高电价差地区储能系统应用的探索与实践

石 凯

(北京金茂绿建科技有限公司，北京 100012)

0 引 言

峰谷时段负荷功率相差大，峰谷时段电费单价相差大，电能耗占总能耗比例高。近年来电力负荷峰谷差日益增大，给发电和调度带来困难。从建设成本和环境保护的角度出发，通过新增发输配电设备来满足高峰负荷的需求变得越来越困难。白天用能高的时间段储能系统放出电量，晚上用能低的时间段对储能系统进行充电。利用储能系统实现“削峰填谷”，减小负荷峰谷差，缓解相应的电源和电网建设，可以最大限度地保障城市电能应用得稳定性。

目前，大容量储能技术主要有物理储能(抽水储能、压缩空气储能等)、超导电磁储能和电化学储能(锂离子电池、铅碳电池等)等。

物理储能适合建造大规模的储能电站，受地形限制较大，是百兆瓦以上储能技术的首选。

超导电磁储能利用超导体制成线圈储存磁场能量，功率输送时无需能量形式的转换，具有响应速度快，转换效率高等优点，但是该技术仍处于实验室阶段，不具备大规模推广的条件。

电化学储能以铅碳电池和锂离子电池技术为主要应用方向，是目前技术发展最快的储能技术。铅碳电池是一种集超级电容器和铅酸电池优势为一体的电池技术，电池安全性高，在混合动力电动汽车和大规模储能系统中拥有广阔应用前景。但是其负极含有重金属铅，会对环境造成污染。锂离子电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低和充放电寿命长等优点，受益于新能源汽车政策推动，目前锂离子电池的可靠性和经济性已经有了很大程度的提高，而且不受地形影响，是目前储能电站的首选技术路线。

1 储能系统应用项目信息

1.1 项目总体情况

项目位于北京市西城区某写字楼B2层。写字楼总建筑面积约5万平米，主要用于办公租赁,一楼有少量快餐店和商场。由两台2 000 kVA变压器提供电力，配套500 kVA柴油发电机作备用电源，执行北京工商业电价见表1，年用电量约600万kWh。

表1 北京西城区工商业电价

根据用电特点和可用空间情况，于2018年由资方投资建设储能电站。总投资380万，占地面积约100平米，每天额定充放电量为2 000度，电站整体布局如图1所示，内部实景如图2所示。

图1 电站布局平面图

图2 电站内部实景图

储能电站设计额定功率为250 kW，容量为2 000 kWh，电能量存储介质为1260块铅碳电池，单体电池规格为2 V/1000 Ah，如图3所示，由2台250 kW储能变流器完成交直流变换，如图4所示，最后通过2台隔离变压器接入写字楼配电室供电母线，与电网并联运行为写字楼提供电力。

图3 铅碳电池

图4 储能变流器

储能系统在谷段和平段时由电网向电池充电，在峰段时向写字楼负荷放电，如下是储能系统功率-时间工作曲线，为了保证电池使用寿命在平段时会给电池补电1小时，在7月和8月尖峰时段时，电池会在平段补电2小时。电池的两种充放电曲线如图5所示。

图5

1.2 项目经济和社会效益

储能电站正式投运一年多的时间里，充电量累计已达85万kWh，放电量累计已达70万kWh，仅考虑峰谷套利运行模式，已经为投资方带来超过60万的经济收益。

电站参与的华北电力调峰辅助服务，除了能获取调峰服务补贴外，还提高了华北区域可再生能源消纳水平，参与辅助服务期间累计提高可再生能源消纳量242 000 kWh，折合节煤量约80.7 t，二氧化碳减排209.7 t，实现了电站的社会效益。

降低了写字楼20%的峰值用电负荷，实现了写字楼供电最大12.5%的动态扩容。减少了备用柴油发电机使用时间，减轻了对环境的污染和降低了运营成本。

2 其他应用方案探索

2.1 写字楼间储能电站共享

储能电站在公共建筑场景应用由于用电的峰谷价差大，能够为业主带来较大的经济价值，但有些公共建筑自身用电特性满足建设储能电站，但是没有足够的空间用来存放储能电池和储能设备，有些建筑有多余的空间但是用电特性不满足，所以基于该现状可以在临近的建筑间采用共享储能电站的业务模式。资方投资建设储能电站，多个写字楼业主按照一定的分成比例享受收益储能电站本体建在空间充足的楼宇内，或者是楼宇外的空地中，通过线缆将储能电站与用电负荷进行连接，不同的用户采用不用的回路。同时在用户负荷侧安装相应的终端设备，实时检测用电负荷特性，从而来控制电站的充电放电，以及充放电的功率值。

共享储能电站不再受建设电站的空间、用户侧负荷约束，很大程度上提高了储能电站的调峰能力和收益，构建了电站投资方与用户之间的市场化交易机制。

2.2 综合能源服务模式

与传统能源供应相比，综合能源服务更加多元化，涵盖了电力、冷热及燃气等多种能源。综合能源服务模式有效促进了各能源的协调配合，同时也更有利于实现高效节能和高清洁性能源的发展。西方发达国家的综合能源服务发展也很迅速，投入规模也很大，同时实现了智能用电管理和智能通信调控，避免了能源的不必要浪费，可以使年用电量下降超过10%。

由于该写字楼建成时间较长，能源供应较为单一，综合能源服务可以涵盖多项内容，主要有如下几点：

供冷供热机房的高效化提升，该部分用电量占到了整个建筑用电的60%，机房的管理水平很大程度上影响了整个写字楼的耗能水平，通过应用先进的系统控制策略，安装更加优化的冷却水系统设备，可以使机房效率提高25%，实现建筑耗能降低15%。

BIPV光伏发电的应用，绿色能源是我国长期发展目标，对于既有建筑和新建建筑BIPV都有很大的市场空间和很强的应用价值。BIPV系统主要借助光伏发电原理为建筑提供日常运行中所需电能，光伏发电功率输出主要集中在上午9点到下午4点之间，该特性与城市耗能的第一个峰段(北京为10点到15点)是一致的，所以光伏发电不仅能够降低了建筑能耗，实现节能目标，还能够有效降低峰段电能供应压力。