方面,用电峰谷差异显著,农忙时节,如灌溉、谷物脱粒等农业生产活动集中,用电需求骤增,而在平时,尤其是农闲时段,用电负荷则相对较低。
此外,随着分布式光伏在农村的广泛普及,许多农户屋顶都安装了光伏板,白天光照充足时,光伏发电量大,远超农户自家即时用电需求,大量电能反向流入电网,容易造成台区变压器过载。台区储能系统的出现,有效解决了这些问题。在用电低谷期,储能系统将多余的电能储存起来,等到农忙或用电高峰时段,再释放电能,满足生产生活需求,保障台区稳定供电,避免了因用电负荷突增导致的电压不稳、停电等现象。
同时,对于一些偏远山区村落,因地形复杂、居住分散,供电网络建设成本高、难度大,台区储能能够以相对较小的成本,提升供电可靠性,避免了过度建设造成的供电能力过剩和电能浪费,成为助力农村电力供应的得力 “助手”。
(二)城市用电台区
城市,作为人口密集、经济活动频繁的区域,用电台区面临着独特的挑战。首先,城市用电日内峰谷差异极大,尤其是在夏季高温时段,空调等制冷设备集中使用,傍晚下班后的几个小时内,用电负荷飙升,变压器常常面临尖峰过载的压力,严重影响供电稳定性,甚至可能引发故障停电。
其次,城市中大量的商业建筑、写字楼以及居民小区,用电设备复杂多样,三相不平衡问题突出。不同相线上的负载不均衡,会导致电流失衡,不仅降低电能质量,使电器设备运行效率降低、寿命缩短,还可能引发线路过热,增加火灾隐患。
台区储能系统在城市用电台区大显身手,它可以在夜间低谷电价时段充电,储存电能,白天用电高峰时放电,起到 “削峰填谷” 的作用,有效平缓负荷曲线,减轻变压器负担,避免过载风险。同时,储能系统还能实时监测三相电流,通过精准的控制策略,自动调节各相的电能分配,平衡三相电流,提升电能质量,确保城市用电的安全、稳定、高效。
(三)独立工业用电台区
工业生产对电力供应的稳定性和可靠性要求极高,独立工业用电台区往往面临着诸多棘手问题。随着企业的发展,生产规模扩大,原规划的变压器容量逐渐难以满足新增工业用电设备的需求,尤其是在生产旺季,设备全开时,电力需求急剧攀升,变压器瞬时过载现象频发。这不仅会导致设备过热、寿命缩短,甚至可能引发整个电力系统的不稳定,造成生产中断,给企业带来巨大的经济损失。
此外,工业设备中的大功率电机,在启动瞬间需要消耗大量的无功功率,使得台区内无功功率波动剧烈。这种波动会引发电网电压波动,功率因数下降,不仅影响本企业内部设备的正常运行,还可能干扰周边电网的供电质量,对其他用户造成不良影响。
台区储能为这些问题提供了解决方案。在变压器容量接近满载时,储能系统迅速放电,补充电力缺口,实现动态扩容,确保生产不受影响,避免因停电造成的生产线停滞、原材料报废等损失。同时,储能系统还能在无功功率波动时,快速提供或吸收无功功率,稳定电压,保障电能质量,提高生产效率,为工业企业的稳定运行保驾护航。
台区储能的发展现状与未来
(一)政策环境
近年来,国家和地方纷纷出台一系列政策,为台区储能的发展保驾护航。国家层面,《“十四五” 新型储能发展实施方案》明确提出在电网关键节点配置储能,提高安全运行水平,延缓输变电设施投资,探索储能设施成本收益纳入输配电价;《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》引导分布式新能源合理配建或共享新型储能,提升新能源替代能力,促进消纳。
地方上,各地也积极响应。2023 年 8 月,湖北省能源局印发通知,引导在消纳困难台区共建共享独立储能,由分布式光伏开发企业租赁或购买储能容量,缓解电网新能源消纳压力;同年 5 月,河南省发改委鼓励各类市场主体创新开发 “台区储能” 等场景,提升就地消纳水平。这些政策从宏观规划到具体实施细则,全方位、多层次地为台区储能发展提供了有力支撑,明确了发展方向,激发了市场活力。
(二)现存挑战
尽管台区储能前景广阔,但目前在大规模推广的道路上仍面临诸多难题。收益模式不确定首当其冲,当前台区储能的盈利途径尚不清晰,成本回收周期长,使得第三方投资主体望而却步,缺乏投资积极性,难以形成可持续的商业模式。
并网政策与标准缺失也是一大阻碍。现行的储能行业技术标准和政策与台区储能适配性不足,不同地区电网对储能并网的技术要求把握存在差异,导致储能设备并网困难重重,且缺乏统一规范,设备质量参差不齐,给电网安全带来潜在风险。
监管不足同样不容忽视。在台区储能项目的建设、运行过程中,缺乏完善的监管机制,从设备质量把控到后期运维管理,都存在一定的监管空白,容易滋生安全隐患与市场乱象。
(三)未来展望
随着科技的飞速进步,储能技术将不断革新,电池能量密度有望进一步提升,成本持续降低,系统的稳定性与安全性也将更上一层楼。智能电网、云计算、大数据等技术的深度融合,将让台区储能如虎添翼,实现更精准、高效的能量管理与调度。
展望未来,在政策的持续推动下,随着技术瓶颈的突破、成本效益的优化以及市场机制的完善,台区储能必将在能源领域大放异彩,从农村到城市,从居民用电到工业生产,全方位融入电力供应体系,成为保障能源稳定、推动可持续发展的中流砥柱,为我们点亮更加美好的绿色能源未来。
结语
台区储能作为电力领域的一颗新星,正冉冉升起。它在保障电网安全、提升新能源消纳、提高电网经济性等诸多方面展现出的卓越 “才能”,使其成为应对能源转型挑战的得力帮手。尽管当前还面临着收益模式不明、并网政策缺失、监管不足等困境,但随着政策的持续完善、技术的创新突破以及各方的协同努力,台区储能必将冲破阻碍,迎来广阔的发展天地。
相信在不久的将来,台区储能会像遍布城乡的电力卫士,默默守护着每一度电的稳定传输,为我们的生活、生产注入源源不断的可靠能量。让我们共同关注台区储能的发展,为构建更加绿色、高效、智能的能源未来贡献一份力量。