郭家宝-储能在智能电网中的应用及发展趋势

储能在智能电网中的应用及发展趋势二〇一六年五月上海电力设计院有限公司——构建坚强的智能电网是我国未来电网的发展方向规划试点阶段：2009—2010全面建设阶段：2011—2015引领提升阶段：2016—2020“十二·五”规划中明确指出适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干电网，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能力和供电可靠性。中国国家电网公司2009年5月21日首次公布智能电网计划（Smartgridplan；Intelligentelectricalnetworkplan）1.1储能的重要意义“十三·五”规划中明确指出提出要重点推进包括高效智能电力系统、煤炭清洁高效利用、可再生能源、核电、非常规油气、能源输送通道、能源储备设施、能源关键技术装备等能源行业八大重点工程，其中重点提出要实施光热发电示范工程，加快推进光热发电、大规模储能等技术研发应用。1.1储能的重要意义储能技术广泛应用于未来智能电网建设的发电、输电、配电、用电4大环节，储能技术是实现构建坚强智能电网的关键之一1.2储能的重要作用截止到2013年底，我国风电装机容量为91.4GW，平均弃风率为11.7%，局部地区最高达到35.2%。截止到2013年底，我国光伏发电装机容量达21GW，日弃光30%。“平抑”可再生能源发电的随机波动性，提高电网消纳能力。提高可再生能源消纳能力（平抑）1.2储能的重要作用电力负荷在白天高峰和夜间低谷周期性地变化，负荷峰谷差有时高达发电量的30%-40%。削峰填谷在负荷低谷时吸纳电网多余发电能力，在负荷高峰时向电网馈电。提高电力系统运行经济性（调峰、调频）1.2储能的重要作用提高电力系统运行安全性（可靠性）随着未来电网的不断建设，电力系统的运行环境更加复杂,对电网的安全稳定运行要求也越来越高，这直接关系到国民经济的发展和人民群众的生活。备用电源储能系统可以当作备用容量，当常规电源发生无法预期的事故时，快速提供电能供应。储能市场近期发展趋势•政府对储能技术及应用的关注度提高•电力系统加紧对储能系统及其在智能电网应用研究（技术、应用、标准等）•金融市场逐步参与到储能的应用中•储能在电力系统的应用项目仍以示范为主，但数量、容量有所提高•储能技术在电动汽车、能量回收领域、电信基站、数据中心等市场的应用为其规模化进入电力市场奠定基础•多能互补、多类储能技术结合应用是近期技术选型的亮点•关键技术指标、关键材料仍有待改进•主流技术成本近几年不断下降，在未来五年，下降空间很大•新兴技术研发活跃市场应用技术储能市场发展规模储能市场容量及技术1、在可再生能源中的应用研究大规模可再生电源接入后，其波动性、间歇性和随机性不仅增加电力系统调峰压力，而且影响电力系统的安全稳定运行。引入储能技术可以有效平抑新能源功率波动，增强新能源发电可控性，提高新能源的并网接入能力。中国项目名称项目时间项目地点储能系统详细信息系统应用国家风光储输示范工程2011张北县20MW100MW风电和40MW光伏配置20MW的多种类型储能可实现风光平滑输出，跟踪计划出力，参与系统调频等多种功能上海崇明风储项目2015崇明岛2MW结合崇明东滩风电场建设一定容量的储能系统改善风力供电不稳定，实现东滩风电平滑输出和友好接入光储一体化电站2015青海/采用锂电池储能系统解决弃光限电问题2、在微网中的应用研究1、有效稳定系统输出，解决微网中动态电能质量问题；2、提高现有配用电设备的利用率、降低运行成本等；3、实现与大电网的并网运行，必要时向大电网提供一定的支援服务。210KW风力发电机组100KW光伏组件2000Ah储能蓄电池组东福山岛风光柴储能电站是国内第一个规模化投入实际应用的新能源储能电站，集风、光、储一体并升压运行孤岛微网系统。中国项目名称系统规模储能作用新疆喀拉昆仑山脉微网项目光伏1MW、柴油机、储能节能减排、满足用电需求、提高系统安全可靠性、提高微网经济性、减轻供电压力和环保压力国电光柴储互补离网电站光伏、柴油机、储能新疆吐鲁番新能源城市微网工程项目屋顶光伏13.4MW山东长岛可再生能源海岛示范项目—南麂微网示范工程风电1MW、光伏545kW、海洋能30kW、柴油机1.6MW、储能3、在电网调频中的研究由于储能调节速度快，未来在电网调频中将起到积极的作用，目前美国、智利等国均已开展调频储能项目及研究工作，北京的石景山热电厂储能项目也为华北电网提供一定的调频辅助服务。比亚迪在美国实施的4MW/2MWh储能调频项目，该项目能有效缓解电网负载压力和增强电网运行稳定。4、在需求侧响应中的研究为特定电力用户提供服务，例如可为用户提供消减需求开支并提供后备电源服务，也可在电网故障时，保障对用户的高可靠性供电。5、在智能建筑领域的应用研究围绕智能电网和智能城市的发展，结合储能系统探索智能电网及智能城市未来的发展形态，实现对区域内电力供需进行有效调控。6、在智能交通中的应用研究储能应用与智能交通领域，主要是通过电动汽车来实现，采用V2G技术实现与电网的互动。国家风光储输示范工程是推进我国可再生能源大规模开发利用的一项重大示范工程。风能，太阳能都是清洁可再生能源，有着广泛的应用前景。但是由于风能和光能的间歇性和随机性，风、光独立运行供电系统很难提供连续稳定的能量输出。这已经成为全球范围内制约可再生能源大规模发展的关键技术瓶颈。为研究、解决我国风力发电、光伏发电、储能和智能电网等领域的关键技术问题，引领清洁能源产业的快速健康发展，国家电网公司在张家口建设本工程。风电一期工程建设小东梁风电场49MW、风电一期工程建设孟家梁风电场49MW，大河光伏储能电站一期建设光伏发电40MW、储能装置20MW。（1）概述国家风光储输示范工程（2）总体构架20MW储能电站40MW光伏电站100MW风电场220kV智能变电站统一坚强智能电网联合发电智能监控系统AC35kVACACDCDC双向变换图例：AC220kVAC35kV控制信号说明：联合发电智能监控系统可根据调度曲线以及风力、光照的情况对储能装置、风电机组及光伏阵列进行优化控制，从而将具有波动的风电、光伏电力转化为优质电力。风光储七种组态运行方式风力发电光伏发电“风+储”发电“光+储”发电“风+光+储”发电“风+光”发电储能发电（3）储能系统考虑技术风险控制，装置多样性，同时，兼顾到本工程的示范意义，本期储能电站选用锂电池、钠硫电池和全钒液流电池的组合。（4）储能系统输出功率储能容量备注磷酸铁锂电池系统（比亚迪）6MW36MWh能量型磷酸铁锂电池系统（ATL）4MW16MWh能量型磷酸铁锂电池系统（中航锂电）3MW9MWh功率型磷酸铁锂电池系统（万向）1MW2MWh功率型钠硫电池储能系统（NGK）4MW24MWh全钒液流电池储能系统（普能）2MW8MWh本期规模总计20MW95MWh远景规模70～110MW（4）储能系统已突破的关键技术电池储能装置的大规模电站化集成技术大规模多类型电池储能电站高速实时监控技术大规模多类型储能电站协调控制及能量管理技术大规模多类型电池储能电站的多种应用技术•削弱风光出力“毛刺”，实现多时间尺度的出力平滑，保证了电源接近常规电源的稳定输出•实时填补计划值与实际值的差额，实现风光储多组态联合出力实时跟踪计划值平滑风光出力跟踪计划削峰填谷参与调频•利用储能装置的充放电功能，动态调节电网峰谷，具有传统调峰电源不具备的秒级快速响应优势•储能瞬时切换输出/输入状态，响应快速方式灵活•已实现网调直控储能，进行系统调频（5）系统功能（4）延伸和突破拟在张家口地区建设风光储工程，该工程风光互补电站总装机容量约为200MW，其中风电场99MW（本期建设）、光伏电站100MW（远期建设），需要配置一定容量的储能。储能容量的配置需要根据风光出力特性、储能装置特性和有效较小弃风和弃光达到风光总输出功率平稳的要求，从而有效提高能源利用率的作用。（6）延伸和突破本项目本期投运99MW风电，以康保地区风电场一年的预测运行数据进行储能容量配比分析。（6）延伸和突破总体上来看，由于风电出力的波动性较大，储能容量的增加对系统弃电率的减少效果有限，储能电池的容量配置不宜过高。配置储能设备后，风电场的弃风率低于15%，根据曲线计算结果，可采用20MWh或者30MWh储能容量。由储能容量与弃风率关系曲线对应20MWh、30MWh的曲线可以看出，储能电池功率在25MW左右出现拐点，弃风率下降趋势趋于稳定，储能电池功率取25MW可得到较好的技术指标效益，因此本期工程储能电池的容量取值可为25MW*0.8h（20MWh）或25MW*1.2h（30MWh），考虑充放电次数以后，最终选定25MW×1.2h（30MWh）。青海光储项目随着青海省光伏发电项目的持续增加，目前青海光伏电站的发展速度已经远远超过了电网的承受能力，使得光伏发电出现“弃光”现象，且光伏发电需要通过电网进行远距离输送，而输电线路建设与光伏电站发展不匹配，导致大量光伏电站建成之后，由于电网基础设施无法及时满足新能源的发展速度、大规模光伏发电不能满足并网要求等原因，出现了发电不能并网、发电利用小时数持续降低和“弃光”等现象。（1）概述我国近几年，尤其是近5年，新能源电力规划和建设出现了井喷式的增长，其中大部分的大规模光伏电站位于本地电力消纳能力不足的地区。由于西北地区电网基础设施薄弱，无法满足新能源电力输送要求，同时跨地区电网还面临着管理体制的制约，导致弃光成为电力调度机构不得不采取的行为。储能具有灵活的“调配”作用，光伏和储能的联姻可以很好的解决“弃光限电”这一棘手问题。通过配置一定规模的储能系统，可以在电网输送通道受限以及光伏组件阳关照射充分的情况下，将光伏发电电力储存在储能系统中，在适当的时间，再通过储能反送至电网，光储联合发电可以实现在满足电网调度要求的同时，降低光伏电站出力对电网产生的冲击，从而达到减少弃光的效果。（2）项目建设的意义与重要性（2）项目建设的意义与重要性光伏电站通常受天气和时间因素的影响，出力大小有时候变化较快，特别是受到云层的影响，光照强度会发生剧烈变化，进而导致光伏阵列输出功率的波动，当光伏输出波动达到一定程度时，电网往往会采取限制、隔离的方式来处理。因此，为充分发掘光伏发电的价值，协调光伏发电和电网之间的矛盾，可通过为光伏电站配置电池储能系统的方式予以解决，通过“光伏+储能”的联合运行，不仅可以让光伏电站在外界环境变化的情况下，通过储能装置平抑光伏电站的出力波动，以减小光伏发电系统对电网的冲击，而且还是解决诸如电压波动、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径，达到有效改善光伏发电供电质量的目的。（3）光储电站配置方案光伏发电具有午间短时段出力水平高，其他时段出力水平低和昼间有出力、夜间无出力的特点，储能技术具有能够实现电能的时空平移特点，为光伏电站配置储能系统可将光伏电站的午间高出力转移至其他时段，削减电站出力尖峰，减少弃光，在现有的输电走廊条件下，提高输电走廊的利用效率，延缓输电线路扩容。光伏功率光伏出力上限时间正午夜间上午9时下午6时储能系统吸收电能光伏出力峰值出现在午间，且持续时间较短在光伏出力的非高峰时段，储能恒功率放电上海漕河泾松江南部微电网上海漕河泾开发区松江南部微电网的定位是：基于多点接入的可再生能源发电和冷热电三联供，多元储能技术的局域智能能源互联网综合体。最终发展目标是使产业园区成为上海绿色低碳友好发展的典范、使能源中心成为可靠高效能源运营者、使园区客户获得绿色清洁能源。（1）概述（2）微网组成结合整个产业园区的定位、概念方案设计以及建筑特点，在绿化屋面覆盖太阳能光伏发电板，提供日常用电量；冷热电三联供机组纳入微网系统，作为光伏电源的补充。同时提供冷、热水等电能以外的辅助产品。为消减间歇式电源的波动特性，考虑配置一定容量的储能系统，作为微网的一部分。-37-园