利用石墨烯电池调节居民小区负荷曲线

利用石墨烯电池调节居民小区负荷曲线

原泱

国网山西省电力公司长子县供电公司，山西长治，046600

【摘要】我国C类供电区域的居民小区负荷呈现出波动性的特点，高峰负荷一般为低峰时期的3-4倍。这就给电力调度和设备配置造成了一定程度上的困难。随着近年来石墨烯电池技术的发展，蓄电池的容量和充放电速度都得到了提升，使得利用蓄电池储能参与电力系统负荷的削峰填谷成为可能。利用石墨烯电池储能作为居民小区供电的一种调节方式，与传统供电模式结合，达到削峰填谷的目的，使负荷曲线变的平缓稳定。

【关键词】石墨烯电池居民小区负荷削峰填谷

1概述

当负荷的峰谷差较大时，会对电力系统的运行造成一定影响：1、系统运行暂态稳定性降低；2、设备在高峰负荷时安全性降低，使用寿命受影响；3、为了避免过负荷现象系统必须增大备用容量；4、影响系统有功无功的平衡，进而影响电能质量。因此削峰填谷，让负荷曲线变得平缓稳定十分重要。传统的削峰填谷措施有三种：1、通过需求侧相应，比如峰谷电价来调节；2、通过电网互联调度的方式；3、建设抽水蓄能电站。我国北方C类供电区域供电能源以火电厂为主，居民用电习惯较为固定，时段性很强，依靠上述三种方式调节效果很有限。近年来石墨烯电池储能技术得到了飞速发展，使得中规模的电池储能成为可能。

调节负荷的方式为：将石墨烯电池组接入居民小区，接入点在小区供电变压器的低压侧，变压器出线分两条，一条接入电池组，另一条直供居民区。电池组的出线与直供线路并联供电，可通过开关调节其接入的电池数量（功率）。在低估负荷时给电池组充电，高峰时断开电池组充电线路，由电池组和直供线路同时供电，这样就减小了高峰时变压器低压侧的负荷电流。从电网的角度来看该小区变压器的电流曲线就变得平缓稳定。

2负荷曲线分析

以某C类供电区域居民小区（用电户数约1500户）为例：

从图中可以看出高峰负荷主要出现在12时左右、19时-22时，负荷在780kW-850kW；低谷时段在1时-5时，负荷在250kW-270kW。全天用电量约11900千万时，平均负荷约为500kW。由于居民日用电总量是较为固定的，因此我们削峰填谷的最优目标时负荷为500kW的一条直线。考虑到实际情况，负荷在400kｗ-600kｗ范围内波动均可接受。因此石墨烯蓄电池组应该有消纳250-350kW负荷的能力，而且应有810千万时-1620千万时的容量。

３石墨烯电池性能分析

石墨烯电池是利用锂（li）离子在石墨烯表面和电极之间，能够快速大量穿梭的运动特性，制成的一种新型储能电池。相比传统锂电池，石墨烯电池有着能量密度高，充放电功率大，使用寿命长，制造成本低等特点。近年来随着科学技术的进步，石墨烯电池技术有了突破性的进展。

2014年西班牙Graphenano公司同西班牙科尔多瓦大学合作研发了新一代石墨烯电池。其能量密度可超过600Wh/kg，行驶1000公里仅需充电8分钟。按照电动汽车百公里耗较低能10千万时计算，其电池容量应超过100千瓦时，充放电功率超过750kW。可见在目前的技术下石墨烯电池已经能满足小区负荷调节的功率要求。按照居民小区负荷调节最低电量810千瓦时计算，该小区所需配置的石墨烯蓄电池组应至少为1350kg。按照电动汽车电池的能量密度计算，该类型电动车的蓄电池应配置在166kg以上，所以小区配置的电池组约相当于8个电动汽车的电池组。该类型石墨烯电池的成本约为普通锂电池的23%，而使用寿命能达到其2倍。

4调节方案

考虑到裕度，该小区最低应配置1500kg石墨烯电池组，总电量为900千瓦时，最大充放电功率为750kW。

负荷高峰时段由电池组补偿电网（向电网输送电能），补偿时段依次为12时、19时、20时、21时、22时；补偿功率依次为122.38kW、194.17kW、291.04kW、198.99kW、67.2kW。

负荷低谷段电池组充电（从电网中获取电能），充电时段依次为1时、2时、3时、4时、5时、6时、24时；充电功率依次为125.65kW、161.2kW、150.46kW、153.43kW、145.78kW、65.15kW、79.06kW。

考虑到损耗问题，日充电电量为880千万时，日补偿电量为873千瓦时。最终得到的负荷曲线为：

从图中可以看出，该居民小区的负荷从250kW-850kW的波动范围变成了400kW-600kW的波动范围，负荷波动区间有了明显的减少，负荷曲线变得更加平缓，达到预期调节目标。

5应用前景

目前更高容量、更高寿命、更低成本的新型石墨烯锂硫电池开发已取得了突破性的进展，其理论最高能量密度可达2567Wh/kg。在如此高的能量密度下，达到上述小区负荷调节目标仅需配置350kg的电池组，从占地、成本、调节效应上将会有质的提升。